litceymos.ru 1


Введение.


Разведочное бурение и горноразведочные выработки являются важнейшим средством поисков и разведки всех видов полезных ископаемых, а также инженерно-геологических изысканий.

Данный курсовой проект дает возможность ближе познакомиться с бурением и проходкой горных выработок. Целью курсового проекта является ознакомление студентов с имеющимися техническими средствами разведки месторождений полезных ископаемых, технологиями проведения геологоразведочных работ и проектированием геологоразведочных скважин.

По заданию необходимо:

1. Подсечь 20 скважинами пластообразную залежь магнезита мощностью 20 м, залегающую среда доломитов. Глубина подсечения основным стволом скважины 700,0 м от устья скважины.

2. Пройти 30 канав длиной 20 м каждая. Проектные геологические разрезы:

а) по основному стволе скважины: 0,0 -4,0 - наносы, 4,00-150,0 - доломиты; 150,0-180,0 - зона дробления в доломитах; 180,0 и глубже - доломиты с залежью магнезита.

в) по канавам: 0,0-2,0 - суглинки; 2,0-2,5 -магнезит.


Бурение скважин.


1.1 Выбор и обоснование способов бурения и основных параметров скважин.

При разведке твердых месторождений твердых полезных ископаемых применяются колонковое, роторное и ударно-канатное бурение скважин.

В данном проекте для бурения скважин выбран колонковый способ бурения.

Колонковое бурение является основным техническим средством разведки месторождений твердых полезных ископаемых.

Оно также широко применяется при инженерно-геологических и гидрогеологических исследованиях и на структурно-картировочных изысканиях при поисках нефтяных и газовых месторождений. Кроме того, это бурение применяется для различных инженерных целей. Колонковым способом могут буриться шурфы и разведочные шахты.

Колонковое бурение получило столь большое распространение по следующим причинам:


  1. Оно помогает извлекать из скважины столбики породы – керна, по которым можно составить геологический разрез месторождения и опробовать полезное ископаемое.

  2. Колонковым способом можно бурить скважины под различными углами к горизонту, различными породоразрушающими инструментами в породах любой твердости и устойчивости. Из подземных выработок можно бурить восстающие скважины.

  3. Бурить скважины малых диаметров на большую глубину, применяя относительно легкое оборудование.

Глубины колонковых скважин различные – от нескольких метров до нескольких тысяч метров.

К недостаткам колонкового бурения относятся высокая аварийность и низкий выход керна при проходке рыхлых, неустойчивых и трещиноватых пород.

Диаметры колонок скважин зависят от целей их проходки и от типа породоразрушающего инструмента.

При алмазном способе скважины бурятся в основном коронками диаметром 76, 59 и 46мм. При твердосплавном бурении разведочных скважин чаще применяют коронки диаметром 93, 76, 59мм, а при инженерно-геологических изысканиях применяются коронки диаметром 190, 151, 132 и 112мм. (Воздвиженский, 1979)

Определение глубины скважины

В общем случае глубина скважин определяется необходимостью полного подсечения тела полезного ископаемого. При этом углубление в подстилающие рудный пласт породы должно быть в пределах 5-20м.

По условию глубина подсечения рудного пласта 700м., мощность пласта 20м. Тогда общая глубина скважины составит 730м.

Определение начальных углов забуривания скважины

В общем случае ствол скважины должен по возможности пересекать пласты горных пород под углом близким к 900.

Выбор конечного диаметра бурения

В общем случае конечный диаметр скважины должен быть минимально необходимым. В нашем случае конечный диаметр скважины зависит от способа колонкового бурения. При бурении скважины твердосплавными коронками dк = 59мм,.



Таблица

Распределение объемов буровых работ по категориям.

№ п/п

Категория

Название породы

Объемы

Бурения


По 1 скв.

По 20 скв.

1

II

Наносы

4,0м

60,0м

2

5

Доломиты

150,0м

3000,0м

3

5

Зона дробления в доломитах

180,0м

3600,0м

4

5

доломиты с залежью магнезита

180,0м

И больше.

3600,0м

И больше

5

5

Доломиты

10,0м

200,0м

Будет применяться твердосплавное бурение, dк = 59мм.

1.2. Выбор и обоснование проектной конструкции.

Конструкцией скважины называется ее технический разрез, в котором указаны диаметры бурения по интервалам глубины, диаметры обсадных труб и глубины их установки, места и способы тампонажа, технологические параметры бурения по интервалам глубин.


Бурение скважин будет осуществляться по типовому профилю по данному типу разреза.

Для построения многоствольной скважины используется графо-аналитический способ.

1.2.1. Составление ГТН.

Конструкция скважины определяется на основании геолого-технических условий бурения, выбранного конечного диаметра проектной глубины скважины.

Проектная глубина 730м.

dк = 59мм.

Категория пород по буримости: II, VI, VII.


Способы бурения основного ствола скважины:

- в интервале от 0,0м до конца скв (730м) – твердосплавное бурение.

Интервалы бурения с осложненными условиями бурения, согласно приведенного геологического разреза, следующие:


  1. Насосы 0,0-4,0;

2) Зона дробления в доломитах 140,0-190,0.

Осложненными считаются условия, требующие специальных технологических операций при бурении в этих интервалах.

Предусматривается перекрытие интервалов с осложненными условиями бурения колоннами обсадных труб и производство затрубного цементного тампонажа на 10м выше и 10м ниже раздробленных пород.

Тампонаж проводится с целью гидроизоляции:

- устья скв в интервале 0,0 – 15,0м ;

- зоны поглощения в интервале 140.0 – 190.0м .

Диаметры обсадных труб 93мм и 89мм соответственно интервалам.

Промывка основного ствола скважины:

- в интервале 0,0 – 730,0м – промывка глинистым раствором;

1.3. Выбор и обоснование бурового оборудования.

Буровое оборудование должно быть минимально необходимым для бурения проектируемой скважины. Оно выбирается в зависимости от глубины бурения, диаметра скв, способа бурения. Исходя из глубины скв (730м), конечного диаметра (59мм) и колонкового способа бурения проектом предусматривается применение установки колонкового бурения - УКБ-5П (УКБ-500/800).


Передвижная буровая установка УКБ-5П (УКБ-500/800) является модификация установок 5 класса (ГОСТ 7959-74).

В состав установки входят:

- буровой станок СКБ – 5;

- буровая мачта БМТ – 5;

- передвижное буровое здание ПБЗ – 5;

- контрольно-измерительная аппаратура «Курс - 411»;

- транспортная база ТБ – 15;

- буровой насос НБ4 – 320/63(2 шт.);

- грузоподъемные принадлежности:

элеватор – 50;

элеватор 50/54;

вертлюг-пробка – 50;

вертлюг-пробка – 54;

полуавтоматический элеватор;

- труборазворот РТ – 1200.

Станок СКБ – 5 оснащен контрольно-измерительной аппаратурой «Курс - 411»,в которую входят:

- индикатор веса бурового снаряда, Н 50000

- индикатор усилия на крюке, Н 80000

- измеритель нагрузки, Н 25000

- манометр для измерения давления, Н/см2 0 – 1000

- индикатор механической скорости бурения, м/ч 0 - 3; 0 – 15

Техническая характеристика буровой установки УКБ – 5П

Параметры

УКб – 5П

Глубина бурения при конечном диаметре скв 59мм, м

730

Начальный диаметр скв

112

Диаметр бурильных труб

50;54;63;5;68

Частота вращения, об/мин

120;260;340;410;540;720;1130;1500

Наибольшее усилие подачи, Н:


вверх


85000

вниз

65000

Грузоподъемность лебедки, кг

3500

Скорости навивки каната на барабан, м/с

0,7-6,0

Мощность электродвигателя для привода бурового станка, кВт

30

Мощность буровой установки, кВт

98

Высота мачты, м

19

Длина свечи, м

13,5

Тип бурового насоса

НБ – 320/63

Число буровых насосов

1

Минимальный расход, л/мин

320

Максимальное давление, Н/ см2

400

Мощность электропривода насосов, кВт

22

Габаритные размеры установки, м:




Длина

10,70

Ширина

4,56

Высота

19,10

Масса, кг




станка

2200

установки

17500


1.4. Промывка скважин.

Колонковое бурение проводится с промывкой.

Основные назначения промывки скважин:


  1. очистка забоя скважины от разбуренной породы и вынос ее на поверхность;

  2. охлаждение породоразрушающего инструмента;

  3. укрепление неустойчивых стенок скважин.

1.4.1. Схема промывки скважин.

Существует три способа промывки скв с выходом промывочной жидкости на поверхность земли: прямая, обратная и комбинированная.

В данном проекте выбрана прямая промывка. В этом способе промывочная жидкость, нагнетаемая насосом, проходит по колонне бурильных труб, затем между керном и колонковой трубой, омывает забой, охлаждает породоразрушающий инструмент, захватывает с забоя частицы разрушенной породы, поднимается вверх по кольцевому пространству между бурильными трубами и стенками скв и, наконец, выходит на поверхность земли. (Воздвиженский,1979)

Достоинства прямой промывки:

  1. способствует увеличению скорости бурения;

  2. позволяет закреплять стенки скв;

  3. технически простой и дешевый.

Недостатки прямой промывки:

  1. размываются стенки скв;

  2. низкий выход керна;

  3. повышенный расход промывочной жидкости.

Для пород, слагающих заданный геологический разрез, указанные недостатки не имеют значения.

При прямой промывке жидкость насосом 1 нагнетается по нагнетательному шлангу 2 подается к забою по бурильной колонне 3, охлаждает породоразрушающий инструмент 4, омывает забой и поднимается по кольцевому пространству между стенками скважины и колонной бурильных труб, транспортируя на поверхность разбуренную породу. (Рис. 1.1.)


Рис. 1.1. Схема прямой промывки скважин.

1.4.2. Выбор промывочной жидкости.

Основные типы промывочной жидкости:


  1. техническая вода (пресная, морская, рассолы) применяется при алмазном бурении в устойчивых породах;

  2. глинистый раствор применяется при твердосплавном бурении в трещиноватых, рыхлых, сыпучих, плывучих и других слабоустойчивых породах для предотвращения обвалов, а также в трещиноватых скальных породах для борьбы с потерей циркуляции.


Назначение глинистых растворов:

  1. глинизация стенок скв;

  2. удержание шлама во взвешенном состоянии;

  3. создание повышенного противодавления на пласт;

  4. облегчение транспортирования шлама по стволу;

  5. предохранение бурового инструмента от коррозии благодаря глинистой корке, покрывающей всю поверхность инструмента. (Воздвиженский, 1979)

В качестве промывочной жидкости:

- в интервале 0,0 – 730,0м – промывка глинистым раствором;

1.4.3. Очистка промывочного раствора от шлама.

Очистка промывочной жидкости, в частности глинистого раствора, от шлама осуществляется в желобах, отстойниках и гидроциклонах.

Очистка в желобах и отстойниках. Желоба металлические или деревянные шириной 30см, высотой 25см укладывают с уклоном 1см на 1м длины. По дну желобов через 1м друг от друга ставят съемные перегородки высотой 15см, заставляющие жидкость двигаться зигзагообразно, способствующие разрушения структуры глинистого раствора и оседанию шлама. Длина желобов 14 – 17м.(рис)

Недостатки очистки промывочной жидкости в желобах и отстойниках:

1) они занимают много места;

2) должны регулярно очищаться от шлама;

3) зимой их трудно утеплять. (Воздвиженский,1979)


Рис.Желобная система для очистки промывочного раствора от шлама.

1.4.4. Расчет количества буровых растворов.

Объем бурового раствора V = V1 + V2 + V3, м3, где

где

D-средний диаметр скважины;

Н-глубина скважины;

V2 = 2 – 5 м3 – объем резервуаров для хранения бурового раствора;

V3 = (2 - 5)* V1 и более – потеря бурового раствора в скважине, которая зависит от степени трещиноватости пород.

Расчет количества глинистого раствора для основного ствола скважин.

D = 93мм = 0,093м;

Н = 730м;

V1=(3.14*0.093/4)*730=53.2 м3

V2 = 4 м3

V3 = 4* V1 = 4*53.2 = 212.8 м3

V = 53.2+4+212.8 = 270 м3 для одной скв

20*V = 270*20 = 5400м3 для 20 скв

1.5. Тампонаж скважин.

Тампонирование скважины – комплекс работ по гидроизоляции отдельных ее интервалов.

Цели тампонажа:


  1. разделение и изоляция водоносных и других горизонтов;

  2. укрепление стенок скв;

  3. ликвидация водопроявлений;

  4. устранение поглощения промывочной жидкости;

  5. защита подземных вод от загрязнения.

Проектом предусматривается затрубный цементный тампонаж.

Цементом называется вяжущее вещество, которое, будучи замешано с пресной водой в тесто, твердеет как в воздухе, так и в воде. Цемент изготавливают путем тонкого измельчения клинкера(обожженной до спекания смеси известняка и глины) совместно с гипсом в количестве, необходимом для регулирования сроков схватывания и твердения. (Воздвиженский,1979)


Тампонаж производится в интервалах зоны поглощения и самого нижнего слоя представленного песком, т.е. где установлены обсадные трубы с целью гидроизоляции:

устья скважины в интервале 0,0 – 15,0м;

зоны поглощения в интервале 140.0 – 190.0м.


      1. Схема тампонирования скважины.

Проектом выбрана схема тампонирования двумя пробками. Тампонаж по способу «с двумя пробками» наиболее надежный, но и наиболее сложный способ, при котором процесс цементации распадается на два этапа.

Первый этап.

Подготовка забоя скв, заключающаяся в его очистке, а в некоторых случаях – и расширении. Для очистки скв обсадные трубы поднимаются с забоя на 0,5-1,0м. На верх колонны обсадных труб навинчивают специальную головку для цементации и присоединяют шланг промывочного насоса, при помощи которого промывочную жидкость нагнетают в обсадные трубы. Под давлением насоса промывочная жидкость вытесняется из обсадных труб в затрубное пространство и поднимается до устья скв. Такую промывку затрубного пространства производят для того, чтобы облегчить проникновение в него цементного раствора.

Второй этап.

После промывки затрубного пространства колонна обсадных труб остается подвешенной над забоем, головку для цементации свинчивают с обсадных труб, а в трубы опускают нижнюю пробку, которую при помощи штанг подталкивают на некоторое расстояние. Сверху этой пробки наливают (специальным насосом) цементный раствор, поверх которого вновь вставляют верхнюю пробку. Таким образом, цементный раствор становится зажатым меду двумя пробками. На верхнюю пробку нагнетают промывочную жидкость, которая проталкивает обе пробки и раствор между ними к забою скв. Закачку промывочной жидкости продолжают до тех пор, пока верхняя пробка не встретится с нижней, которая по выходе из труб останавливается на забое, а цемент выжимается в затрубное пространство. Как только прекратится заталкивание пробки, немедленно прекращается подача промывочной жидкости, освобождаются хомуты простых труб и колонна под действием собственного веса или при применении добавочного давления опускается на забой. СКВ в таком состоянии оставляют в течение 1-3 суток, что зависит от качества цемента и др. условий. Для тампонажных работ при бурении скв используют специальный сорт цемента – тампонажный. Техническими условиями предусматриваются сроки начала и окончания схватывания цементного раствора. (Рис. 1.2.)



Рис. 1.2. Схема тампонажа скв цементом по способу «с двумя пробками».




а - начало закачки цемента;

б - конец закачки цемента;

в - начало подъема цемента в затрубное пространство;

г - конец цементации.

1 - запорный кран, 2 - манометр, 3 - головка для цементации, 4 - верхняя часть пробки, 5 - резиновые манжеты, 6 - нижняя часть пробки, 7 - обсадная труба, 8 – верхняя проб­ка, 9 - нижняя пробка.


1.5.2. Расчет количества тампонирующего раствора.

, где

D – диаметр скв;

dнаружный диаметр обсадных труб;

H – высота зоны тампонажа.

Интервал 0,0 –15,0м

D = 112мм = 0,112м;

d = 108мм = 0,108м;

Н = 15м.

Vup=3.14/4(0.112²-0.108²)*15=0,01м3 для одной скв

2* Vц.р. = 20*0,01= 0,2м3 для 20 скв

Интервал 140.0 – 190.0м

D = 93мм = 0,093м;

d = 89мм = 0,089м;

Н = 50м.

Vup=3.14/4(0.093²-0.089²)*50=0.03 м3 для одной скв

2* Vц.р. = 20*0.03 = 0,6 м3 для 20 скв


1.6. Технология колонкового бурения.

1.6.1. Технологические режимы бурения.

Интервал 0,0 – 15,0м.

Бурение осуществляется твердосплавной коронкой марки М1 диаметром 112мм. Бурение осуществляется при минимальных скоростях 100-150 об/мин. Промывка осуществляется глинистым раствором без циркуляции промывочной жидкости. Осевая нагрузка на основной резец 500-600Н. После проходки данного интервала скв обсаживается трубами диаметром 108 мм до глубины 15м. Производится затрубный цементный тампонаж скв.


Интервал 15.0-190м.

Бурение осуществляется твердосплавной коронкой типа СМ5 диаметром 93мм. Промывка осуществляется глинистым раствором без циркуляции промывочной жидкости. Осевая нагрузка на основной резец 400-600Н. После проходки данного интервала скв обсаживается трубами диаметром 89мм до глубины 190м. Производится затрубный цементный тампонаж скв в интервале 140-190м.

Интервал 190-730м.

Бурение осуществляется твердосплавной коронкой типа СМ5 диаметром 76мм. Промывка осуществляется глинистым раствором без циркуляции промывочной жидкости. Осевая нагрузка на основной резец 500-700Н.

1.6.2. Бурение по пласту полезного ископаемого.

Интервал 700 – 720м.

Бурение ведется с соблюдением всех правил, обеспечивающих необходимый выход керна. Бурение осуществляется коронкой типа СМ5 диаметром 76мм.

По полезному ископаемому бурят в следующем порядке:


  1. определяют контакт пустых пород с полезными ископаемыми;

  2. скв подготавливают к бурению по пи

  3. бурят непосредственно по пи;

  4. отрывают керн и поднимают его.

Перед бурением проводят следующие мероприятия по подготовке скв:

  1. промывают скв до полного удаления шлама;

  2. извлекают оставшийся керн пустых пород;

  3. производят контрольный замер глубины скв;

  4. готовят нужный буровой снаряд для бурения по пи.

Плохой выход керна получается при бурении в горных породах: мягких, легко размываемых промывочной жидкостью; рыхлых, сыпучих и плывучих; слоистых и неоднородных по составляющим слоям; подверженным избирательному истиранию и размыванию; сильнотрещиноватых, брекчированных, сильно раздробленных, растворяемых промывочной жидкостью(минеральные соли).

Неудовлетворительный выход керна получается в результате его истирания, а также из-за заклинивания и выпадения керна во время подъема. Чем продолжительнее на забое работает колонковый снаряд, тем чаще может происходить подклинивание, истирание и размыв керна.


Истирание и разрушение керна усиливаются при бурении затупленными коронками, при погнутости колонковой трубы, при вибрации и биении колонкового снаряда. Большие скорости промывочной жидкости в кольцевом зазоре между керном и коронкой могут быть причиной подклинивания и размывания керна.

Для повышения выхода керна в разрушающихся и размывающихся породах рекомендуется:


  1. ограничивать время работы коронки на забое, максимально повышая скорость бурения;

  2. уменьшать скорость потока в зазоре между керном и внутренней стенкой коронки;

  3. не допускать в работу искривленные колонковые и буровые снаряды, у которых нарушена сносность;

  4. не применять затупившихся коронок;

  5. создавать в керноприемной трубе восходящий поток, препятствующий самозаклиниванию керна;

  6. тщательно заклинивать керн и проверять заклинивание перед подъемом снаряда;

  7. после заклинивания керна сбрасывать в бурильную колонну шаровой клапан для перекрытия осевого отверстия переходника и предохранения керна от выдавливания из колонковой трубы при подъеме жидкостью, наполняющей бурильную колонну;

  8. при бурении по легкоразмываемым и разрушающимся пластам(углям, марганцевым и рыхлым железным рудам, бокситам) применять двойные колонковые снаряды (ДКС).

  9. При неглубоком бурении при проведении скважин в мягких и средних породах применять безнасосное бурение с расхаживанием снаряда для возбуждения пульсирующей обратной циркуляции;

  10. При бурении в минеральных солях применять для промывки скважин насыщенные растворы этих солей. (Воздвиженский,1979)

1.7. Ликвидация скважин.

Пробурив скважину, производят контрольный замер ее глубины, измерение зенитного и азимутального углов через установленные интервалы (по условию через 50м) и геофизические исследования(каротаж). Затем приступают к извлечению обсадных колонн и ликвидационному тампонированию скважины.


Ликвидационное тампонирование. Цель ликвидационного тампонирования состоит в том, чтобы изолировать все водоносные пласты и пласты полезного ископаемого, подлежащего разработке, от поступления в них воды по скважине и по трещинам из изолируемого водоносного пласта и устранить возможность циркуляции подземных вод по стволу скважины при извлечении обсадных труб и ее ликвидации.

Для ликвидационного тампонирования скважины, пройденной в скальных и полускальных породах, применяют цемент, в породах глинистых – пластичную жирную глину. Скважина, пробуренная с применением глинистого раствора и тампонируемая цементом, перед тампонированием промывается водой для разгллинизации. Цементный раствор нагнетают насосом через бурильные трубы, опущенные до забоя. По мере заполнения скважины цементным раствором бурильные трубы приподнимают. После подъема насос и бурильные трубы должны быть промыты водой для очистки от остатков цементного раствора.

При тампонировании глиной ее замачивают, приготовляют густое глиняное тесто, затем с помощью глинопресса или вручную готовят цилиндры из глины. Глиняные цилиндры опускают на забой скважины в длинной колонковой трубе и, приподняв колонковую трубу на 1,0 -1,5м над забоем, выпрессовывают с помощью насоса давлением воды обычно при 1,0 -1,5МПа. Для надежности каждую порцию тампонажной глины трамбуют металлической трамбовкой.

Для ликвидационного тампонирования глубоких скважин хорошо зарекомендовали себя:


    1. глинисто – цементный раствор, изготовляемый на базе глинистого раствора повышенной вязкости. На 1м3 глинистого раствора добавляют 120 – 130 кг тампонажного цемента и 12кг жидкого стекла;
    2. в Донбассе для тампонирования законченных скважин применяют отверждаемый глинистый раствор(ОГР) следующего состава: нормальный глинистый раствор 64%; формалин- 11%; ТС-10 – 25%. ТС – 10 представляет собой темно-коричневую жидкость, изготовленную из смеси сланцевых фенолов, этиленгликоля и раствора едкого натра.


В ряде разведочных районов к тампонажным растворам добавляют песок.

При наличии полного поглощения промывочной жидкости на интервале скважины выше зоны поглощения устанавливают деревянные пробки.

В устье ликвидационной скважины оставляют обсадную трубу (репер) с цементной пробкой. На трубе отмечают номер и глубину скважины, а также предприятие, выполнявшее бурение. (Воздвиженский,1979)

Расчет количества ликвидационного материала.

, где

Vл. м. - объем ликвидационного материала;

D = 76мм = 0,076м– средний диаметр скв;

Н = 730м – высота скв;

Vлм=(3.14*0.076²/4)*730=3.3м3-для одной скв

Vл. м. *20 = 3.3*20 =66 м3-для 20 скв

1.8. Техника безопасности.

При производстве буровых работ необходимо руководствоваться «Правилами безопасности при геологоразведочных работах».

Руководство буровыми геологоразведочными работами может быть возложено исключительно на лиц, имеющих на это право(инженер, техник, буровой мастер). Управление буровыми станками, буровыми механизмами, а также обслуживание двигателей, компрессоров электроустановок должно производиться лицами, имеющими на это право, подтвержденное соответствующим документом. Все рабочие, как вновь принимаемые, так и переводимые на др. работу, допускаются к выполнению работ только после прохождения инструктажа по вопросам техники безопасности и обучения безопасным методам труда. Повторный инструктаж всех рабочих по технике безопасности должен проводиться не реже одного раза в полугодие. Проведение обучения и повторного инструктажа должно быть зарегистрировано в «Журнале регистрации обучения и всех видов инструктажа по технике безопасности».

Буровой агрегат должен проверяться в начале смены бурильщиком и периодически, но не реже одного раза в декаду, буровым мастером.


Результаты проверки должны записываться бурильщиком в буровой журнал, а буровым мастером в «Журнал проверки состояния техники безопасности». Обнаруженные неисправности должны устраняться до начала работ.

Запрещается работать при неисправных узлах станка, насоса, двигателей пусковой аппаратуры, неисправном слесарном, буровом, вспомогательном и технологическом инструменте.

Буровая установка должна быть обеспечена комплектом приспособлений и устройств для безопасного ведения работ и средствами индивидуальной защиты. Особое внимание уделяется ограждению вращающихся частей механизмов и защите от поражения электротоком.

Буровое здание должно быть освещено в соответствие с санитарными нормами, обеспечено умывальником, полотенцами и мылом, бачком для кипяченой воды, аптечкой.

Все рабочие работают только в спецодежде и в защитных касках, для хранения одежды необходимо иметь специальное помещение или шкаф.

Технологические режимы бурения должны соответствовать, указанным в геолого-техническом наряде. Контрольно-измерительная аппаратура должна быть исправна.

В процессе работы систематически проводится проверка состояния техники безопасности и санитарии лицами, ответственными за состояние техники безопасности.

При использовании в зимнее время печного отопления буровых вышек необходимо серьезное внимание обращать на выполнение требований пожарной безопасности. Пол под печкой и вокруг нее на расстоянии 0,5м обязательно следует покрывать листовой сталью. Стену здания у печи необходимо оббить стальным листом с асбестовой прокладкой или засыпать песком пространство между листом и стеной. Расстояние от стены до печи должно быть не менее 0,7м. печные трубы должны быть выведены выше крыши бурового здания не менее чем на 1,5м, а в местах проведения их через деревянные конструкции должны быть обернуты асбестом.

Запрещается применять факелы и др. источники открытого огня для аварийного освещения, а также для разогрева дизельной установки и масляных баков буровых станков. (Правила безопасности при геологоразведочных работах, 1980; Советов, 1980)



Проходка канав


2.1. Проходка канав.

Канава – узкая протяженная поверхностная горная выработка, глубиной до 3м. Поперечное сечение канав обычно трапециевидное шириной по дну канавы 0,4-1,0м. Протяженность канав зависит от их назначения и может быть от нескольких до сотен метров. В большинстве случаев канавы проходят с целью вскрытия коренных горных пород или тел полезных ископаемых, не затронутых выветриванием, когда они перекрыты наносами мощностью до 3м.

2.1.1. Выбор и обоснование типа, формы и размеров сечения.

В проекте выбрано трапециевидное сечение. Только в устойчивых горных породах стенки канавы могут быть вертикальными, да и то только в тех случаях, когда величина углубки в коренные породы будет небольшой. Во всех остальных случаях, особенно при проходке наносов, стенкам должен быть обеспечен необходимый угол наклона α с тем, чтобы предохранить их от обрушения.

Т.к. на коренных породах залегают сугленки, то выбираем α = 700.

Ширина дна канавы 0,6м.

Ширина канавы у поверхности 4,6м. (Ширина дна канавы 0,6м + 2а, где а = мощности песка = 2м)

Площадь сечения канавы S = S1 + S2, где

S1 = (2*0,6 + 2а)/2 = 2,6м2 – площадь поперечного сечения песков,

S2 = 0,6*0,5= 0,3 м2 - площадь поперечного сечения коренных пород (0,5м – мощность габбро с вкрапленностью титаномагнетита),

S = 2,6м2 +0,3 м2 = 2,9м2

(Рис. 2.1.)


Рис. 2.1. Сечение канавы.

2м – мощность песка;

0,5м – мощность коренных пород;

0,6 – ширина канавы;

α = 70 – угол естественного откоса для песка;

а = 2м.


2.1.2. Выбор и обоснование способов проходки и основного оборудования.


Способ проходки выработки зависит в основном от положения ее в простран­стве (вертикальные, наклонные, горизонтальные), крепости и строения горных по­род, их водоносности. В зависимости от устойчивости пересекаемых пород и при­тока грунтовых вод различают обычные и специальные способы проведения выра­боток. Обычные способы применяют при сравнительно небольшом притоке воды, в крепких и устойчивых породах, допускающих обнажение забоя (кровли, подошвы) и боковых стенок выработок.

При проходке канав выделяют способы:


  1. проходка вручную;

  2. механизированный;

  3. с применением буро-взрывных работ.

При проходке канав вручную осуществляют следующие операции:

  1. разметка канавы;

  2. разрыхление породы при помощи кайла;

  3. выбрасывание породы на поверхность;

  4. выравнивание стенок канавы.

Способ применим к I – V категориям по буримости.

Канавы могут проходиться механически. При проходке канав машинами поперечное сечение будет прямоугольным.

При проходке канав в крепких и плотных рыхлых, а также мерзлых коренных породах осуществляется проходка с применением буро-взрывных работ. Выполняются следующие операции:

  1. разметка линий канавы;

  2. разметка шпуров;

  3. бурение и очистка шпуров;

  4. закладка ВВ и взрывание;

  5. уборка взорванной породы с выбросом ее на поверхность;

  6. выравнивание стенок и дна канавы.



Распределение пород по категориям буримости и способу проходки.

№ пп

Наименование

породы

Категория

Глубина проходки, м


Способ проходки

1

Суглинки

II

2,0

Ручной

2

Магнезиты

XIII

2,5

Буро-взрывной


Для проходки песков в интервале 0,0-2,0 м применяется ручной способ. Далее высокая кре­пость пород определяет применение буровзрывного способа проходки в интервале 2,0-2,5 м.

Наиболее трудоемкими операциями при буровзрывном способе проведения выработки являются бурение шпуров и уборка породы.

Бурение шпуров будет осуществляться ручным низкочастотным перфоратором ПА – 23.

Т.к. длина шпуров равна 0,63м, то используем комплект буров. Характеристика буров и диаметр патронов приведены в таблице:

№ бура

Длина бура, мм

Диаметр головки бура, мм

Диаметр патрона, мм

1

500

37




2

1000

35

32


2.1.3. Буровзрывные работы.

Буровзрывной способ проходки является наиболее сложным. Он включает ряд последовательных операций, составляющих вместе проходческий цикл:

1) разметка шпуров на забое выработки;


2) бурение шпуров;

3) зарядка шпуров ВВ;

4) взрывание зарядов (отпалка);

5) уборка разрыхленной взрывом породы;


2.1.3.1. Расчет количества и глубины шпуров.

Количество шпуров вычисляется по формуле:

, где

f –коэффициент крепости, S – площадь поперечного сечения выработки.

Коэффициент крепости f для магнезита равен 9.

S = 0,6*20 = 12 м2 (20м – протяженность канавы)

N=2.7√9*12=39

Количество шпуров 28.

Отношение S/N = 12/28 = 0,42, что не противоречит неравенству


Глубина шпуров при проходке канав будет определяться мощностью слоя, который необходимо взорвать.

, где

Н – мощность, взрываемого слоя (длина заходки), м,

КИШ шпуров равен 0,7-0,9.




2.1.3.2. Разметка и бурение шпуров.

Шпуры должны быть расположены таким образом, чтобы обеспечи­вались:

- равномерная работа каждого шпура, исключающая подрыв рядом рас­положенных зарядов;

- отбойка породы в контурах выработки, согласно проекту;

- равномерное дробление породы и измельчение ее до нужной крупно­сти кусков, что обеспечивает наибольшую производительность породоуборочных работ.

Расстояние между шпурами в канавах колеблется в пределах: 0,6 – 1,2 м.

Т.к. общее число шпуров 28, то для канав длиной 20 м целесообразно расположить шпуры в две линии в шахматном порядке параллельно оси канавы и под углом 900 к плоскости забоя. В каждом ряду будет располагаться по 14 шпуров. (Рис. 2.2.)


Расстояние шпуров от стенок канавы 0,15м.

Расстояние между рядами шпуров 0,30м.

Расстояние между шпурами в ряду 1,1м.

Рис. 2.2. Cхема расположения шпуров в канаве.




2.1.3.3. Обоснование выбора и расчет требуемого количества ВВ.

Взрывчатыми веществами (ВВ) называют химические соединения или ме­ханические смеси, способные под воздействием внешнего импульса (нагревания, искры, удара) с огромной скоростью превращаться в другие химические соедине­ния с образованием газов и выделением тепла.

Выбор ВВ определяется характером выработок (поверхностные или подзем­ные), степенью увлажненности на забое, насыщенностью выработок газами и пы­лью. Учитывая эти характеристики, для проектных канав предполагается ис­пользовать аммонит №9 порошкообразный. Характеристика взрывчатого вещества приводится в таблице.

Таблица. Характеристика взрывчатого вещества

Название


Передача детона ции,

см

Скорость де­тонации, м/сек


Бризантность, мм


Работоспо­собность, см3


Коэффициент работоспособности


Аммонит №9 порошкообразный

2


2500-3500


10


300


1,27



Для расчета ВВ необходимо:

  1. определить удельный расход ВВ на 1 м3 горной породы;


  2. рассчитать расход ВВ на одну заходку;

  3. рассчитать расход ВВ каждого шпура.

Удельный расход ВВ определяется по формуле Н.М.Покровского:



g1 – нормальный удельный расход;

с – структурный коэффициент (с=1);

e – коэффициент работоспособности;

w – коэффициент зажима горной породы(w=1).

g= 0.54*1*1.27*1=0,69 кГ/ м3 .

Расход ВВ на одну канаву:

Qзах=g*Vзах

Vзах=Lзах*S=0.5*12=6 м³

S=0.6*20=12м3

Qзах=0,69*6=4,14кг

Расчет зарядов ВВ каждого шпура

gшп=Qзах/N=4,14/28= 0,147кг=147г

Применяем стандартный патрон 100г. Предусматривается закладывание одного патрона в каждый шпур, следовательно, количество патронов равно 28. Уточненный расход ВВ равен

Qзах=0,1*28=2,8кг

.


Расход ВВ на весь объем работ находится по формуле:



1,1- коэффициент, учитывающий непредвиденные расходы ВВ и расходы, связанные с ликвидацией возможных отказов;

К- количество канав.

Qобщ =1,1*2,8*30 = 92,4 кГ


Длина зарядки равна длине патрона и составляет 180мм, что составляет 29 % от общей длины шпура (0,63 м).

2.1.3.4. Обоснование способа и выбор средств взрывания.

Взрывание шпуров производится огневым, электрическим способом или с помощью детонирующего шнура. В проекте выбран огневой способ взрывания. Способ довольно прост, имеет легкость обеспечения, надежность взрывания в определенной последовательности и низкую стоимость. Но способ имеет и недостатки – это относительная опасность (нахождение взрывника непосредственно на месте производства взрыва) и невозможность проверки качества подготовки взрыва, затрудненность взрывания групп зарядов. Не исключен преждевременный подбой одного заряда другим.


Для огневого взрывания необходимо:


  1. нарезать огнепроводный шнур на отрезки заданной длины;

  2. изготовить зажигательные трубки;

  3. изготовить патроны-боевики;

  4. произвести заряжание и забойку шпуров;

  5. зажечь отрезки ОШ, подсоединенные к патронам-боевикам;

  6. уйти в безопасное укрытие.

  7. Зажигание будут проводить три взрывника одновременно, так как по ТБ взрывнику за одну "отпалку" разрешается поджигать не более 16 отрезков огнепроводного шнура.


Расчет длины ОШ.

Длина отрезка ОШ за пределами шпура не может быть менее 15 см..

Длина отрезка ОШ = Lзаб +0,15м = 0,45+0,15=0,6м



В проекте выбрана общая длина отрезка ОШ 1,0м для одного шпура в соответствии с требованиями ТБ.

Длина ОШ для одной канавы равна 28*1,0=29м (28- количество шпуров).

Длина отрезка ОШ для 30 канав равна 28*30*1,1=924м (1,1- коэффициент, учитывающий непредвиденные расходы).

Расчет количества капсюлей- детонаторов.

Количество капсюлей-детонаторов = количеству шпуров = 28.

Количество капсюлей-детонаторов для одной канавы равно 28.

Количество капсюлей-детонаторов для 30 канав равно 30*28*1,1=924.


Паспорт буровзрывных работ.

1. Площадь сечения выработки 2,9м,

ее длина 20м;

2. Категория пород по М.М. Протодьяконову XVII;

3. Тип вруба – в две линии в шахматном порядке

4. Общее количество шпуров 28;

5. Угол наклона врубовых шпуров к плоскости забоя - 900;

6. Глубина и длина всех шпуров 0,63м;

7. Длина заходки 0,5м;

8. Количество заходок на всю выработку 1;

9. Коэффициент использования шпуров 0,8;


10. Взрывчатое вещество аммонит порошкообразный № 9;

11. Средства взрывания: огнепроводн6ый шнур, детонатор;

12. Способ взрывания огневой;

13. Расход ВВ на одну заходку 2,8 кг;

14. Расход СВ на одну заходку ОШ=28м;

15. Величина заряда в каждом шпуре 100г;

16. Длина зарядки в каждом шпуре 180мм, длина забойки 0,45м.


2.1.3.5. Хранение ВВ

Хранение взрывчатых материалов разрешается только в специальных складах, построенных и оборудованных в строгом соответствии с требованиями правил безопасности. Склад взрывчатых материалов располагается на отдельной изолиро­ванной площадке, удаленной от жилых и технических зданий и сооружений. Учи­тывая количество и тип используемых взрывчатых веществ, предполагается нали­чие кратковременного поверхностного склада.

Допускается совместное хранение взрывчатых веществ и средств взрывания, с учетом того, что требуемое количество взрывчатых веществ не превышает 3 т, а детонаторов не более 10000 шт.

На кратковременных складах не обязательно устройство тамбуров и двойных дверей в хранилищах, грозовой защиты, водоемов, освещения, сигнализации, теле­фонной связи, канавы вокруг ограды, не обязательна расчистка территории склада от хвойных деревьев. Вокруг склада в радиусе 40 м устраивается ограждение, вы­сотой не менее 2 м. Охрана склада производится заведующим складом, взрывника­ми, проинструктированными рабочими или ответственными за перевозку взрывча­тых материалов лицами при условии круглосуточного (посменного) их дежурства.

Склад взрывчатых материалов будет находиться от жилых построек, соору­жений гражданского и промышленного значения, объектов взрывных работ и т.д. на безопасном расстоянии по действию воздушной волны и по разлету осколков и обломков (Советов, 1980).

Расстояния, на которых воздушная волна взрыва теряет способность наносить поражения заданной интенсивности, рассчитываются по формуле:




- коэффициент пропорциональности, величина которого зависит от усло­вий расположения заряда и характера повреждений;

g - вес заряда ВВ для 30 канав.



Радиус опасной зоны по разлету осколков должен быть не менее 200м при взрыве шпуровых зарядов.

2.1.4. Вентиляция канав.

В канавах вентиляция происходит естественным путем.


2.1.5. Уборка отработанной породы.

Уборка взорванной породы может осуществляться как вручную, так и механизированным способом. Буро-взрывные работы помогают отделить горную породу от массива и разрыхлить ее. Для уборки породы может использоваться и сила взрыва. Может в принципе убраться до 60% породы, но чем больше ВВ, тем больше сечение канавы будет бесформенным.

По проекту уборка породы будет осуществляться вручную при помощи скреперов и ленточных транспортеров.

Отработанная порода складируется в виде отвала вблизи горной выработки. Учитывая ручную откидку породы, формируются полукольцевые отвалы (Советов, 1980).


2.1.6. Крепление канав.

Крепление канав не производится.

2.1.7. Освещение и водоотлив.

Поверхностные горноразведочные выработки легкого типа, проводимые, как правило, в пределах светового дня, в дополнительном освещении не нуждаются.

Приток воды в подземные горные выработки обуславливается исключительно атмосферными осадками. Водоотлив из таких выработок, в тех случаях, когда им приходится заниматься, обычно серьезных трудностей не представляет.


2.1.8. Ликвидация канав.

По завершению геологоразведочных работ и документации выработки и оп­робования канава подлежит ликвидации путем засыпания. Засыпание производится ранее извлеченной породой. Над выработкой обра­зуется холмик с учетом последующего оседания породы. Остатки породы разрав­ниваются вблизи канавы.