§ 3. Механизация процессов ударного н вращательного бурения неглубоких скважин

Частичная механизация ручного бурения обычно сводится к замене ручного подъема инструмента и долбления механическим. С этой целью используют зубчато-фрикционную лебедку с приводом от двигателя внутреннего сгорания или электромотора.

Следующим шагом в этом процессе было создание легких буровых установок для ударно-канатцого бурения. Разработка таких установок проводилась в специализированных институтах и конторах, занимающихся инженерно-геологическими изысканиями: «Гидроэнергопроект», «Ленгипротранс», «Днепрогипротранс», «Том- гипротранс», ГИСИЗ, СКБ НПО «Геотехника».

В состав таких установок входят: буровая тренога или мачта, зубчато-фрикционная или планетарная лебедка и двигатель внутреннего сгорания, смонтированные на общей раме, которая имеет обычно колесный ход. К серии таких установок относятся^Д-4-15, Д-6-15, Д-5-25 конструкции «Днепрогипротранса», предназначенные для бурения скважин на глубину до 15—25 м при диаметре 108 мм с комплектом бурового инструмента для ударного бурения (УБП-15М, БУКС-ЛГТ, БУГ-75, УБСР-25М и др.).

При бурении скважин с помощью таких установок используется буровой инструмент ударного действия — долота, стаканы, желонки и грунтоносы для отбора образцов пород, имеющие диаметр 73, 108, 127, 168 мм, инструмент для вспомогательных работ (рис. 26.7).

Механизация процесса вращательного бурения глубиной до 10 м осуществляется с помощью малогабаритных переносных

Рис. 26.7. Буровые инструменты для ударно-канатного бурения с применением буровых установок УБП-15М и БУГ-75:

а —грунтонос (стакан), б —грунтонос с клапаном» в'-ударно-поворотный патрон: 1 — наковальня, 2 — боек, 3 — корпус; 4 — ребра;

5. — направляющий шток; б — утяжелитель;

ударная штанга, д— сцепка; с — быстро- съемный замок

станков — мотобуров типа Д-10М, реактивный момент при вращении бурового снаряда у которых гасится усилием бурильщика. Вручную выполняются при этом и спускоподъемные операции. Более комплексная механизация достигается с помощью легких переносимых, перевозимых, а в ряде случаев и самоходных буровых установок типа КМ-10, УКБ-12/25 или УКБ-12/25М, УПБ-100 или установок для вращательного бурения в мягких и рыхлых породах с удалением продуктов разрушения шнековым транспортером. С помощью этих установок осуществляется вращательное бурение скважин на глубину от 5—10 до 100 м инструментом ручного бурения (змеевиковые и ложковые буры), колонковыми снарядами (с промывкой) и шнеками.

Отбор образцов пород или проб полезных ископаемых производят либо в процессе бурения тем или иным породоразрушающим инструментом, вместе с которым выбуренная порода поднимается на поверхность, либо с помощью специальных грунтоносов, когда требуется получение монолитов с ненарушенной структурой.

В практике бурения неглубоких скважин для отбора образцов пород или проб полезных ископаемых используются специальные снаряды, получившие название грунтоносов, имеющие различные принципы действия. По конструкции грунтоносы могут быть обуривающего, забивного и задавливаемого типа различных модификаций.

Грунтонос обуривающего типа, применяемый при отборе монолитов из плотных глинистых грунтов, плотных или сцементированных песков или вращательном бурении (рис. 26.8), состоит из наружной трубы 5 с приваренной спиралью 6 из полосового железа и съемной коронкой 5, вооруженной съемными

резцами 11, керноприемной гильзы 7 со съемным башмаком 9, снабженным тормозными пластинами 10. Гильза 7 удерживается в корпусе грунтоноса винтами 3, входящими в кольцевую проточку пальца 4, с помощью которого подвешена гильза. При заполнении гильзы 7 породой палец 4 упирается в шарик 2, за счет чего предупреждается передача крутящего момента на гильзу, которая не должна вращаться при отборе керна. К бурильным трубам грунтонос присоединяется резьбовой головкой 1. Погружается грунтонос под действием осевой нагрузки, при этом частота его вращения должна быть не более 30—40 об/мин. Продукты разрушения с забоя удаляются винтовым транспортером 6 и скапливаются над грунтоносом, что может послужить причиной прихвата бурового снаряда. Наружный диаметр грунтоноса 160 мм, внутренний 96 мм.

Забивные грунтоносы предназначены для взятия образцов связных и слабосвязных пород глинистого состава. Забивной грунтонос (рис. 26.9, а) состоит из керноприемной и ударной частей. Керноприемная часть включает корпус (стакан) 11, разъемную гильзу 10 и головку 6. Гильза присоединяется к головке с помощью замка 9 и стопорного винта 8. Ударная часть состоит из корпуса 2, ударника 4, направляющей штанги 5, муфты 3 и переходника 1 с резьбой для присоединения к БТ. После спуска на забой такого грунтоноса с помощью БТ ударник 4 с корпусом

2. приподнимают и сбрасывают. Под действием ударов, наносимых ударником 4 по верхнему концу головки 6, стакан погружается в породу. Величина хода ударника при этом определяется длиной направляющей штанги 5. Удаление жидкости или воздуха из керноприемной гильзы, по мере заполнения ее керном, происходит через дренажную систему отверстий с подпружиненным обратным клапаном 7. При подъеме на поверхность грунтонос подхватывается верхним торцом ударника 4, упирающимся в муфту 3. Отрыв монолита (керна) осуществляют вращением БТ, которое передается корпусу грунтоноса и гильзе за счет выступов (зубьев) в муфте

3. и верхнем торце ударника 4, которые входят в зацепление при натяге и вращении БТ. Монолит при подъеме удерживается в керноприемной гильзе силой трения.

На рис. 26.9, б показана более простая конструкция грунтоноса забивного действия, спускаемого в скважину на канате. Грунтонос в этом случае состоит из составной ударной (забивной) штанги 1, 2 с бойком 5, переходников 3 и 7, направляющей трубы 4, наковальни 6, колонковой трубы 8 с окном 9 и башмака 10. После спуска на забой такого снаряда приводится в движение ударная штанга, наносящая удары по наковальне, под действием которых башмак внедряется в породу. Энергия ударов при этом определяется массой ударной штанги и высотой ее сбрасывания. После заполнения колонковой трубы грунтонос извлекают на поверхность. Керн из достаточно связной породы удерживается в трубе силой трения. Для захвата сыпучего материала в башмаке

Рис. 26.0, Грунтонос забивного типа

устраиваются кернозахватывающие приспособления типа стальных пластинок (амброзов), упругих проволочек или клапана (на рис. 26.9,6 показано пунктиром).

Грунтоносы залавливаемого действия созданы для отбора монолитов пластичных пород достаточно прочных, а также мягких и текуче-пластичной консистенции (плывунов). Грунтонос первого типа (рис. 26.10^) состоит из тонкостенного корпуса 5, разъемной гильзы 4 с рукояткой 3 для извлечения гильзы с монолитом из корпуса и переходника 2 с обратным клапаном 1, перекрывающим дренажный канал. При отборе керна такой грунтонос, спускаемый на БТ, осевым давлением погружается в породу. При этом получают монолиты с минимальной степенью деформации.

Грунтонос второго типа (рис. 26.10,6) отличается наличием подрезающих керн проволочных дуг 6 и разъемного стакана 3, 5 с картонной парафинированной гильзой 4 и башмаком S с тремя тормозными пластинами 9. Башмак 8 подвижно соединен с нижней частью стакана 5 при помощи винтов 7, концы которых входят в выточки, имеющиеся в башмаке. Дренирование внутренней части грунтоноса происходит через воздушный клапан 2. С помощью резьбовой головки I грунтонос присоединяют к БТ и спускают на забой. После задавливания грунтоноса под действием осевой нагрузки стакан проворачивают вращением БТ. При этом

башмак удерживается от вращения тормозными пластинами 9, а увлекаемые вращающимся стаканом проволочные дуги 6 подрезают керн и удерживают его при подъеме грунтоноса на поверхность.

Для взятия образцов пород текучепластичной и текучей консистенции служит грунтонос залавливаемого действия с эластичной оболочкой-чулком.

Грунтонос (рис. 26.10,в) состоит из переходника 1, корпуса 2, керноприемной гильзы 4 и башмака 8 с тормозными пластинами 9. Эластичная оболочка 5 крепится на гильзе 4 резиновыми кольцами 3, а на башмаке — проволокой 6. Башмак 8 присоединяется к корпусу винтами 7, концы которых входят в проточку на башмаке. При отборе монолита (керна) грунтонос, присоединенный к БТ, задавливают в грунт на глубину 25—30 см, после чего делают 2—3 оборота. При этом башмак остается неподвижным, а эластичная оболочка 5 в пространстве между гильзой и башмаком скручивается в жгут и герметично перекрывает выход из кер- ноприемной гильзы.