Разработка грунта бурением

В строительстве бурение используют при исследовании свойств и качества грунтов, определении уровня грунтовых вод в устройстве скважин водоснабжения и водопонижения грунтовых вод, устройстве свайных фундаментов, искусственном закреплении фунтов и т. п.

Буровые выработки делают в виде шпуров и скважин.

Шпуры — это цилиндрические выработки диаметром до 75 мм и глубиной до 5 м.

Скважины —выработки более глубокие с диаметром, превышающим 75 мм.

По характеру образования буровых выработок различают бурение сплошным забоем и колонковое. При бурении сплошным забоем всю породу в скважине разрушают и удаляют в разрушенном виде. При колонковом бурении разрушение породы происходит лишь по кольцевой поверхности забоя, а внутреннюю часть породы в виде цилиндра (керна) извлекают из скважины целиком. Технологический процесс механического бурения складывается из операций по разрушению породы, транспортированию породы на поверхность, обеспечению устойчивости стенок буровых выработок и вспомогательных операций. Грунт в забое разрушают резанием, истиранием, ударами, сколом и комбинированным воздействием (например, истиранием и ударом).

Транспортирование на поверхность измельченного грунта осуществляется двумя способами: гидравлическим, при котором грунт удаляется путем вымывания его водой, направляемой в выработку под давлением, и сухим, когда измельченный грунт удаляют сжатым воздухом или шнеком.

Механическое бурение в основном ведут тремя способами: ударно-вращательным, ударным и вращательным.

Ударно-вращательное бурение применяют для бурения скважин диаметром 100….200мм, глубиной до 30м в труднобуримых породах. Производительность применяемых станков – 10…35 м/смен.

Ударное бурение (бурение ударом) осуществляют пневматическими бурильными молотками — перфораторами, которые бывают ручными, массой до 24 кг (при глубине шпура до 3 м) и станковыми, массой до 40 кг. Они обеспечивают бурение шпуров глубиной до 5 м. Воздух (2...4 м/мин) к перфоратору подводится шлангом от компрессора. Рабочий орган перфоратора — буровая головка.

Перфораторные молотки по характеру очистки каналов от пыли и каменной мелочи подразделяют на сухие и мокрые. Перфораторы мокрого типа имеют специальные устройства для промывки канала водой, а в перфораторах сухого типа канал продувается воздухом.

При вращательном способе бурения порода забоя истирается, ее режут или скалывают буровым инструментом, жестко закрепленным на нижнем конце вращающейся штанги. Основные виды вращательного способа бурения — шнековое и роторное, выполняемые с помощью самоходных установок (преимущественно) или станков. Применяют также электрические сверлильные машины. Шнековое бурение применяют для скважин диаметром 125..160мм и глубиной до 30 м в мягких и средней крепости грунтах.

Роторное бурение чаще всего применяют для устройства скважин диаметром до 200 мм и глубиной до 50м в грунтах средней и большой крепости. Роторная бурильная установка состоит из вращателя-ротора, сборной вышки и оборудования для промывки скважины глинистым раствором.

Разработка грунта взрывом

Взрывным способом в основном рыхлят скальные породы с последующей их разработкой землеройными машинами и скалоуборочными механизмами. С помощью взрывов возводят земляные насыпи и перемычки, устраивают (на выброс) выемки для котлованов, дорог и т. п. Взрывным способом дробят мерзлые грунты, валуны, валят деревья, корчуют пни, уплотняют грунты и др.

Применение взрыва для созидательных целей основано на использовании энергии избыточного давления газов, образующихся практически мгновенно при химических превращениях взрывчатых веществ.

По характеру воздействия на среду ВВ бывают метательные и бризантные. Метательные ВВ характеризуются незначительной скоростью взрывчатого разложения (400…2000 м/с) и дают при взрыве медленное образование газов с постоянным нарастанием давления, которое раскалывает окружающую породу на куски и отбрасывает их; применяют для выброса грунта и образования выемок. Бризантные ВВ характеризуются высокой скоростью взрывчатого разложения (2000...8500 м/с) и вследствие этого способностью дробить породу без ее разброса; применяют для дробления скальных пород.

Для осуществления взрыва ВВ формируют в заряды (определенное расчетное количество ВВ), которые характеризуют по следующим ниже признакам.

По месту расположения заряды могут быть наружными (накладными), располагаемыми на поверхности разрушаемого объекта, и внутренними, располагаемыми внутри разрушаемого объекта (в шпурах, скважинах, рукавах, камерах и др.).

По действию, оказываемому на окружающую среду (на взрываемую породу), различают заряды выброса, рыхления и камуфлеты (рис.6.4.1). При взрыве на выброс в грунте образуется конусообразное углубление—воронка. Грунт, выброшенный взрывом, под действием силы тяжести падает частично в воронку и частично вокруг нее.

По своей форме заряды ВВ бывают сосредоточенными (в форме куба, шара или цилиндра), плоскими и удлиненными. Удлиненные заряды располагают по отношению к свободной поверхности под­рываемого массива породы параллельно или под углом. Выбор формы заряда (или зарядов) ВВ определяют назначением взрыва и методами выполнения взрывных работ.

В зависимости от формы, величины и способа размещения заряда по отношению к подлежащему разрушению объекту различают методы шпуровых, скважинных, котловых, камерных и щелевых зарядов.

Рисунок 6.4.1 – Действие заряда на взрываемую породу: а – выброс; б – выпирающий горн; в – камуфлетный горн; 1 – разрыхленная порода; 2 – раздробленная порода, падающая обратно в воронку; 3 – отвалы породы после взрыва; 4 – очертания видимой воронки; 5 – очертания воронки в момент взрыва.

 

Метод шпуровых зарядов состоит в том, что в породе выбуривают шпуры, в которые помещают заряды ВВ. По глубине шпуров различают мелкошпуровой метод и метод глубоких шпуров. Мелкошпуровое взрывание используют при вторичном взрывании больших камней, корчевке пней, рыхлении смерзшегося грунта и др. Глубина шпура при этом превышает 2 м. Метод глубоких шпуров (рисунок 6.4.2,а) применяют при взрывных работах с высотой уступа до 10 м для сброса и обрушения грунта, а также на открытых работах при небольшой мощности пластов или при послойной разработке грунтов.

Метод скважинных зарядов отличается от шпурового только тем, что заряды размешают в скважинах диаметром до 300 мм и глубиной до. 30 м. Скважины бурят ниже подошвы забоя (перебур) на глубин. 1...2 м (рисунок 6.4.2), что повышает эффект действия взрыва. Заряды обычно применяют удлиненные —сплошные или прерывистые.

Скважинные заряды взрывают электрическим способом; сеть обязательно дублируют. При применении метода скважинных зарядов благодаря большому объему взрываемой породы, приходящемуся на 1 м скважины, значительно снижают расходы на бурение.

 

 

Рисунок 6.4.2 - Методы ведения взрывных работ (размеры в м):

а - шпуровыми нарядами, б —скважинными зарядами, в —котловыми зарядами, г — малокамернымы зарядами; д, е — камерными зарядами; ж —щелевыми зарядами; 1 - заряд ВВ; 2 — забойка; 3 —грудь забоя; 4 —рукав; 5 —шурф; б —штольня; 7—рабочая щель; 8 —компенсационная щель.