🗊Презентация Разработка грунта бурением

Казахская головная архитектурно-строительная академия Факультет общего строительства Дисциплина «Технология строительного производства-I» Разработка грунта бурением и взрывом. Контроль качества. Основные положения техники безопасности

Буровые работы в строительстве производятся при разработке взрывным способом скальных грунтов и рыхлении мерзлых, устройстве водопонижающих скважин, искусственном закреплении грунтов, устройстве набивных свай, инженерно-геологических изысканиях и др. Бурением в грунте образуются цилиндрические каналы различного диаметра и глубины. Каналы диаметром до 75 мм и глубиной до 5-6 м называют шпурами, при больших размерах - скважинами. Они могут быть вертикальными, наклонными и горизонтальными. Верхнюю часть скважины называют устьем, дно скважины (шпура) - забоем. Для производства буровых работ используют механизированные инструменты, буровые станки и машины. Применение ручного бурового инструмента разрешается при малых объемах работ и небольшой глубине бурения.

Способы бурения по характеру разрушения горных пород подразделяют на две группы: механические и физические. К механическим относят ударный, вращательный, ударно-вращательный и вибрационный способы. Для этих способов характерно непосредственное воздействие бурового инструмента на породу. Физические способы включают термический, гидравлический, электрогидравлический, взрывной, плазменный и др. В этих способах используют физико-химические методы разрушения без непосредственного контакта источника воздействия с буримой породой. Механические способы бурения получили наибольшее распространение при производстве буровых работ. Из физических способов находят применение термический, гидравлический и электрогидравлический.

Использование того или иного способа определяется физико-механическими свойствами горных пород, имеющимися техническими ресурсами, а также требованиями минимальных затрат на бурение. При ударном способе бурения породоразрушающий инструмент периодически наносит удары по забою скважины. Очистку забоя от разрушенной породы производят за счет подачи в скважину воды, в смеси с породой образуется шлам, который с помощью желонки удаляют из скважины.

При вращательном способе бурения происходит скалывание породы острыми гранями резца. Разрушение породы происходит в результате непрерывного вращения бурового инструмента, прижимаемого с определенной силой к забою. Вращательный способ бурения имеет ряд разновидностей шнековое, роторное и колонковое бурение. В шнековом бурении наконечник бурового инструмента (резец) сверлит породу в забое, а разрушенную породу удаляют из скважины спиральным шнеком. Шнековое бурение применяется только в мягких породах. Роторное бурение осуществляется породоразрушающими инструментами режущего типа в породах мягких и средней крепости или шарошечного типа в крепких породах. Этот способ по сравнению с ударно-канатным позволяет в 2-5 раз увеличивать производительность буровых станков.

Колонковое бурение осуществляют кольцевым забоем с отбором проб породы ненарушенной структуры - керна. При ударно-вращательном бурении породоразрушающий инструмент одновременно с вращением испытывает динамические (ударные) нагрузки, которые периодически и с большой частотой воздействуют на буровую коронку, что способствует повышение эффективности разрушения породы. Породу удаляют из скважины отработанным в пневмоударнике сжатым воздухом или потоком воды, нагнетаемой в скважину. Ударно-вращательный способ применяют при бурении крепких и трудноразрушаемых пород со значительной трещиноватостью. К механизмам ударно-вращательного бурения относятся также пневматические и электрические бурильные молотки-перфораторы, используемые для бурения шпуров в породах любой крепости (рис.2).

При термическом способе бурения разрушение породы происходит за счет напряжений, возникающих в результате нагрева породы огнеструйной реактивной горелкой. Газовый поток от горелки, поступая в забой с высокой температурой (до 2500°С) и сверхзвуковой скоростью (до 2000 м/с), нагревает породу, сдувает отслоившиеся частицы и уносит их из скважины. Термический способ применяется, как правило, при бурении очень крепких пород кристаллической структуры и особенно эффективен при разработке пород, содержащих кремнезем. В таких условиях производительность термического бурения в 6-10 раз выше, чем при применении механических способов. Для бурения шпуров используют ручные сверлильные машины, перфораторы, ручные термобуры, самоходные бурильные машины шнекового бурения. Ручные сверлильные машины могут иметь электрический или пневматический привод, их используют для бурения шпуров диаметром 45 мм и глубиной до 5 м в породах мягких и средней крепости. В соответствии с диаметром шпура и глубиной бурения они снабжаются сверлами с комплектом буровых штанг.

Для бурения шпуров диаметром до 75 мм и глубиной до 6 м в породах различной крепости применяют пневматические бурильные молотки-перфораторы. Рабочим органом перфоратора является цельный или составной бур. Эффективность бурения пород перфораторами зависит от правильного выбора формы головки бура. Головки могут иметь форму однодолотчатую, крестовую, звездообразную и др. Используя буры со съемными головками и армируя их пластинками из твердых сплавов, можно повысить производительность бурения, увеличить срок службы перфораторов, снизить стоимость работ и расход буровой стали. Очистку шпура от буровой мелочи производят, продувая его сжатым воздухом (сухое бурение) или промывая водой (мокрое бурение). Мокрое бурение более эффективно, так как снижается сопротивляемость породы бурению, уменьшается пылеобразование и увеличивается стойкость бура. Все это способствует повышению (до 30%) производительности бурения. Однако в зимнее время в основном применяют сухое бурение. Для бурения шпуров глубиной более 0,7 м необходимо иметь комплект буров с интервалом по длине 0,5-0,7 м и уменьшением диаметра коронки на 2-3 мм по мере увеличения длины шпура. Бурение начинают коротким буром-забурником и продолжают буром большей длины, но меньшего диаметра.

Бурение шпуров в мерзлых грунтах производят, используя буровые машины шнекового бурения, смонтированные на тракторе. Такие машины мобильны и позволяют бурить одновременно два шпура глубиной до 2,5 м. Ручные термобуры применяют для бурения шпуров диаметром до 55 мм и глубиной до 3,0 м в крепких породах, содержащих кремнезем. Рабочим органом термобура является реактивная огнеструйная горелка, вмонтированная в металлическую трубу (кожух). По сравнению с перфораторным бурение термобуром в 3-8 раз производительнее и в 2 раза дешевле. Ручные термобуры применяют в основном для бурения шпуров при разделке негабаритов и валунов. Для обеспечения качественного рыхления грунта в пределах выемки перед началом бурения бурильщику должна быть выдана выписка из проекта буровых работ, в которой указываются параметры шпуров, сетка бурения и взаимное расположение шпуров.

Бурение скважин производят передвижными или самоходными буровыми станками. Перед началом бурения необходимо выполнить подготовительные работы, включающие устройство подъездов и планировку рабочих площадок, разбивку мест заложения скважин и другие мероприятия, обеспечивающие высокопроизводительное бурение и т.д. Станки ударно-канатного бурения применяют для бурения скважин диаметром до 400 мм и глубиной до 250 м как в несцементированных грунтах, так и в скальных породах различной крепости (до весьма крепких). Процесс бурения состоит из чередующихся операций разрушения породы ударами бурового инструмента и очистки скважины от продуктов разрушения. Очистка скважины осуществляется с использованием воды. Эффективность бурения зависит от правильного выбора формы долота, высоты подъема и частоты ударов бурового инструмента, при которых достигается максимальная энергия удара. При бурении в неустойчивых породах скважины крепят обсадными металлическими трубами.

Станки вращательного шнекового бурения используют для проходки скважин в мягких и средней крепости грунтах диаметром до 200 мм, глубиной до 150 м. Вращательное роторное бурение с трехшарошечным долотом обеспечивает бурение скважин диаметром 150-270 мм, глубиной до 50 м в грунтах средней крепости и весьма крепких породах. Станками с погружным пневмоударником можно эффективно бурить скважины диаметром до 160 мм, глубиной до 35 м в скальных грунтах средней и выше средней крепости. При бурении перечисленными станками разрушение породы резцом и очистка скважины происходят одновременно и непрерывно. Для очистки скважины через буровой снаряд подается сжатый воздух или вода, которыми продукты бурения выносятся на поверхность. В станках роторного и колонкового бурения для очистки скважины и охлаждения бурового инструмента применяют глинистый раствор. Циркулируя в скважине, раствор проникает в буримую породу, что предотвращает обрушение стенок скважины, не имеющих обсадных труб.

Для проходки скважин глубиной до 20 м и диаметром до 150 мм в увлажненных несцементированных грунтах средней плотности и плотных используют станки вибрационного бурения с вибраторами направленного действия. Станки термического бурения применяют для бурения скважин диаметром до 500 мм и глубиной до 50 м. Наибольшая производительность при бурении скважин достигается в результате оптимального выбора бурильных станков и режима бурения, сокращения до минимума затрат времени на передвижку и установку станка и механизации вспомогательных операций. При производстве буровых работ на объекте составляется технологическая карта, включающая схему передвижения буровых банков по объекту с указанием сетки и параметров скважин и их количества, сменный пооперационный график работы бурового комплекса, рекомендации по рациональному режиму бурения и др.