Буровые разведочные выработки

 

Важной частью инженерно-геологических и гидрогеологических исследований являются буровые разведочные выработки, с их помощью выясняют геологическое строение и гидрогеологические условия строительной площадки на необходимую глубину, отбирают пробы грунтов и подземных вод, проводят опытные работы и стационарные наблюдения.

 

Буровые скважины представляют собой круглые вертикальные или наклонные выработки малого диаметра, выполняемые специальным буровым инструментом. В буровых скважинах различают устье, стенки и забой.

Бурение скважин

 

Бурение. Для получения данных о строении горных пород на глубине и отбора образцов для лабораторных исследований бурят скважины вручную или механическим путем буровыми самоходными установками.

 

Бурение выполняют комплексом оборудования, в который входят:

  • буровая вышка и буровой станок;

  • набор буровых инструментов, наконечников различного назначения в зависимости от вида грунта;

  • комплект металлических штанг – полые трубы различного диаметра;

  • оголовник – своеобразный «хомут», который крепится в устье скважины и оберегает ее от осыпания грунта при подъеме инструмента. При ручном бурении оголовник обычно не применяется.

 

Наконечник крепится на штанге, второй конец которой закрепляется в роторе установки или через блок вышки выводится на лебедку. По мере углубления инструмента в породу штанги наращивают, а при смене вида грунта меняют тип наконечника.

 

После окончания бурения скважину тампонируют – засыпают грунтом с уплотнением так, чтобы на поверхности не оставалось следов после бурения.

 

Проходка скважин в слабых и водонасыщенных грунтах затруднена вследствие обваливания и оплывания стенок. Для их крепления применяют обсадные трубы, которые опускают в скважину, а дальнейшее бурение выполняют наконечником меньшего диаметра.

 

Результаты бурения заносят в буровой журнал и строится буровая колонка.

 

При инженерно-геологических исследованиях применяют следующие виды бурения скважин: ручное ударно-вращательное, вращательно- колонковое и вибрационное.

 

Ручное ударно-вращательное бурение проводится на застроенных территориях, а также при трассировании автомобильных дорог и трубопроводов. Применяется в нескальных грунтах при мелком (10 - 15 м, реже 30 м) бурении. Имеет низкую производительность и высокую трудоемкость, поэтому применяется в крайне ограниченном объеме.

 

Наконечниками могут быть инструменты: змеевик, шнек, стакан, ложка и желонки. Для проходки полускальных пород применяют долота с утяжелителями.

 

Змеевик и шнек используют в глинах и суглинках. Они имеют форму спирали, внизу – режущее лезвие типа «рыбий хвост». Змеевик ввинчивается в породу как штопор. При подъеме порода удерживается между лопастями. Если змеевик имеет лопасти на длину первой штанги - инструмент называют шнеком.

Вращательно-колонковое бурение – это бурение с кольцевым забоем, которое производится как в прочных и крепких породах, так и в глинистых грунтах.

 

В глинистых породах используют наконечники специализированной конструкции – грунтоносы, диаметром не менее 100 - 125 мм, что дает возможность получить образцы грунта ненарушенной структуры.

 

При бурении в скальных породах наконечником служит буровая коронка, которая сверху соединяется с колонковой трубой, имеющей длину 100 м и более, а та в свою очередь – со штангами. Для бурения в прочных породах в гнездах коронки помещаются алмазы, а при бурении в средних по твердости – твердые сплавы (обычно победит). Для разрушения пород забоя может быть использована чугунная буровая дробь.

 

В процессе бурения колонковая труба заполняется керном.

Во время бурения на забое образуется много пыли (шлама), которую необходимо постоянно удалять. Удаление шлама из скальных и полускальных монолитных и слабо трещиноватых пород производится путем промывки забоя водой, реже – продувкой воздухом. В скальных и полускальных трещиноватых кавернозных породах для промывки применяют глинистый раствор.

 

Глубина скважин при колонковом бурении для инженерно-геологических целей обычно не превышает 100 м, диаметр скважины чаще всего от 33 до 168 мм.

 

Вибрационное бурение. Вибробурение – один из наиболее производительных способов бурения. Этим методом можно производить проходку во многих осадочных породах. Бурение обводненных песчаных пород и глинистых пород пластичной и текучей консистенции рекомендуется выполнять вибратором, а глинистых пород твердой и полутвердой консистенции, плотных песчаных пород и крупнообломочных отложений – вибромолотом.

 

При вибробурении невозможно отобрать пробы глинистых пород ненарушенной структуры, т.к. они меняют свое физическое состояние. При этом способе почти не удается определить уровень грунтовых вод.

 

Глубина скважин обычно колеблется в пределах 15 - 20 м, диаметр скважин от 108 до 212 мм.

Стакан – в виде тонкостенного вкладыша находиться внутри корпуса бурового инструмента. Для удобства при извлечении керна (образца грунта) внутри стакана помещается разъемная гильза. Порода в стакане удерживается силой трения, а при подъеме применяют дополнительные устройства.

 

Буровая ложка используется при вращательном бурении как шнек и змеевик. Применяется в глинах, песках, суглинках, супесях. При вращении порода срезается и заполняет цилиндр.

 

Желонки – это полые трубы, имеющие на одном конце клапан (шарик или тарелочка), а на другом заушины и резьбу для крепления штанги. Используют желонки для водонасыщенных песков, разжиженных супесей и глин. При опускании и поднятии желонки в скважине, она заполняется грунтовой пульпой. При подъеме желонки порода закрывает клапан. На поверхности через заушины породу смывают водой. Затем после отстаивания определяют вид грунта.

Долота при инженерно-геологических изысканиях применяют довольно редко: при проходке полускальных грунтов, реже – скальных грунтов. Тяжелым долотом ударяют на забое скважины, чтобы измельчить породу, а затем ее «вычерпать» ложкой.

 

Грунтоносы применяются для отбора образцов ненарушенной структуры.

 

Глубокое бурение. При картировании и инженерно-геологическом районировании регионов и инженерно-геологических областей, а также при решении вопросов водоснабжения, для построения глубоких опорных разрезов применяют глубокое зондирование, т.е. разные виды и методы бурения: колонковое, вибрационное, шнековое и др. Кроме того, такие скважины используются для проведения опытных работ, для наблюдения за уровнем грунтовых вод и пр.

Шнековое бурение широко применяется в некоторых типах рыхлых пород, например, в лессовых породах. У этого способа имеется ряд недостатков: трудно установить уровень грунтовых вод и границы различных слоев, образцы имеют нарушенную структуру.

 

Шнеки представляют собой штанги, на поверхности которых навита стальная спираль. При соединении шнеков в буровой снаряд образуется непрерывный винтовой транспортер для извлечения грунта из скважины.

 

Глубина скважин обычно не превышает 30 м, диаметр от 125 до 230 мм.

При гидрогеологических исследованиях бурят скважины разведочные, опытные, наблюдательные и разведочно-эксплуатационные.

 

Скважины, предназначенные для забора воды, называют скважинами на воду, они отличаются от других большим диаметром, что связано со значительными размерами погружаемых водоподъемных средств.

 

Бурение скважин на воду осуществляется в основном роторным и ударно-канатным способом. Вращательно-колонковое бурение из-за малого диаметра скважины применяют в ограниченном объеме, в основном в скальных породах при глубине скважин до 200 м.

Роторный способ – это вращательное бурение сплошным забоем, с промывкой или продувкой воздухом, с вращателем (ротором) на поверхности.

 

Роторное бурение используют для бурения скважин любой глубины (обычно более 150 м) на водоносные горизонты, ранее хорошо изученные и опробованные. Преимуществом этого способа является высокая скорость бурения.

 

Порода на забое разрушается полностью с помощью шарошечных долот. К недостаткам способа можно отнести глинизацию стенок скважин при бурении с глинистым раствором и невозможность получения качественной геологической документации.

 

Ударно-канатное бурение применяют в районах с недостаточной гидрогеологической изученностью, оно позволяет вести тщательное геологическое и гидрогеологическое описание. Глубина бурения в нескальных породах до 100 - 150 м, в скальных – на большую глубину.

 

Скорость бурения ударно-канатным способом значительно уступает роторному, глубина скважин до 200 - 300 м.

 

Также широко применяют комбинированный способ бурения (ударно-канатный и роторный).

 

Результаты любого вида бурения заносятся в буровой журнал и используются при построении колонок буровых скважин.

ИНЖЕНЕРНАЯ  ГЕОЛОГИЯ

для  любознательных. Часть III

Логотип ООО "Стройгеология"
+7 (495) 660-36-16