Бурильно-крановые машины и машины для бурения скважин под буронабивные сваи.
История бурильных и буровых машин и оборудования.
Буровые машины, предназначенные для сверления горизонтальных отверстий, уже существовали в XVII столетии.
Однако, вследствие недостатков, какими обладали буровые машины того времени, применение их было единичное. Быстрое усовершенствование буровых машин началось лишь со времени применения их к постройке туннелей.
Рис.1. Бурение:
I – ручное бурение скважин: а – бурение спиральным буром (змеевиком); б – бурение ложковым буром; в – в современных условиях; 1 – подъёмный канат; 2 – подъёмный крюк; 3 – штанга; 4 – фарштуль; 5 – поворотный ключ (жимки); 6 – штанга; 7 – спиральный бур (змеевик); 8 – буровая ложка;
II – ручное ударно-вращательное бурение с использованием треноги и балансира: 1 – бурильные трубы; 2 – подъёмный крюк; 3 – подъёмный канат; 4 – серьга с однороликовым блоком; 5 – лебёдка; 6 – направляющая (обсадная) труба; 7 – жимки; 8 – тренога; 9 – вертлюжна пробка; 10 – балансир.
Буровой станок - машина, установленная на самоходной платформе или
передвижной раме, используемая для бурения вертикаль-
ных и наклонных, в основном взрывных, скважин.
Буровая установка - комплекс оборудования для бурения скважин, вклю-
чает:
- буровой станок,
- буровую вышку (мачту),
- силовой привод,
- оборудование для механизации спускоподъемных операций.
Рис.2. Общая схема буровой установки:
1 - буровое долото; 2 - УБТ; 3 - бурильные трубы; 4 - кондуктор; 5 - устьевая шахта; 6 - противовыбросовое устройства; 7 - пол буровой установки; 8 - буровой ротор; 9 - ведущая бурильная труба; 10 - буровой стояк; 11 - вертлюг; 12 - крюк;
13 - талевый блок; 14 - балкон верхового рабочего; 15 - кронблок; 16 - талевый канат; 17 - шланг ведущей бурильной трубы; 18 - индикатор нагрузки на долото;
19 - буровая лебёдка; 20 - буровой насос; 21 - вибрационное сито для бурового раствора; 22 - выкидная линия бурового раствора.
Ныне в строительстве применяются различные мобильные буровые установки и станки:
а
б в
г д е
ж з и к
л м н
о п р
с т у
ф х ц
ш
Рис.3. Буровая техника на базе автомобиля и трактора:
а - малогабаритные буровые установки;
б - машина бурильная шнековая МБШ-818;
в - буровая установка УРБ- -2А2Д (на базе автомобиля КАМАЗ);
г - Бурильная машина БГМ;
д – станок буровой тракторный БТС-150;
е - станок буровой СБУ-100 (предназначен для бурения скважин
диаметром от100мм до130мм глубиной до 50 погружными пнев-
моударникам);
ж - станок буровой УСБШ-250А (предназначен для бурения взрыв-
ных скважин шарошечными долотами)
з - буровой станок 5СБШ-160/200-3 (Барвенковский машинострои-
тельный завод, ЗАО, Барвенково, Украина. предназначен для бу-
рения шарошечными долотами вертикальных и наклонных
зрывных скважин в монолитных, трещиноватых и обводненных
породах крепостью 6-14 единиц по шкале Протодьяконова при
разработке открытым способом месторождений руд черных и
цветных металлов, угля, различного горнохимического сырья и
строительных материалов.
и - бурильно-крановая машина БМ-308А;
к - бурильно-крановая машина БКМ-317А;
л - ходовой телегой компании «IVA Johann», используют гидросисте-
му станка 5м СБШ-250-32; на 25% увеличенным усилием подачи
на забой; производительность - 90 п/км в год);
м - бурильно-крановая машина БКМ-32;
н - бурильно-крановая машина БМ-205 Д;.
о – буровая машина передвижная шнекового бурения БМП-045;
п - бурильно-крановая машина БКМ-515 А;
р - бурильно-крановая машина БКМ-513А;
с - бурильно-крановая машина БКМ-1514;
т - бурильно-крановые машины БКМ-516 и 516А;
у - бурильно-крановая машина БКМ-531;
ф - бурильно-крановая машина БКМ-534;
х - бурильно-крановая машина БКМ-541;
ц - универсальная бурильная машина УБМ-85;
ш - бурильно-крановая машина БКМ-2011 (экспериментальный вариант).
Выбор тех или иных технических средств бурения скважин производится с учетом конкретных геолого-технических условий сооружения скважин, проходимости местности, объёмов работ и др.
Основные понятия. Область применения бурения многогранна:
▬ в городском строительстве при устройстве:
■ свайных оснований зданий и сооружений - бурение скважин под сваи обязательно при устройстве свайных фундаментов вблизи существующих зданий, позволяет избежать динамических воздействий на грунт и расположенные рядом фундаменты, незаменим при строительстве на участках со сложными геологическими условиями, в любое время года и т.п. Для того, чтобы осуществить качественную и правильную забивку свай, необходимо произвести ряд предшествующих операций, среди которых одной из самых важных является бурение скважин под сваи. Исключение, пожалуй, составляют только те сваи, которые устанавливаются в мягкий или водонасыщенный грунт виброустановкой.
■ свайных оснований опор мостов, трубопроводов, линий электроснаб-
жения и связи;
■ колодцев;
■ ограждений;
■ прокладка подземных коммуникаций;
■ при обустройстве дорог;
■ посадке деревьев и кустарников;
■ при подготовке строительных площадок иногда возникает необходи-
мость бурения глубоких скважин для:
▪ разведки грунтов,
▪ закладки взрывчатых веществ,
▪ водоснабжения,
▪ водопонижения.
▬ поиски и разведка полезных ископаемых;
▬ вскрытие месторождений;
▬ выемка твёрдых полезных ископаемых;
▬ добыча жидких, газообразных и твёрдых (при выщелачивании и
выплавлении) полезных ископаемых через эксплуатационные
скважины;
▬ искусственное закрепление горных пород (замораживание, би-
тумизация, цементация и др.);
▬ осушение обводнённых месторождений полезных ископаемых и
заболоченных районов.
Они представляют собой совместно действующее бурильное и специальное крановое оборудование, смонтированное на шасси серийных автомобилей и тракторов, привод которого осуществляется от двигателя базовой машины или самостоятельной силовой установки.
Бурильным оборудованием проходят способом механического вращательного бурения вертикальные и наклонные скважины в талых и сезонно промерзающих грунтах, а специальным крановым - устанавливают в пробуренные скважины сваи, столбы, железобетонные опоры, блоки колодезных облицовок и другие элементы.
Буровыми машинами производят:
- бурение котлованов диаметром до 3м (для установки мачт линий элек-
тропередачи и набивных свай),
- бурение котлованов диаметром до 0,75м (для опускания свай в мёрз-
лый грунт).
Одними из самых часто применяемых видов скважин являются буронабивные. Буронабивные скважины выполняются в грунте, после чего в случае надобности (обрушение стенок), в них могут быть опущены специальные трубы, которые помогут сохранить форму скважин.
Горизонтально-направленное бурение позволяет соединять между собой вертикальные скважины, тем самым значительно упрочняя всю конструкцию.
Технология бурения достаточно сложна, и для каждой ситуации применяются абсолютно разные принципы обустройства скважины.
Например, для того, чтобы стенки скважин не обсыпались, часто применяются специальные трубы, которые могут быть либо извлекаемыми, либо не извлекаемыми. Кроме этого, существует вариант по укреплению стен скважин специальным раствором, который плотно компрессируется и надёжно держит стены скважин.
Буровые работы в строительстве осуществляются при помощи буровых машин (станков) и ручных машин.
Цель бурения - создание в породном массиве скважин, шпуров
или шахтных стволов.
Шпур - (нем. Spur - след) - цилиндрическая горная выработка диаметром
до 75 мм глубиной до 5 м, образуемая в результате бурения. Для бу-
рения шпуров применяют электросвёрла, бурильные молотки и дру
гие лёгкие бурильные машины.
Шпуры различаются:
А) по глубине:
- мелкие (до 1,5 м),
- средние (1,5-2,5 м).
- и глубокие (свыше 2,5 м),
Б) по направлению:
- горизонтальные,
- вертикальные;
- наклонные.
Шпуры используются для размещения в них заряда ВВ при проведении выработок в скальных породах, отбойке полезных ископаемых и горных пород и вторичном дроблении негабарита на карьерах и в шахтах, при добыче штучного камня, для установки анкерной крепи, при нагнетании воды в пласт, укреплении и осушении массивов горных пород, а также в гидротехническом и дорожном строительстве.
Скважина - горная выработка круглого сечения, пробуренная с поверхности
земли или с подземной выработки без доступа человека к забою под
любым углом к горизонту, диаметр которой много меньше ее глуби-
ны. Бурение скважин проводят с помощью специального бурового обо-
рудования.
Различают:
- вертикальные;
- горизонтальные;
- наклонные скважины.
Начало скважины называется её устьем, дно - забоем, внутренняя боковая поверхность — стенками.
Диаметры скважин колеблются от 25 мм до 3 м.
Скважины могут иметь боковые стволы (БС), в том числе горизонтальные (БГС).
Шахтный ствол - вертикальная (реже наклонная) капитальная горная выработ-
ка, имеющая непосредственный выход на земную поверхность и
предназначенная для обслуживания подземных горных работ.
Через шахтные стволы осуществляется спуск и подъем полезного ископаемого, породы, материалов, оборудования, людей и осуществляют проветривание шахты.
В зависимости от основного назначения, шахтные стволы разделяют на:
- главные - главный ствол служит для подъёма на поверхность полезных
ископаемых;
- и вспомогательные стволы - в соответствии с их функциями подразделяются
на:
- грузо-людские - для спуска и подъёма людей (клетевые стволы), мате-
риалов, оборудования;
- и вентиляционные - для проветривания (вентиляционным называют
ствол, через который выдается исходящая струя воздуха; ствол для по-
дачи свежей струи называют воздухоподающим). Часто клетевой ствол
одновременно является воздухоподающим, и никогда — вентиляционным.
Верхняя часть ствола, выходящая на земную поверхность, называется устьем; нижняя (ниже горизонта околоствольного двора) — зумпфом.
Поперечное сечение шахтных стволов бывает круглым, иногда — прямоугольным(шурфы), реже — эллиптическим.
Диаметр вертикальных стволов достигает 9 м, глубина 3-3,5 км. Стенки стволов закрепляют бетоном, железобетоном и металлическими или железобетонными тюбингами; в крепких устойчивых породах — набрызг-бетоном.
Армировка ствола включает обычно металлические горизонтальные элементы (расстрелы) и вертикальные элементы (проводники), в виде деревянных балок или натянутых стальных канатов, обеспечивающие плавное движение скипов и клетей. Сооружают стволы с помощью буровзрывных работ, бурильных установок и стволопроходческих агрегатов.
Слепой шахтный ствол — вертикальная горная выработка, не имеющая выхода на поверхность и предназначенная для транспортировки полезных ископаемых, людей, грузов с нижележащих горизонтов на более высокие, по ним осуществляют проветривание шахты.
Бурение представляет собой трудоемкий и дорогостоящий процесс. Стоимость производства буровых работ в крепких породах на открытых разработках достигает 36% общей стоимости выемки 1т горной массы. От качества рыхления горной массы зависят производительность погрузочного и транспортного оборудования, их долговечность и эффективность эксплуатации.
Бурением называют процесс сооружения земляной выемки,
обычно круглого поперечного сечения (скважины, шпура
или шахтного ствола), путём разрушения грунта (горной
породы) в её лобовой (донной) части (на забое)и из-
влечения на поверхность продуктов разрушения.
Бурение осуществляется, как правило, в земной коре, реже в искусственных материалах (бетоне, асфальте и др.). В ряде случаев процесс бурения включает крепление стенок скважин (как правило, глубоких) обсадными трубами с закачкой цементного раствора в кольцевой зазор между трубами и стенками скважин.
В зависимости от ориентации подачи рабочего органа на забой различают:
- вертикальное бурение,
- горизонтальное бурение,
- и наклонное бурение.
Рабочую зону бурильного оборудования, включая место стоянки, называют забоем.
Таблица 1