ВВЕДЕНИЕ

Курсовой проект по «Технике разведки» представляет собой завершающий этап лекционного курса, лабораторных и индивидуальных занятий. Целью курсо­вого проекта является ознакомление студентов с имеющимися техническими сред­ствами разведки месторождений полезных ископаемых, технологиями проведения геологоразведочных работ и проектированием геологоразведочных работ.

Задание № 79

Подсечь 3 двуствольными скважинами жилообразную залежь свинцово-цинковых руд мощностью 30 м с углом падения 45° на СЗ, залегающую среди гранитов. Глубина подсечения основным стволом 560 м от устья скважины. Приращение зенитного угла 2° (выполаживание), азимутального 1° (положительное), интервалы замеров 50 м.

Пройти 2 шурфа глубиной 28 м каждый.

Пройти 30 канав длиной 25 м каждая.

Проектные геологические разрезы:

а) по основному стволу скважины: 0,0-10,0 - наносы; 10,00 и ниже - граниты с залежью свинцово-цинковых руд.

В интервале 160,0-200,0 - зона поглощения.

б) по шурфам: 0,0-10,0-наносы, 10,0-18,0-граниты, 18,0-25,0-свинцово-цинковые руды.

в) по канавам: 0,0-2,0 - супесь; 2,0-2,5 - гранит с вкрапленностью сульфидов.

ЧАСТЬ I. БУРЕНИЕ СКВАЖИН

1.1. Выбор и обоснование способа бурения и основных параметров скважины

Основным техническим средством при разведке месторождений твердых по­лезных ископаемых является колонковое бурение. В меньшей мере для этих целей применяется роторное бурение и ударно-канатное бурение. Колонковое бурение получило широкое распространение по следующим причинам:

- Оно позволяет извлекать из скважины керн, по которому можно наи­более точно составить геологический разрез и опробовать полезное ископае­мое.

- Колонковым способом можно бурить скважины под любым углом к горизонту, различным породоразрушающим инструментом, в породах любой твердости и устойчивости.

- Этим способом можно бурить скважины малых диаметров и на боль­шую глубину, применяя относительно легкое оборудование.

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

Выполнение поставленной задачи - подсечение залежи хромовитых руд - целесообразно выполнять посредством колонкового бурения.

Глубина скважины определяется необходимостью полного пересечения сква­жиной рудного тела и углубления в подстилающие породы на 10-15 м. По заданию глубина подсечения рудного пласта 560 м. При мощности рудного пласта 30 м и углублению в подстилающие породы на 10 м глубина скважины составит 600 м.

1.2. Выбор и обоснование проектной конструкции скважины

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

При выборе конструкции скважины следует руководствоваться следующими соображениями:

- конструкция скважины должна быть предельно простой;

- количество обсадных труб должно быть минимальным;

- диаметр скважины должен быть как можно меньше. Выбор конструкции скважины зависит от следующих параметров:

- способы бурения;

- технические характеристики бурового станка;

- виды полезного ископаемого;

- глубина скважины;

- физико-механические свойства горных пород;

- конечный диаметр скважины.

Условия для выбора конструкции скважины:

- глубина скважины 655 м;

- конечный диаметр бурения скважины зависит от вида полезного ис­копаемого и определяется инструкциями (59 мм).

Способы бурения:

1) в интервале о 0,0 до 6,0 м - твердосплавное бурение;

2) от 6,0 м до конца скважины - алмазное бурение.

Бурение в осложненных условиях.

Осложненными считаются условия, требующие специальных технологиче­ских операций при бурении в этих интервалах. Согласно приведенному геологиче­скому разрезу, интервалы с осложненными условиями бурения следующие:

1) 0,0 - 1,0 м - наносы;

2) 160,0 - 200,0 м - зона поглощения.

Предусматривается перекрытие интервалов с осложненными условиями буре­ния колоннами обсадных труб и производство затрубного цементного тампонажа -на 5 м выше и 5 м ниже раздробленных пород.

Промывка скважины:

1) в интервале 0,0 - 10,0 м - промывка глинистым раствором;

2) в интервале 10,0 - 600,0 м - промывка технической водой.

1.2.1.Расчет параметров многоствольной скважины

Для построения многоствольной скважины и расчёта её параметров используется графоаналитический способ.

Исходя из элементов залегания свинцово-цинковых руды (угол падения 45° на СЗ) и глубины подсечения его скважиной (560 м) выбирается рациональный зенитный и азимутальный угол забуривания основного ствола скважины (её устье).

Зенитный угол – это угол между вертикалью и стволом скважины в какой-либо точке. Он измеряется в вертикальной плоскости и показывает положение любой точки ствола скважины по отношению к вертикали.

Азимутальный угол – это угол между меридианом и касательной, замеряемый в любой точке горизонтальной плоскости.

Начальный азимутальный угол выбирается в крест азимуту падения рудного тела 45⁰ на СЗ, следовательно, он равен 135⁰ на ЮВ. Начальный зенитный угол зависит от глубины бурения. Если общая длина скважины более 800 м, то зенитный угол равен 20-50, если длина ствола 300-800 м, в этом случае зенитный угол будет 50-200, если длина менее 300 м, то зенитный угол равен 200-300. В данном курсовом проекте глубина скважины равна 600м, следовательно, зенитный угол должен быть в пределах 50-200 и равен 60.

Средние значения зенитных и азимутальных углов вычисляются по формуле: (А+В)/2, А и В - соседние зенитные (азимутальные) углы и заполняется таблица: «Средние значения зенитных и азимутальных углов» (табл.1) и строится в масштабе 1:5000 типовой профиль основного ствола скважины, а под ним инклинограмма (прил. 1).

Интенсивность зенитного и азимутального искривления рассчитывается по формуле:

I=DQ (Da)/Dl,

где I – интенсивность искривления,

DQ – приращение зенитного угла (Da - азимутального),

Dl – интервал замеров.

Интенсивность зенитного искривления Iз=2/50=0,04; а азимутального Iа=1/50=0,02. Радиус искривления основного ствола скважины рассчитывается по формуле:

R=57, 3/I,

где 57,3 – угол в радианах,

I – интенсивность искривления.

Радиус искривления основного ствола скважины R=57,3/0,04=1433. Угол встречи (g1) определяется графически и равен 620. Конечный зенитный угол данного ствола скважины равен 380.

При помощи типового профиля основного ствола в том же масштабе производится построение основного ствола, и рассчитывают его параметры.

Длина основного ствола скважины определяется по формуле:

L=L1+L2+L3,

где L1 – длина ствола скважины от поверхности до кровли полезного ископаемого;

L2 – длина ствола по телу полезного ископаемого;

L3 – забойная часть скважины, которая бурится после прохождения пласта полезного ископаемого.

Длина основного ствола скважины L=560+30+10=600м.

Для построения дополнительного ствола скважины определяется местоположение точки встречи дополнительного ствола скважины с телом полезного ископаемого и определяется угол встречи: g2 = 780.

На рисунке строится дополнительный ствол MN скважины (прил. 2) “Схема подсечения двуствольной скважины жилы кварц-гюбнеритовой”.

Обозначение углов: Q0 - зенитный угол скважины; t - угол наклона скважины; g1- угол встречи основным стволом тела полезного ископаемого; g2 - угол встречи дополнительным стволом тела полезного ископаемого; n0 - угол падения рудного тела. Точка забуривания М дополнительного ствола скважины должна находиться на глубине не менее 150-200м ниже устья скважины. Точка М в данном случае находиться на глубине 210м.

Таблица №1

“Средние значения зенитных и азимутальных углов по стволу скважины”

Таблица статистических замеров зенитного и азимутального углов
Глубина замера, м	Зенитный угол Q, в градусах	азимутальный угол б, в градусах
0	10	135
50	12	136
100	14	137
150	16	138
200	18	139
250	20	140
300	22	141
350	24	142
400	26	143
450	28	144
500	30	145
550	32	146
600	34	147
Интервал замеров	QСР.	б СР.
0-50	11	135,5	0,5
50-100	13	136	1,0
100-150	15	136,5	1,5
150-200	17	137	2,0
200-250	19	137,5	2,5
250-300	21	138	3,0
300-350	23	138,5	3,5
350-400	25	139	4,0
400-450	27	139,5	4,5
450-500	29	140	5,0
500-550	31	140,5	5,5
550-600	33	141	6,0

Таблица №2

“Распределение объемов бурения горных пород по категориям”

	Наименование породы	Категория	Объем бурения
№ п./п.			По 1 скважине	По 3 скважинам
По основному стволу
1.	Наносы	I	10,0м	30,0м
2.	Граниты с залежью свинцово-цинковых руд	XV	150,0 м	450,0 м
3.	Зона поглощения	X	40,0м	120,0 м
4.	Граниты с залежью свинцово-цинковых руд	XV	360,0м	1080,0 м
5.

Свинцово-цинковая руда	XX	30,0м	90,0м
6.	Граниты с залежью свинцово-цинковых руд	XV	10,0м	30,0м
По дополнительному стволу
1.	Граниты с залежью свинцово-цинковых руд	XV	375.0м	1125,0м
2.	Свинцово-цинковая руда	XX	30,0м	90,0м
3.	Граниты с залежью свинцово-цинковых руд	XV	10,0м	30,0м

1.3. Выбор и обоснование бурового оборудования

Буровое оборудование выбирается в зависимости от глубины бурения, диа­метра скважины, способа бурения. Исходя из глубины скважины (560 м), конечно­го диаметра бурения (59 мм) и колонкового способа бурения проектом предусмат­ривается применение установки колонкового бурения - УКБ-5П-500/800.

Передвижная буровая установка УКБ-5П (УКБ-500/800) является модифика­цией 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;

- труборазворотРТ-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 приведена в таблице 4.

Таблица 4

Техническая характеристика буровой установки УКБ-5П-500/800

Параметры	УКБ-5П-500/800
Глубина бурения при конечном диаметре скважины 59 мм, м	800
Начальный диаметр скважины, мм	151
Диаметр бурильных труб, мм	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 буровый установки, кВт	98
Высота мачты, м	19
Длина свечи, м	13,5
Тип бурового насоса	НБ4-320/63
Число буровых насосов	1
Максимальный 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 скважины

Целью промывки скважины является:

- удаление шлама из забоя;

- охлаждение породоразрушающего инструмента;

- закрепление неустойчивых стенок скважины;

- понижение твердости горных пород;

- смазка бурового инструмента.

1.4.1. Схема промывки скважины

Проектом предусматривается прямая схема промывки скважин с замкнутой системой водопотребления. Достоинства:

- буровой раствор, выходя из суженных промывочных отверстий поро­доразрушающего инструмента, приобретает большую скорость и с силой уда­ряет о забой, размывая разбуренную породу, что способствует увеличению скорости проходки;

- применяя специальные промывочные жидкости при бурении в сыпу­чих, рыхлых и трещиноватых породах, обеспечивает закрепление стенок скважины путем скрепления частиц неустойчивой породы;

- технически и технологически самая простая и дешевая.

Недостатки:

- пониженный процент выхода керна в результате динамического воз­действия струи на верхний торец керна, что приводит к его размыву;

- при бурении скважин большого диаметра повышенный расход про­мывочной жидкости, необходимой для создания такой скорости восходящего потока, при которой все разбуренные частицы породы будут выноситься на поверхность;

- возможность размыва стенок скважины у забоя при бурении в мягких породах вследствие большой скорости восходящего потока. Для пород слагающих заданный геологический разрез указанные недостатки не имеют значения.

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

По выходе из скважины промывочный раствор пропускают по системе жело­бов и отстойников для очистки его от частиц породы. Очищенный раствор вто­рично нагнетается в скважину. При поглощении промывочной жидкости в порис­тых породах в емкость добавляют новые порции раствора.

Рис. 1 Схема прямой промывки скважин:

1 – буровой насос; 2 – нагнетательный шланг; 3 – вертлюг – сальник; 4 – колонна бурильных труб; 5 – трубный фрезерный переходник; 6 – колонковая труба; 7 – коронка; 8 – система желобов; 9 – отстойник; 10 – приемный бак

1.4.2. Выбор промывочной жидкости

В качестве промывочной жидкости применяется:

1) в интервале 0,0 - 5,0 м - глинистый раствор;

2) в интервале 5,0 - 655,0 м - техническая вода.

Свойства глинистого раствора:

Нормальный глинистый раствор должен отвечать следующим требованиям:

- Плотность раствора должна соответствовать величине 1,15-1,25 г/см3. Повышенная плотность способствует лучшему очищению забоев скважины от крупного и тяжелого шлама, предотвращает самоизливание воды из скважины и обвалы пород из стенок скважины.

- Вязкость. От вязкости зависит способность раствора выносить на по­верхность шлам и закупоривать трещины и поры в горной породе на стенках скважины. Вязкость измеряется в секундах, для нормального раствора состав­ляет 18-22 сек.

- Водоотдача - это способность раствора отфильтровывать жидкую фазу под действием избыточного давления. Нормальный глинистый раствор имеет водоотдачу 8-10 см за 30 мин. с каждого литра раствора.

- Статическое напряжение сдвига - это усилие, способное вывес­ти глинистый раствор из состояния покоя. Это напряжение должно со­ставлять 2-3 Па. Применение глинистого раствора при бурении скважин в интервале 5,0 - 655,0 м нецелесообразно, поскольку керн дунитов водой не размывается, а стенки скважины устойчивые.

1.4.3. Очистка промывочного раствора от шлама

Промывочный раствор по выходе из скважины на поверхность содержит час­тицы разбуренной породы (шлам). Своевременная и качественная очистка промы­вочных жидкостей является одним из важнейших условий эффективности процесса бурения разведочных скважин. Накопление шлама в промывочном растворе суще­ственно ухудшает его качество. Снижается глинизирующая способность глинисто­го раствора, что приводит к образованию толстой рыхлой корки на стенках сква­жины и создает опасность обвалов. Использование зашламованных растворов при­водит к преждевременному износу насосов и бурового снаряда. За счет повышения удельного веса промывочной жидкости уменьшается механическая скорость буре­ния, возрастает вероятность поглощения.

Очистка промывочной жидкости осуществляется в поверхностной циркуля­ционной системе, которая состоит из желобов, отстойников и приемных баков. Длина и размеры желобов, количество и объем отстойников и приемных емкостей зависят от глубины и диаметра скважины и условий бурения. Количество емкостей, объем и конфигурация их определяются производственной необходимостью и ма­териально-техническими возможностями предприятий.

Типовая циркуляционная система при бурении скважин самоходными буро­выми установками приведена на рис. 2.

Желоба делают в открытом грунте без крепления стенок или изготовляют из досок или листового железа. Устанавливают с уклоном 1,0-1,5 см на 1 м длины, ширина желобов ~30 см, высота ~25 см. По дну желоба через 1,5-2,0 м друг от дру­га ставят перегородки. Объем циркуляционной поверхностной системы зависит от глубины скважины. Ее длина для скважин глубиной до 500 м составляет 15м, для скважин более 500 м - 25-30 м.

Рис. 2. Схема циркуляционной системы самоходных буровых установок.

1 - глиномешалка; 2,6 - приемные емкости; 3 - насос; 4 - буровая установка; 5 - желоба.

Очистная способность желобной системы зависит от степени разрушения структуры, которая зависит от скорости движения раствора по желобам. При не­большой скорости разрушение структурного сцепления в растворе происходит только около стенок и дна, а выпадение частиц породы наблюдается в ограничен­ном объеме. При чрезмерной скорости раствора частицы почти полностью перено­сятся в приемную емкость. Наиболее полное удаление шлама наблюдается при не­которой оптимальной скорости течения, когда происходит максимальное разру­шение структуры раствора и отсутствует турбулентный режим течения.

Очистку желобной системы от шлама производят при прекращении циркуля­ции раствора.

Естественный метод очистки является наиболее эффективным при использо­вании в качестве промывочной жидкости воды и маловязких растворов [3, 7, 15].

1.4.4. Расчет количества буровых растворов

Расчет количества глинистого раствора

Общий объем глинистого раствора для бурения одной скважины составляет:

Vo = V1 + V2 +V3 (м3), где

Vo - общий объем глинистого раствора для бурения одной скважины;

V1 - объем скважины.

V1 =* Н (м3), где

d (м) - диаметр скважины;

Н (м) - глубина скважины;

V2 - объем резервуаров промывочной циркуляционной системы;

V3 - потеря глинистого раствора в скважине.

Vз= 3 * V1 (мз).

d=0,093(м)V1 =* 5,0=0,034(м3)

Н = 5,0 (м)V3 = 3 * 0,034= 0,102 (м3)

V2= 4 (мз)V0 = 0,034 + 4,0 + 0,102 = 4,136 (м3)

Количество глинистого раствора для бурения всех скважин:

Vгл.p-pa = 2 * V0, (мз)

Vгл.p-pa = 2 * 4,136 =8,272 (мз).

Расчет количества глины, необходимой для приготовления глинистого раствора.

Vгл. = * V0 (м3);

сглины = 2,5 г/см3 = 2,5 т/м3;

Vгл. = * 8,272 = 1,38 (м3);

Расчет количества технической воды

Общий объем технической воды для бурения одной скважины составляет:

Vo = V1 + V2 +V3 (м3), где

Vo - общий объем технической воды для бурения одной скважины;

V1 - объем скважины.

V1 =* (Н1+H2) (м3), где

d - средний диаметр скважины (м);

Н1 - глубина основного ствола скважины (м);

Н2 - глубина дополнительного ствола скважины (м);

V2 - объем резервуаров промывочной циркуляционной системы;

V3 - потеря технической воды в скважине.

Vз= 3 * V1 (мз).

d=0,076(м)V1 =*( б55,0+600,0) = 5,69 (м3)

(Н1+H2) = 1255,0 (м) V3 = 3 * 5,69= 17,07 (м3)

V2= 4 (мз)V0 = 5,69 + 4,0 + 17,07 = 26,76 (м3)

Количество технической воды для бурения всех скважин:

Vтехн.воды = 2 * V0, (мз),

V техн.воды = 2 * 26,76 = 53,52 (мз).

Расчет количества промывочной жидкости

Vгл. = Vгл.p-pa + Vтехн.воды (м3), где

Vгл.p-pa - объем глинистого раствора, необходимый для бурения всех скважин;

Vтехн.воды - объем технической воды, необходимой для бурения всех скважин.

Количество промывочной жидкости для бурения всех скважин:

V = 8,272 + 53,52 =61,79 (м3).

1.5.Тампонаж скважины

Тампонированием скважины называется комплекс работ по изоляции от­дельных ее интервалов. Тампонирование осуществляется с целью предотвращения обвалов скважины и размывания пород в пространстве за обсадными трубами, разделения водоносных или других горизонтов для их исследования, ликвидации водопроявлений, пере­крытия трещин, пустот, каверн, для ликвидации воплощения промывочной жидко­сти при бурении [12].

Проектом предусматривается затрубный цементный тампонаж:

-в интервале 0,0-30,0 м - с целью гидроизоляции устья скважины;

-в интервале 30,0-110,0 м - с целью предотвращения поглощения промывочной жидкости.

Тампонирование с помощью цемента называется цементированием скважин. Для цементирования применяют тампонажный цемент на базе портландцемента, тампонажный цемент на базе доменных шлаков, известково-песчаные смеси.

1.5.1.Схема тампонирования скважины

Тампонирование начинается с промывки затрубного пространства. Для этого через отвод нагнетают промывочную жидкость для промывки скважины. Затем в скважину ставится колонна обсадных труб, не доходя пяти метров, ставится нижняя пробка, в которой находится специальная стеклянная мембрана. После этого на верхнюю часть обсадных труб навинчивают цементировочную головку с верхней пробкой. В колонну обсадных труб нагнетается цементный раствор, верхняя пробка освобождается, продавливается вдоль колонны труб.

В верхнюю часть колонны нагнетается промывочная жидкость, и колонна опускается на забой. Одновременно нагнетание промывочной жидкости продолжается. Под давлением мембрана разрушается, и раствор вливается в межтрубное пространство.

Для тампонирования скважин применяют цементный раствор плотностью 1,84г/см3. Цемент используется с водоцементным числом 0,5.

1.5.2.Расчет количества тампонирующего раствора

Объем цементного раствора, необходимого для заполнения цементируемого пространства определяется по формуле:

V1=р/4*((D2-dн2)*H) (м3),

где D- диаметр скважины (м)

dн. - наружный диаметр обсадных труб (м)

Н- высота зоны тампонажа (м)

Интервал 0,0 - 30,0 м

D=0.093 м

dн. 0.089 м

Н= 30,0 м

V1=3, 14/4*((0, 0932-0.0892)*30) =0.017 м3

Объем сухого цемента, необходимого для приготовления цементного раствора находится по формуле:

Vцемента 1= (сцем.р-ра- своды)/ (сцемента- своды)*V1 (м3)

=(1.85-1.0)/(3.15-1.0)*0.017=0.007(м3)

Интервал 30,0 - 110,0 м

D=0.076 м

dн= 0.073 м

Н= 80,0 м

V1=3, 14/4*((0, 0762-0.0732)*80) =0.049 м3

Объем сухого цемента, необходимого для приготовления цементного раствора находится по формуле:

Vцемента 2= (сцем.р-ра- своды)/( сцемента- своды)*V2 (м3)

сцемента=3,15 г/см3=3.15 m/м3

сцем. р-ра=1.85 г/см3=1.85 m/м3

Vцемента 2= (1.85-1.0)/(3.15-1.0)*0.049=0.019(м3)

Общее количество цементного раствора:

Vцемента=3*(V1 +V2) (м3)

Vцемента=3*(0,007+0,019) =0,078(м3)

1.6.Технология колонкового бурения

1.6.1.Технологические режимы бурения

Для бурения всех пород по скважине до пласта полезного ископаемого используются твёрдосплавные коронки различных марок, в зависимости от твёрдости пород.

Общая нагрузка на коронку должна быть равна

C=m*q, H,

где m – число объёмных (основных) резцов;

q – рекомендуемое давление на 1 резец, Н.

Частота вращения коронки вычисляется по формуле:

n=60v0/pDc»20v0/Dc,

где Dc=(Dн+Dв)/2 – средний диаметр коронки, м;

v0 – окружная скорость коронки, которая при бурении твёрдыми сплавами принимается в пределах 0, 6-1, 6 м/с.

Подача промывочной жидкости Q насоса для промывки скважины равна:

Q=p/4(D2-d2) v,

где D– диаметр скважины,

d– наружный диаметр бурильных труб,

v– скорость восходящего потока в кольцевом пространстве при промывке.

Таким образом, для каждого интервала получаем следующие параметры бурения:

Интервал 0,0 - 10,0 м

Бурение осуществляется твердосплавной коронкой марки Ml диаметром 93 мм. Бурение осуществляется при минимальных скоростях 100-120 об/мин. Про­мывка осуществляется глинистым раствором без циркуляции промывочной жидко­сти. Осевая нагрузка на забой порядка 0,4-0,5 кН на основной резец.

После проходки данного интервала скважина обсаживается трубами диамет­ром 89 мм до глубины 10,0 м. Производится затрубный цементный тампонаж скважины.

Интервал 10,0 - 210,0 м.

Бурение осуществляется алмазной коронкой марки МВП-1 диаметром 76 мм. Бурение осуществляется при скорости 400-700 об/мин. Промывка осуществляется технической водой при скорости потока 50-80 м/с. Осевая нагрузка на забой 8-13 кН на основной резец.

После проходки данного интервала скважина обсаживается трубами диаметром 72 мм до глубины 210,0 м. Производится затрубный цементный тампонаж скважины.

Интервалы 210-600м.

Бурение осуществляется алмазной коронкой марки МВП-1 диаметром 59 мм. Бурение осуществляется при скорости 500-900 об/мин. Промывка осуществляется технической водой при скорости потока 40-60 м/с. Осевая нагрузка на за­бой 6-10 кН на основной резец.

1.6.2.Бурение по пласту полезного ископаемого

Бурение ведется с соблюдением всех правил, обеспечивающих необходимый выход керна. Бурение осуществляется коронкой типа МВП-1 диаметром 59 мм. По полезному ископаемому бурят в следующем порядке:

1)определяют контакт пустых пород с полезным ископаемым;

2)скважину подготавливают для бурения по полезному ископаемому;

3)бурят непосредственно по полезному ископаемому;

4)отрывают керн и поднимают его.

Перед бурением по полезному ископаемому выполняют следующие меро­приятия по подготовке скважины:

- промывают скважину до полного удаления шлама;

- извлекают оставшийся керн пустых пород;

- производят контрольный замер глубины скважины;

- готовят нужный буровой снаряд для бурения по полезному иско­паемому.

Способы повышения выхода керна.

Причинами плохого выхода керна являются:

механическое воздействие ко­лонкового снаряда, приводящее вследствие вибрации к разрушению и истиранию керна;

действие на керн промывочной жидкости, размывающей керн или вымы­вающей некоторые компоненты;

возможность выпадения керна из колонковой тру­бы во время его извлечения из снаряда вследствие плохого заклинивания.

Основными задачами получения представительных керновых проб являются:

- защита керна от воздействия потока промывочной жидкости или соз­дание потока, направления течения и слива которого благоприятствуют со­хранности керна;

- защита керна от механических воздействий вращающейся колонковой трубы;

- надежный отрыв керна от забоя и удержание его в керноприемной трубе.

С целью повышения выхода керна, бурение ведется на пониженных скоростях, с минимальной осевой нагрузкой и минимальной подачей промывочной жид­кости. Для повышения выхода керна предусматривается сокращение рейсопроходки до 1,0 - 0,5 м. Подъем снаряда с керном полезного ископаемого производится без резких рывков, толчков и ударов.

В случае если указанные мероприятия не обеспечат требуемый выход керна, должны быть применены специальные технические средства, обеспечивающие по­вышение выхода керна и его сохранность при подъеме на поверхность (двойные колонковые трубы, съемные керноприемники).

В курсовом проекте предусмотрен один способ бурения - бурение сверху вниз. Сначала бурится основной ствол скважины, затем он тампонируется до отметки, с которой начинаем бурить дополнительный стол. Затем вставляем стационарный клин. Для того чтобы клин строго фиксировался на нужной нам отметке, в проекте применяется цементный раствор в качестве ликвидационного тампонирующего материала. Затем четко ориентируем клин по направлению бурения дополнительного ствола. Только потом с учетом всех необходимых мер предосторожностей, начинаем бурить дополнительный ствол.

1.7.Ликвидация скважин

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

Для ликвидационного тампонирования проектируемых скважин применяется цемент. Т.к. скважины бурились с применением глинистого раствора, то перед тампонированием их необходимо промыть водой для разглинизации.

Цементный раствор через бурильные трубы нагнетается насосом (ликвидационный тампонаж проводится от забоя скважины). По мере заполнения скважины цементным раствором бурильные трубы приподнимаются. После подъёма насос и бурильные трубы промываются водой для очистки от остатков цементного раствора.

Объём необходимого цементного раствора равен объёму скважины и рассчитывается по формуле:

V= (p/4*D2*h1) + (p/4*D2*h2) + (p/4*D2*h3),

где D1,D2,D3 – диаметры коронок, которые применяются для бурения основного ствола;

h1, h2, h3 – интервалы бурения основного ствола скважины данными диаметрами.

V=(0,785*0,0932*5)+(0,785*0,0762*105)+(0,785*0,0592*690)= 0,03+0,48+1,89=2,4м3.

Плотность цемента 3,15г/см3, плотность цементного раствора 1,84г/см3.

После проведения ликвидационного тампонирования на устье скважины устанавливают обсадную трубу с цементной пробкой, где отмечается номер, глубина скважины.

1.8.Техника безопасности

1. Работы по бурению могут быть начаты только на законченной монтажом буровой установке при наличии геолого-технического наряда, и после оформления акта о приемке буровой установки в эксплуатацию.

2. Буровая установка должна иметь подъездные пути, обеспечивающие беспрепятственный подъезд к ней.

3. До спуска буровой установки должна быть тщательно проверена работа всех механизмов. Выявленные недостатки подлежат устранению до ввода буровой установки в эксплуатацию.

4. оборудование, инструмент, полы, лестницы и перила буровых установок должны содержаться в исправности и чистоте.

5. Все рабочие и инженерно-технические работники, занятые на буровых работах, должны работать в защитных касках.

6. Расстояние то буровой установки до жилых помещений и производственных помещений, железных и шоссейных дорог должно удовлетворять нормам противопожарной безопасности и быть не менее полуторной высоты ее вышки (мачты).

7. К верховым работам при монтаже и демонтаже вышек и мачт допускаются только опытные монтажники, специально обученные безопасному ведению работ.

8. Буровые вышки должны иметь рабочие площадки с укрытием для бурового рабочего от неблагоприятных атмосферных условий. Основание площадок должно быть изготовлено из прочного материала.

9. Вышки и мачты буровых установок в районах, где возможны полеты самолетов на высоте, соизмеримой с высотой вышки или мачты, должны иметь сигнальные огни.

10. Рабочие места бурового мастера и его помощника на самоходных и передвижных буровых установках должны иметь прочный настил из досок и укрытия от неблагоприятных атмосферных условий.

11. При монтаже вышек и мачт запрещается использование неисправных деталей и узлов крепления.

12. Сооружение буровой установки, размещение оборудования, устройство отопления, освещения должны производиться в соответствии с утвержденными проектами, техническими требованиями эксплуатации оборудования и типовыми схемами монтажа, утвержденными руководством экспедиции, треста.

13. При неисправности электрооборудования (замыкание, образование искр, появление сильного нагрева, дыма и т.д.) необходимо отключить общий рубильник и вызвать дежурного электромонтера.

ЧАСТЬ 2. ПРОХОДКА ГОРНОРАЗВЕДОЧНЫХ ВЫРАБОТОК

Горные выработки - это искусственные выемки в недрах. Горные выработки разнообразны по форме, размеру, назначению. По назначению горные выработки делятся на три группы: геологоразведочные, эксплуатационные, технические.

Геологоразведочные горные выработки проходятся с целью:

создания искусственных обнажений,

поисков и разведки полезных ископаемых.

При инженерно-геологических и гидрогеологических исследованиях

Эксплуатационные горные выработки проходятся с целью отработки месторождений полезных ископаемых. Они подразделяются на три группы:

Капитальные – обеспечивают доступ к полезному ископаемому;

Подготовительные – обеспечивают подготовку месторождения к ведению очистных работ;

Очистные – служат для непосредственного извлечения полезных ископаемых. Технические горные выработки проходятся для научных, хозяйственных, военных и т.п. целей (туннели, метро и т. д.) По отношению к поверхности Земли горные выработки разделяются на две группы: открытые (поверхностные) и подземные. К поверхностным относятся: карьер, канава, траншея, расчистка, закопушка. Подземные разделяются на три группы: горизонтальные, вертикальные, наклонные. К ним относятся: штольня, штрек, квершлаг.

2.1.Выбор и обоснование типа, формы, и размеров (сечения) горных выработок

Проходка разведочных канав

Канавы - узкие, протяженные выработки глубиной от 1—3м до 5м. Поперечное сечение канав обычно трапециевидное, шириной по дну канавы 0,4—1,0м, в верхней части до2—2,5м. Протяженность канав зависит от их назначения и может быть от нескольких до сотен метров. В большинстве случаев канавы проходят с целью вскрытия коренных пород или тел полезных ископаемых (не затронутых выветриванием), когда они перекрыты наносами мощностью до 3— 5 м.

Формы поперечных сечений разведочных канав:

а — прямоугольная; б, в, г — трапециевидная; д — ступенчатая; 1 — наносы; 2 — коренные породы; 3 — стенки канавы; 4 — площадки безопасности; 5 — борозда для опробования; т — мощность наносов; с — величина заглубления канавы в коренные породы.

По заданию необходимо пройти 30 канав длиной 25м каждая:

0,0-2,0- наносы

2,0-2,5- гранит с вкрапленностью сульфидов

Ширина канавы у поверхности будет определяться глубиной выработки и устойчивостью горных пород. Только в устойчивых горных породах стенки канавы могут быть вертикальными. Во всех остальных случаях, особенно при проходке наносов, стенкам должен быть обеспечен необходимый угол наклона с тем, чтобы предохранить их от обрушения.

Угол наклона стенок в неустойчивых и рыхлых породах должен быть равен углу естественного откоса для данных пород. Этот угол часто характеризуется отношением "а:m", которое для выполнения задания принимаем 1:2. Тогда ширина канавы у поверхности будет равна: 0,6м

Длина канавы (l к) = 25м

Количество канав (n к) = 20

Vканавы = g*b= V1 + V2=2462, 5м3

g = 0.6*0.5*lк* nк = 225

b = (2*0, 6+2*а)/2*m*lк* nк = 3468,8

a = 1.25м

m =2,5м

Проходка шурфов

Шурф - вертикальная выработка квадратного, прямоугольного или круглого сечения (шурфы круглого сечения носят название дудок), имеющая непосредственный выход на земную поверхность. Из шурфов нередко проходят горизонтальные выработки: рассечки, квершлаги, штреки.

Поперечный типовой разрез шурфа

1 — бадья; 2 — проводник; 3 — вентиляци­онная труба; 4, 5 — трубы для сжатого воздуха и воды; 6 — венец крепи; 7 — кабели; в — отшивка; 9 — лестничное отделение

Размеры прямоугольных сечений чаще принимают равными 1,25; 1,5; 2,0 м2 и реже больше. Размеры: 1,25м2 (1х1,25м); 1,5м2 (1х1,5м); 2м2 (1,25х1,60м); 4м2 (1,6х2,5м). Максимальная глубина шурфов 40м. Шурфы сечением 1.25 и 1.5 м2 проходятся на глубину до 20 м, шурфы сечением 2.0 м2 проходятся на глубину до 30 м, 4.0 м2 предусмотрено проходить на глубину до 40 м.

По заданию необходимо пройти 2 шурфа глубиной 28м. каждый:

0,0-10 ,0- наносы

10,0-18,0- граниты

18,0-25,0- свинцово-цинковые руды

Поперечные размеру шурфов при геологоразведочных работах выбираются в зависимости от глубины выработок, а также с учетом конструкции крепи.

Учитывая особенности петрографического состава и физические свойства по­род, а также технику и глубину проходки, принимаем прямоугольную форму попе­речного сечения шурфов с размерами 1,5 м (1,0x1,5).

2.2.Выбор и обоснование способа проходки, основного оборудования

Способ проходки горной выработки в основном зависит от положения ее в пространстве (вертикальная, наклонная, горизонтальная), крепости, строения горной породы, их водоносности и имеющегося в наличии оборудования. В зависимости от устойчивости пересекаемых пород и грунтовых вод различают обычные и специальные способы проведения выработок. Обычный способ применяют при сравнительно небольшом потоке воды в крепких и устойчивых породах, допускающих обнажение забоя, кровли и боковых стенок выработок.

Способы проходки канав

Разведочные канавы проходят следующими способами:

1.вручную

2.с применением буровзрывных работ

1.При проходке канав вручную проводят следующие подготовительные операции:

Разметка канала

Разрыхление породы при помощи койла или лома

Выбрасывание породы вручную на поверхность

Выравнивание стенок канала

Этот способ применим к породам 1-4 категориям по классификации буримости. Проходка канав может осуществляться механически (с помощью землеройных машин), однако, в таком случае сечение канав получится прямоугольным и необходимый наклон стенок отсутствует.

2.При проведении разведочных работ в крепких коренных породах (мерзлых) проходка осуществляется с применением буровзрывных работ. Проводят следующие подготовительные работы:

Разметка линии канавы

Разметка шпуров

Бурение и очистка шпуров

Закладка взрывчатого вещества и взрывание

Уборка взорванной породы с выбросом ее на поверхность

Выравнивание стенок и дна канавы

Способы проходки шурфов

1.вручную

2.с применением буровзрывных работ

1.При проходке шурфов ручным способом выполняются следующие операции:

Подготовка площади для заложения шурфа

Разметка контуров выработки

Проветривание забоя

Подъем отбитой породы на поверхность

Крепление шурфа в случае необходимости

2. При проходке шурфов буро-взрывным способом выполняются следующие операции:

Бурение шпуров, их зарядка и взрывание

Проветривание забоя после взрыва

Монтаж воздухопровода

Возведение крепий

Исходя из проектного геологического разреза, выбираются два способа проходки горных выработок: ручной способ и с применением буровзрывных работ. Буровзрывной способ представляет собой бурение в породе шпуров и закладывания в них взрывчатки с последующим взрыванием и выносом породы на поверхность.

Шпур – это слабоконическое округлое отверстие в горной породе. Диаметр шпура определяется диаметром патрона взрывчатого вещества.

Бурение шпуров осуществляется механическим способом и по характеру разрушения породы делится на 2 вида:

ударное бурение шпуров (бурятся шпуры в породах VI-X категории, f ≥ 3);

вращательное бурение шпуров (бурятся шпуры в породах от I до V категории,f от 9-10).

При вращательном бурении процесс выбуривания породы происходит непрерывно, в то время как при ударном бурении – только в момент удара. Поэтому вращательный способ более производителен, чем ударный.

По роду используемой энергии бурение может быть ручным и механическим. Механизмы, используемые при бурении шпуров, называются перфораторами.

По назначению перфораторы делятся на:

ручные (вес до 25 г, бурятся или с руки или с поддерживающей колонки. Частота ударов от 700 до 1100 уд/мин. Применяется для бурения пород средней крепости и крепких).

колонковые (вес до40 кг, большая мощность. Устанавливается либо на специальных буровых каретках или на колонках. Применяется для крепких и весьма крепких пород).

телескопные (для бурения шпуров вертикально вверх, т.к. все остальные не могут это делать. Представляют собой телескопическую колонку, на верху которой установлен перфоратор).

Проходка канав:

Проходка канав осуществляется ручным и буровзрывным способами. Проектируется проходка 30 канав длиной 25 м каждая.

Проходка канав сначала осуществляется вручную(0,0-2,0м): производится разметка канавы, разрыхление породы при помощи кайла или лома, выбрасывание породы лопатой на поверхность, выравнивание стенок канавы, отбор проб и геологическая документация.

Далее проходка канавы в интервале 2,0-2,5 м осуществляется с применением буровзрывных работ.

Бурение шпуров осуществляется при помощи перфоратора ПА-23к с армированными бурами диаметрами 43,41мм (шаг 2мм), при обязательной мокрой промывке шпуров.

Техническая характеристика перфоратора ПА-23к:

Вес, кг	23
Длина, мм	620
Диаметр поршня, мм	68
Число ударов поршня в минуту	1865
Расход воздуха, м3/мин при давлении 5 атм.	2,35
Работы удара поршня, кГм	5,88
Максимальный крутящий момент, кг. см	85
Способ очистки шпура	Промывка и продувка

Проходка шурфов.

Проектируется проходка 2 шурфов сечением по 1,5 м2 и глубиной 28м каждая.

Проходка ведется с применением ручных и буровзрывных работ.

Бурение шпуров осуществляется перфоратором ПА-23к армированными бурами диаметрами 43,41,39мм (шаг 2мм), при обязательной мокрой промывке шпуров.

Таблица №4

“Распределение пород по категориям буримости и выбор способа проходки“

№ п/п	Наименование породы	Категория	Глубина проходки (м)	Способ проходки
По шурфам
1.	наносы	I	10,0	Ручной
3.	граниты	XV	8,0	Буровзрывной
4.	Свинцово-цинковые руды	XX	6,0	Буровзрывной
По канавам
1.	супесь	I	2,0	Ручной
2.	Гранит с вкрапленностью сульфидов	XV	0,5	Буровзрывной

2.3.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 (опалка);

5) проветривание забоя;

6) уборка разрыхленной взрывом породы;

7) настил путей;

8) монтирование воздухопровода.

Все буровзрывные работы производятся в строгом соответствии с паспортом этих работ. Погрузка породы производится при помощи грейферных грузчиков ГШГ-1. Подъем породы производится при помощи лебедки ЛГПЛ-230 [12].

2.3.1.Расчет рациональной длины заходки и глубины шпуров

Условиями для определения рациональной длины заходки являются:

сечение горной выработки (1,5 м2)

средняя расчетная глубина шурфа (12,5 м)

категории пород по буримости (I, V и XV)

коэффициент крепости f:

наносы f=3

граниты f=15

свинцово-цинковые руды f=20

тип перфоратора (ПА-23)

крепление:

наносы - сплошная венцовая крепь,

скальные породы - сплошная венцовая крепь в разбежку

количество шпуров на забое:

N=2.7*,

где f- крепость, а S- площадь забоя

1. f=3: N=2.7*=6

2. f=15: N=2.7*=13

продолжительность рабочего дня =6 часов

число проходчиков на забое=1 человек

затраты труда в чел. и часах на 1 м горной породы (приведены в таблице №5)

Таблица №5

“Затраты труда в чел. и часах на 1 м горной породы”

Технологические операции	Затраты труда (в чел. и часах)
бурение шпуров

XV кат: 0,3 чел/ч

XX кат: 1,78 чел/ч

зарядка и взрывание шпуров

(4 минуты на 1 шпур)

XV кат: 24мин

XX кат: 52мин

вентиляция

30 минут

уборка породы

XV кат: 6,32 чел/ч

XX кат: 7,41 чел/ч

монтаж воздухопровода

0,56 чел/ч

крепление

3,09 чел/ч

Итог: производительные затраты

V кат: 10,27 чел/ч

XVкат: 12,84 чел/ч

L зах=,

где L зах – рациональная длина заходки

n – число проходчиков

m =6 (число часов в рабочей смене)

Q пр – производительные затраты

L зах 5=0,584м

L зах 15=0,467м

L шп= L зах/0, 9, м,

где L шп – глубина шпуров

V кат: L шп= 0, 65м

XVкат: L шп=0, 52м

Таблица №6

“Затраты труда для проходки гранит-порфиров и кварц-гюбнеритовой жилы”

Технологические операции	Затраты труда на 1м2 горной породы (в чел. и часах)	Затраты труда на весь объем горной породы (в чел. и часах)
бурение шпуров	1,78 чел/ч	0,9чел/ч
зарядка и взрывание шпуров (4 минуты на 1 шпур)	52мин	52мин
вентиляция	30 минут	30мин
уборка породы	7,41 чел/ч	3,7чел/ч
монтаж воздухопровода	0,56 чел/ч	0,28чел/ч
крепление	3,09 чел/ч	1,5чел/ч
Итог: производительные затраты	12,84 чел/ч	6чел/ч

Таблица №6

“График цикличности”