CC BY
261
dvigatelja s vysokojenergeticheskoj sistemoj zazhiganija / Abramchuk F. I., Kabanov A. N., Saldaev S. V. // Avtomobil'nyj transport. - 2006. - № 18. - S. 116-119.
2. Bade Shrestha S. O. A Predictive Model for Gas Fueled Spark Ignition Engine Applications / Bade Shrestha S. O., Karim G. A. - Calgary, CA: Univercity of Calgary, 1999. - 18 p. -(Preprint / Univercity of Calgary: SAE 1999-01-3482).
3. Kabanov A. N. Metodika raschjota harakteristiki teplovydele-nija v gazovyh dvigateljah s iskrovym zazhiganiem / Kabanov A. N. // Naukovi notatki. - 2012. - № 36. - S. 122-125.
4. Abramchuk F. I. Vybor stepeni szhatija i davlenija nadduva gazovogo dvigatelja srednej moshhnosti s iskrovym zazhiganiem / Abramchuk F. I., Kabanov A. N., Lipinskij M. S. // Dvigateli vnutrennego sgoranija. - 2012. - № 2. - S. 8-13.
5. Petrov N. V. Obespechenie rabotosposobnosti benzinovyh dvi-gatelej vnutrennego sgoranija sel'skohozjajstvennoj tehniki pri perevode na biogaz korrektirovaniem regulirovochnyh parametrov
dvigatelja: avtoref. diss. na soiskanie nauchn. stepeni kand. tehn. nauk: spec. 05.20.03 «Tehnologii i sredstva tehnicheskogo obsluzhivanija v sel'skom hozjajstve» / Petrov N. V. -Ulan-Udje, 2013. - 20 s.
6. Zvonov V. A. Toksichnost' dvigatelej vnutrennego sgoranija. Ucheb. posobie dlja VUZov / Zvonov V. A. - 2-e izd., pererab. i dopoln.: - M.: «Mashinostroenie», 1981. - 154 s.
7. Abramchuk F. I. Metodika rascheta temperatur sgorevshej i ne-sgorevshej smesi v cilindre gazovogo dvigatelja s vysokojenergeticheskoj sistemoj zazhiganija / Abramchuk F. I., Kabanov A. N., Muratov V. N., Kuz'menko A. P., Majstrenko G. V. // Naukovi notatki. - 2010. - № 28. - S. 4-8.
8. Maamri R. Vybor i obosnovanie regulirovochnyh parametrov gazovogo dvigatelja s nadduvom, konvertirovannogo iz dizelja / Maamri R., Abramchuk F., Kabanov A., Lipinskij M. [i dr.] // Visnik NTU «HPI»: sb. nauk. tr. - 2011. - № 54. - S. 18-26.
^■MSMSr
УДК 550.822.5
А М. Сальва
МЕТОД РУЧНОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИН ПРИ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЯХ В ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЯКУТИИ
Из истории ручного бурения известно, что еще в Древнем Египте вращательное бурение (сверление) применялось при строительстве пирамид. Некоторые из этих скважин даже имеют подписи с указанием даты сооружения. Древние египтяне производили бурение скважин на воду. Найдены инструменты, имеющие возраст 5000 лет. Первоначально египтяне использовали грубые каменные (кремневые) долота, прикрепленные к деревянному шесту. С развитием металлургии на замену каменному долоту пришло металлическое сверло-зубило.
Рассматривается метод ручного бурения в условиях вечной мерзлоты Якутии, который с незапамятных времен применялся в геологии и продолжает использоваться в настоящее время. Сегодня в связи с трудностями финансирования инженерно-геологических изысканий использование ручного метода бурения, в отличие от механизированного, становится довольно частым. Кроме этого, ручной метод является более мобильным и возможным к применению в практически любой точке местности независимо от рельефа.
Цель работы - всесторонне изучить метод ручного бурения и показать трудности технологии бурения в условиях распространения многолетнемерзлых грунтов.
Ключевые слова: метод ручного бурения, буровой инструмент: ложка, штанга, замок, Центральная Якутия.
САЛЬВА Андрей Михайлович - к. г.-м. н,, доцент
кафедры защиты в чрезвычайных ситуациях Горного института СВФУ им. М. К. Аммосова. E-mail: salvaam@mail.ru
SALVA Andrej Mihailovich - Candidate of geological-mineralogical Sciences, Associate Professor of the Department of Defense in emergency situations the Mining Institute of the M. K. Ammosov North-Eastern Federal University. E-mail: salvaam@mail.ru
A M. Salva
Method of Manual Drilling Wells at Engineering-Geological Survey
in Central Yakutia
From the history of manual drilling, in Ancient Egypt, BC rotary drilling (drilling) was used in the construction of the pyramids about 6,000 years ago. Some of these wells even have a signature indicating the date of construction. The ancient Egyptians produced water well drilling. Found tools, with an age of 5000 years. Originally, the Egyptians used a coarse stone (flint) drill bit, attached to a wooden pole. With the development of metallurgy, the replacement of stone chisel it metal drill bit-chisel.
The paper considers a method of manual drilling in the permafrost areas of Yakutia, which from time immemorial has been used in Geology and is still used today. Today, due to the difficulty of financing of geological engineering survey using the manual method of drilling, unlike mechanized, is becoming quite frequent. In addition to this manual method is more mobile and possible to use in almost any area, regardless of relief.
The aim of the work a comprehensive study of the method of manual drilling and to show the difficulties of drilling in permafrost ground.
Key words: the method of a hand drill, drilling tools: logka, shtanga, zamok, Central Yakutia.
Введение
Метод ручного бурения скважин знаком человечеству с незапамятных времен. Особенно его применение эффективно в тех районах, где не может использоваться автомобиль с механической буровой установкой (довольно крутой склон, залесенный участок, обводненное место). Затраты на ручное бурение и механическое бурение практически одинаковы, хотя трудоемкость у ручного метода гораздо больше. Кроме этого, не надо путать ручное бурение с ручным перфораторным бурением. Ручное бурение может применяться на любой территории с многолетнемерзлыми породами (ММП) в глинистых и песчаных грунтах, за исключением крупнообломочных (гравий, галька, дресва, щебень, валун, глыба) грунтов. Осуществляют бурение скважин небольшой глубины (10-15м) в Якутии для изучения инженерно-геологического разреза, ландшафтных условий, отбора образцов породы и проб воды, проведения полевых исследований состава, состояния и свойств горных пород, а также температурных измерений и т. д.
В журналах РАН «Геоэкология» и «Инженерная геология» были опубликованы работы И. В. Архангельского [1-2], посвященные достоверности инженерно-геологической информации, зависящей от различных методов бурения.
Цель работы - всесторонне изучить метод ручного бурения и показать трудности технологии бурения в условиях распространения многолетнемерзлых грунтов.
История ручного бурения
Первые сообщения о китайских скважинах для добычи воды и соляных рассолов содержатся в работах философа Конфуция, написанных около 600 лет до н. э. Скважины проходили методом ударного бурения и достигали глубины 900 метров. Это свидетельствует о том, что до этого техника бурения развивалась в течение по крайней мере еще
нескольких сот лет. Иногда при бурении китайцы обнаруживали нефть и газ. Так, в 221-263 гг. н. э. в Сычуане из скважин глубиной около 240 м добывали газ, который использовался для выпаривания соли. Есть литературное описание технологии бурения скважин в древнем Китае. Для разрушения породы при бурении использовались металлические зубила, прикрепленные к бамбуковым шестам. С помощью канатов буровой инструмент поднимался на высоту и сбрасывался вниз в скважину [1].
Методика ручного бурения
Скважины бурят для изучения литологического разреза и инженерно-геологических условий, отбора образцов породы и проб воды, проведения полевых исследований состава, состояния и свойств горных пород, а также температурных измерений. Особенностями бурения являются: небольшая глубина скважин, определяемая видом сооружения и геологическими условиями; незначительное изменение диаметра скважины, непрерывный отбор проб по всему интервалу бурения и синхронное проведение полевых визуальных исследований состава, строения и свойств пород, разнообразие природно-ландшафтных условий, быстрое бурение скважин и частые переброски.
На территории исследования в Центральной Якутии проводилось бурение скважин глубиной 3, 5 и 10 метров, которое широко применяется при проведении инженерно-геологических исследований для линейного и гидротехнического строительства [4-5]. Буровые работы в районе исследования проводились двумя способами: ручным вращательным и механическим колонковым. Бурение 3- и 5-метровых скважин велось способом, при котором все рабочие операции выполнялись вручную. Объем ручного бурения по некоторым участкам трассы магистрального водовода составлял 70-90 %. Это обусловлено труднодоступностью района исследования в связи
Рис. 1. Ручное вращательное бурение
с залесённостью и ограниченностью применения механического бурения самоходной установкой. Трехи пятиметровые скважины бурили специальными буровыми механизмами, состоящими из комплекса буровых инструментов, ручным вращательно-надавливающим способом бурения. Преимущество ручного способа заключается в его мобильности и экономичности с точки зрения затрат, недостаток -трудоемкость. Единичные 10-метровые скважины разбуривались механическим колонковым способом установкой УГБ-50М на базе автомобиля ЗИЛ-131.
Ручное вращательное бурение
В районе исследования со сплошным распространением многолетнемерзлых пород для проходки мелких 3- и 5-и метровых скважин применялось ручное бурение (рис. 1). Этот способ бурения называют вращательным или вращательно-надавливающим, т. к. в зависимости от характера грунтов, пересекаемых скважиной, их разрушение ведётся вращательным или надавливающим способом. Таким способом возможно бурить скважины в многолетнемерзлых нескальных породах (пески, супеси, суглинки, глины, и др.).
Породоразрушающими инструментами при этом способе бурения являются спиральный и ложковый буры. Спиральный бур (змеевик) применяется для бурения мягких пластичных пород (глины, суглинки, мел и т. п.). Корпус змеевика представляет собой спиральные лопасти, заканчивающиеся в нижней части двумя лезвиями. Этот бур в ходе работ в районе исследования использовался крайне редко. Ложковый
бур (ложка) (рис. 2) применяется для бурения мерзлых невязких пород (пески, супеси, суглинки и т. п.). Цилиндрический корпус бура в нижней части имеет ковшеобразное лезвие. В районе исследования практически постоянно использовался ложковый бур. В верхней части всех породоразрушающих инструментов имеются шейка под ключ и резьбовая головка для соединения с бурильными трубами (штангами) (рис. 3).
Технология ручного бурения
Сущность ручного вращательного бурения заключается в следующем: породоразрушающий инструмент (ложка), соединенный через переходник с бурильной трубой (штангой) центрируется и забуривается на месте заложения скважины двумя рабочими-буровиками. Затем ими инструмент (снаряд) опускается в скважину и приводится во вращение при помощи шарнирного хомута (замок или жимок) (рис. 4), закрепленного на трубах над устьем скважины. Под действием осевой нагрузки, соответствующей плотности разрушаемой породы, породоразрушающий инструмент погружается в грунт и заполняется им. В качестве породоразрушающего инструмента (ложкового бура) используют трубы определенного диаметра из специальной прочной буровой стали. После извлечения инструмента на поверхность и освобождения его от горной породы снаряд вновь опускают в скважину и бурение продолжают. По мере углубления необходимо последовательно соединять бурильные штанги.
Технология ручного бурения в таликах (зоны
Рис. 3. «Штанга»
Резьба: «девочка»
Штанга
Рис. 2. «Ложка»
Резьба:
/
Замок
1-
Рис. 4. «Замок»
талых грунтов в ММП) отличается характерными особенностями [4-5]. В талых сухих, слабовлажных грунтах, особенно песчаных и супесчаных, реже суглинковых грунтах возможен выпад грунта из ложки при поднятии бурового снаряда. Это происходит в начальной стадии бурения в интервале от первых сантиметров до подсечения пластично-мерзлых грунтов. В таких случаях выбирается новая точка забуривания. В сильновлажных суглинковых и глинистых грунтах наблюдается противоположная особенность - затруднение извлечения грунта из ложки. В таких случаях с начала забуривания и до кровли многолетнемерзлых пород бурение ведется большим диаметром 112-126 мм, далее - меньшим 79-86 мм. Во избежание «прихвата» (примерзания) ввинчивающегося в мерзлую породу породоразрушающего инструмента запрещается оставлять его в забое и рекомендуется после каждых 3-5 оборотов снаряд приподнимать над забоем на 10-20 см. При необходимости снаряд приподнимается над забоем и фиксируется ключом.
Подготовка бурового инструмента к работе
Непосредственно перед буровыми работами ложку нужно правильно вырезать и заточить (рис. 5), от этого будет зависеть трудоёмкость проходки скважины. Вырезка трубы осуществляется следующим образом: вдоль нижней части трубы, ножовкой по металлу или электропилой вырезают зубья глубиной
примерно до 5-7 см. Затем нижнюю окружность трубы затачивают и заостряют напильником, слегка выгибают вовнутрь молотком, придавая ей форму резца. По мере стачивания или слома зубьев (рис. 6) при бурении ложку вновь нарезают и затачивают. Вращение всего бурового комплекта с породоразрушающим инструментом осуществляется 2 рабочими, движениями вперед и с частыми остановками. В сезонно-талых грунтах бурение осуществляется простым вращательно-надавливающим способом. В мерзлых породах при вращении происходит постепенное забуривание ложки в мерзлый слой ММП, при этом происходит откалывание небольших частей породы и заполнение ложки. Этот способ отбора с нарушенной структурой, кроме состава и некоторых свойств, позволяет также определить и криогенную текстуру ММП. Отбор проб с ненарушенной структурой (монолитов) производится непрерывным постоянным вращением бурового инструмента.
Заключение
Таким образом, из вышеизложенного следует, что данная методика ручного бурения в отличие от механизированного является наиболее трудоемкой и затратной. Однако и наиболее эффективной, особенно в тех случаях, где невозможно движение бурового механического автотранспорта. Кроме этого, как сказано выше, ручной метод бурения является более
Рис. 6. Сломанный зуб ложки
мобильным и возможным к применению в практически любой точке местности независимо от рельефа.
Л и т е р а т у р а
1. Архангельский И. В. О достоверности результатов инженерно-геологических исследований // Инж. геология. -1989. - № 2. - С. 101-109.
2. Архангельский И. В. О нарушениях состава и природного сложения грунтов при бурении скважин //
Геоэкология. - 1998. - № 3. - С. 94-100.
3. www.coolreferat.com
4. Salva. A. M. Cryogenic features and forms of relief under execution engineering works in the eastern part of central Yakutia. 8 International Congress IAEG. Balkema. Rotterdam, 2000. - Р. 4661-4667.
5. Сальва А. М. Особенности распространения криогенных процессов при проведении инженерно-геологических изысканий в заречных улусах Центральной Якутии: Материалы седьмой общероссийской конф.
изыскательских организаций: «Перспективы развития инженерных изысканий в строительстве РФ» (15-16 декабря 2011 г, Москва, ПНИИИС), - М.: ООО «Геомаркетинг». - 2011. -С. 160-161.
R e f e г e П c e s
1. АЛа^е1^ку I. V. О dostovemosti rezul'tatov inzhenerno-geologicheskih issledovanij // Inzh. geologija. - 1989. -№ 2. - S. 101-109.
2. АЛа^е1^ку I. V. О narushenijah sostava i slozhenija gruntov pri burenii skvazhin // Geojekologija. - 1998. - № 3.
94-100.
3. www.coolreferat.com
4. Salva. A. M. Cryogenic features and forms of relief under execution engineering works in the eastern part of central Yakutia. 8 International Congress IAEG. Balkema. Rotterdam, 2000. - P. 4661-4667.
5. Salva. A. M. Osobennosti rasprostranenija kriogennyh processov pri provedenii inzhenerno-geologicheskih iziskanij v zharechyh ulusah Centralnoj Jakutii (stat'ja): Materialy sed'moj obshherossijskoj konf. izhyskatel'skih organizacij: «Perspektivy razvitija inzhenernyh izyskanij v stroitel'stve RF» (15-16 derabrja 2011 g. Moskva PNIIIS) - M.: OOO «Geomarketing». - 2011. -S. 160-161.
^■MSMSr
