Домашняя · December 11, 2017
Технологии
Строительные работы
Монтаж металлоконструкций
Бетонные работы
Монтаж деревянных изделий
Монтаж бетонных конструкций
Транспортные работы
Свайные работы
Монтаж комплектных систем
Гость
Имя

Пароль

Запомнить меня



Забыли пароль?


Бурение и разработка грунта взрывами

Буровые работы

Буровые работы в строительстве производятся при разработке взрывным способом скальных грунтов и рыхлении мерзлых, устройстве водопонижающих скважин, искусственном закреплении грунтов, устройстве набивных свай, инженерно-геологических изысканиях и др.

Бурением в грунте образуются цилиндрические каналы различного диаметра и глубины. Каналы диаметром до 75 мм и глубиной до 5-6 м называют шпурами, при больших размерах - скважинами. Они могут быть вертикальными, наклонными и горизонтальными. Верхнюю часть скважины называют устьем, дно скважины (шпура) - забоем.

Для производства буровых работ используют механизированные инструменты, буровые станки и машины. Применение ручного бурового инструмента разрешается при малых объемах работ и небольшой глубине бурения.

Сопротивляемость горной породы различным видам разрушения, т.е. крепость породы, имеет определяющее влияние на эффективность бурения и характеризуется коэффициентом крепости, который равен 0,8-2 для мягких пород и 5-10 для крепких.

Способы бурения по характеру разрушения горных пород подразделяют на две группы: механические и физические. К механическим относят ударный, вращательный, ударно-вращательный и вибрационный способы. Для этих способов характерно непосредственное воздействие бурового инструмента на породу.

Физические способы включают термический, гидравлический, электрогидравлический, взрывной, плазменный и др. В этих способах используют физико-химические методы разрушения без непосредственного контакта источника воздействия с буримой породой.

Механические способы бурения получили наибольшее распространение при производстве буровых работ.

Из физических способов находят применение термический, гидравлический и электрогидравлический.

Использование того или иного способа определяется физико-механическими свойствами горных пород, имеющимися техническими ресурсами, а также требованиями минимальных затрат на бурение.

При ударном способе бурения породоразрушающий инструмент периодически наносит удары по забою скважины. Очистку забоя от разрушенной породы производят за счет подачи в скважину воды, в смеси с породой образуется шлам, который с помощью желонки удаляют из скважины.

При вращательном способе бурения происходит скалывание породы острыми гранями резца. Разрушение породы происходит в результате непрерывного вращения бурового инструмента, прижимаемого с определенной силой к забою. Вращательный способ бурения имеет ряд разновидностей - шнековое, роторное и колонковое бурение.

В шнековом бурении наконечник бурового инструмента (резец) сверлит породу в забое, а разрушенную породу удаляют из скважины спиральным шнеком. Шнековое бурение применяется только в мягких породах.

Роторное бурение осуществляется породоразрушающими инструментами режущего типа в породах мягких и средней крепости или шарошечного типа в крепких породах (рис.1). Этот способ по сравнению с ударно-канатным позволяет в 2-5 раз увеличивать производительность буровых станков.


Рис.1. Оборудование для вращательного способа бурения

а - схема самоходной установки вращательного бурения: 1 - двигатель и система передач; 2 - мачта; 3 - ротор; 4 - буровой снаряд; б - буровая колонка; в и г - плоские долота; д - шарошечное долото

Колонковое бурение осуществляют кольцевым забоем с отбором проб породы ненарушенной структуры - керна.

При ударно-вращательном бурении породоразрушающий инструмент одновременно с вращением испытывает динамические (ударные) нагрузки, которые периодически и с большой частотой воздействуют на буровую коронку, что способствует повышение эффективности разрушения породы. Породу удаляют из скважины отработанным в пневмоударнике сжатым воздухом или потоком воды, нагнетаемой в скважину. Ударно-вращательный способ применяют при бурении крепких и трудноразрушаемых пород со значительной трещиноватостью.

К механизмам ударно-вращательного бурения относятся также пневматические и электрические бурильные молотки-перфораторы, используемые для бурения шпуров в породах любой крепости (рис.2).


Рис.2. Механизированный буровой инструмент для бурения шпуров

а - электрическое горное сверло; б - электрический бурильный молоток; в - пневматический бурильный молоток - перфоратор

При термическом способе бурения разрушение породы происходит за счет напряжений, возникающих в результате нагрева породы огнеструйной реактивной горелкой. Газовый поток от горелки, поступая в забой с высокой температурой (до 2500°С) и сверхзвуковой скоростью (до 2000 м/с), нагревает породу, сдувает отслоившиеся частицы и уносит их из скважины. Термический способ применяется, как правило, при бурении очень крепких пород кристаллической структуры и особенно эффективен при разработке пород, содержащих кремнезем. В таких условиях производительность термического бурения в 6-10 раз выше, чем при применении механических способов.

Для бурения шпуров используют ручные сверлильные машины, перфораторы, ручные термобуры, самоходные бурильные машины шнекового бурения.

Ручные сверлильные машины могут иметь электрический или пневматический привод, их используют для бурения шпуров диаметром 45 мм и глубиной до 5 м в породах мягких и средней крепости. В соответствии с диаметром шпура и глубиной бурения они снабжаются сверлами с комплектом буровых штанг.

Для бурения шпуров диаметром до 75 мм и глубиной до 6 м в породах различной крепости применяют пневматические бурильные молотки-перфораторы. Рабочим органом перфоратора является цельный или составной бур. Эффективность бурения пород перфораторами зависит от правильного выбора формы головки бура. Головки могут иметь форму однодолотчатую, крестовую, звездообразную и др.

Используя буры со съемными головками и армируя их пластинками из твердых сплавов, можно повысить производительность бурения, увеличить срок службы перфораторов, снизить стоимость работ и расход буровой стали.

Очистку шпура от буровой мелочи производят, продувая его сжатым воздухом (сухое бурение) или промывая водой (мокрое бурение). Мокрое бурение более эффективно, так как снижается сопротивляемость породы бурению, уменьшается пылеобразование и увеличивается стойкость бура. Все это способствует повышению (до 30%) производительности бурения. Однако в зимнее время в основном применяют сухое бурение. Для бурения шпуров глубиной более 0,7 м необходимо иметь комплект буров с интервалом по длине 0,5-0,7 м и уменьшением диаметра коронки на 2-3 мм по мере увеличения длины шпура. Бурение начинают коротким буром-забурником и продолжают буром большей длины, но меньшего диаметра.

Бурение шпуров в мерзлых грунтах производят, используя буровые машины шнекового бурения, смонтированные на тракторе. Такие машины мобильны и позволяют бурить одновременно два шпура глубиной до 2,5 м.

Ручные термобуры применяют для бурения шпуров диаметром до 55 мм и глубиной до 3,0 м в крепких породах, содержащих кремнезем. Рабочим органом термобура является реактивная огнеструйная горелка, вмонтированная в металлическую трубу (кожух). По сравнению с перфораторным бурение термобуром в 3-8 раз производительнее и в 2 раза дешевле. Ручные термобуры применяют в основном для бурения шпуров при разделке негабаритов и валунов.

Для обеспечения качественного рыхления грунта в пределах выемки перед началом бурения бурильщику должна быть выдана выписка из проекта буровых работ, в которой указываются параметры шпуров, сетка бурения и взаимное расположение шпуров.

Бурение скважин производят передвижными или самоходными буровыми станками. Перед началом бурения необходимо выполнить подготовительные работы, включающие устройство подъездов и планировку рабочих площадок, разбивку мест заложения скважин и другие мероприятия, обеспечивающие высокопроизводительное бурение и т.д.

Станки ударно-канатного бурения применяют для бурения скважин диаметром до 400 мм и глубиной до 250 м как в несцементированных грунтах, так и в скальных породах различной крепости (до весьма крепких). Процесс бурения состоит из чередующихся операций разрушения породы ударами бурового инструмента и очистки скважины от продуктов разрушения. Очистка скважины осуществляется с использованием воды. Эффективность бурения зависит от правильного выбора формы долота, высоты подъема и частоты ударов бурового инструмента, при которых достигается максимальная энергия удара. При бурении в неустойчивых породах скважины крепят обсадными металлическими трубами.

Станки вращательного шнекового бурения используют для проходки скважин в мягких и средней крепости грунтах диаметром до 200 мм, глубиной до 150 м. Вращательное роторное бурение с трехшарошечным долотом обеспечивает бурение скважин диаметром 150-270 мм, глубиной до 50 м в грунтах средней крепости и весьма крепких породах. Станками с погружным пневмоударником можно эффективно бурить скважины диаметром до 160 мм, глубиной до 35 м в скальных грунтах средней и выше средней крепости.

При бурении перечисленными станками разрушение породы резцом и очистка скважины происходят одновременно и непрерывно. Для очистки скважины через буровой снаряд подается сжатый воздух или вода, которыми продукты бурения выносятся на поверхность. В станках роторного и колонкового бурения для очистки скважины и охлаждения бурового инструмента применяют глинистый раствор. Циркулируя в скважине, раствор проникает в буримую породу, что предотвращает обрушение стенок скважины, не имеющих обсадных труб.

Для проходки скважин глубиной до 20 м и диаметром до 150 мм в увлажненных несцементированных грунтах средней плотности и плотных используют станки вибрационного бурения с вибраторами направленного действия. Станки термического бурения применяют для бурения скважин диаметром до 500 мм и глубиной до 50 м.

Наибольшая производительность при бурении скважин достигается в результате оптимального выбора бурильных станков и режима бурения, сокращения до минимума затрат времени на передвижку и установку станка и механизации вспомогательных операций.

При производстве буровых работ на объекте составляется технологическая карта, включающая схему передвижения буровых банков по объекту с указанием сетки и параметров скважин и их количества, сменный пооперационный график работы бурового комплекса, рекомендации по рациональному режиму бурения и др.

Взрывные работы

В строительстве взрывы применяют при разработке скальных и мерзлых грунтов, устройстве земляных сооружений (выемок и насыпей) методом направленных взрывов, разрушении предназначенных к сносу зданий и сооружений и т.д.

Для производства взрывных работ используют взрывчатые вещества и средства взрывания.

Взрывчатыми веществами (ВВ) называют химические соединения или механические смеси, способные под влиянием внешнего импульса (удар, искра) к быстрым химическим превращениям (со скоростью в несколько тысяч метров в секунду). Выделяемая при этом энергия способна производить механическую работу. По скорости, взрывчатого разложения и воздействию на окружающую среду различают две основные группы ВВ - метательные и бризантные.

Наиболее часто в строительстве используют бризантные ВВ: аммиачно-селитренные, нитроглицериновые и оксиликвитные. По агрегатному состоянию различают порошкообразные, прессованные, литые ВВ.

Аммиачно-селитренные ВВ (аммониты) по сравнению с другими ВВ менее опасны, так как мало чувствительны к удару, искре, огню, трению. Нитроглицериновые и оксиликвитные ВВ весьма чувствительны к внешним импульсам и требуют весьма осторожного обращения при транспортировании и подготовке к взрыву.

К средствам взрывания относят капсюль-детонатор, электродетонатор, огнепроводный и детонирующий шнуры, а также источники и проводники электрического тока.

Капсюль-детонатор предназначен для возбуждения детонации при производстве взрывных работ способом огневого взрывания (рис.3). Электродетонатор представляет собой смонтированные в одной гильзе капсюль-детонатор и электровоспламенитель, который при прохождении тока воспламеняется и взрывает детонатор. Электродетонаторы бывают мгновенного и замедленного действия. Огнепроводный шнур предназначен для передачи капсюлю-детонатору пучка искр. Скорость распространения огня по огнепроводному шнуру 1 см/с. Детонирующий шнур служит для передачи и возбуждения взрыва ВВ, он передает детонацию практически мгновенно. Для взрывных работ применяют в качестве источника тока подрывные машинки, аккумуляторы, для передачи тока - саперный провод, электроосветительный и др.


Рис.3. Средства взрывания

а - капсюль-детонатор; б - электродетонатор; в - зажигательная трубка; г - патрон-боевик; 1 - гильза; 2 - инициирующее ВВ; 3 - заряд высокобризантного ВВ; 4 - электровоспламенитель; 5 - детонатор; 6 - огнепроводный шнур; 7 - зажигательная трубка; 8 - шашка-брикет ВВ

Взрывание зарядов ВВ может осуществляться огневым способом, электрическим и с помощью детонирующего шнура. По времени взрывания отдельных зарядов различают мгновенное, короткозамедленное и замедленное взрывание.

Огневой способ применяют для взрывания одиночных зарядов или разновременного взрывания группы зарядов. При огневом способе взрывания из капсюля-детонатора и огнепроводного шнура изготовляют зажигательную трубку, которая в соединении с патроном ВВ образует патрон-боевик. Последний вводится в заряд ВВ и взрывает его при воспламенении зажигательной трубки.

Электрический способ применяется, когда необходимо взорвать большую серию зарядов на значительном расстоянии одновременно или с необходимым замедлением. Для этого используют замедлители взрывания и различные соединения электрических сетей (рис.4.)


Рис.4. Схемы взрывных сетей

а - последовательное соединение при электрическом способе взрывания; б - параллельное соединение; в - смешанное; z, д, е - то же, при взрываний с использованием детонирующего шнура

Взрывание с помощью детонирующего шнура производят без введения капсюля-детонатора в заряд ВВ.

По месторасположению заряды могут быть наружными, располагаемыми на поверхности взрываемого объекта, и внутренними, располагаемыми в выработках (шпурах, скважинах, камерах, рукавах и т.д.). В зависимости от формы заряды подразделяют на сосредоточенные, удлиненные и фигурные.

По действию, оказываемому на окружающую среду, различают заряды выброса, рыхления и камуфлеты (рис.5).


Рис.5. Схемы действия взрыва на окружающую среду

а - камуфлет; б - рыхление; в - параметры воронки нормального выброса; 1 - заряд ВВ; 2 - граница зоны полного разрушения; 3 - зона деформации грунта; r - радиус воронки; h1 - видимая глубина воронки; h - глубина воронки от поверхности грунта; l - глубина заложения заряда или линия наименьшего сопротивления (ЛНС)

Количество взрывчатого вещества в заряде определяется расчетом в зависимости от назначения взрыва. При взрыве на выброс в грунте образуется конусообразное углубление, называемое воронкой. Грунт, выброшенный взрывом, под действием силы тяжести падает частично в воронку и частично вокруг нее.

Воронки взрыва имеют радиус разрушения r, линию наименьшего сопротивления (ЛНС)l , равную кратчайшему расстоянию от центра заряда до ближайшей свободной поверхности.

Действие взрыва принято характеризовать отношением n = r1l называемым показателем действия взрыва. Выбор вида и величины заряда зависит от целей взрывания. Масса заряда определяется по эмпирическим формулам, которые в большинстве случаев являются функциями удельного расхода ВВ, объема взрываемого грунта или параметров воронки (горна).

Масса сосредоточенного заряда для образования нормального выброса (горна):

Q = qr3

Для усиленного выброса с n от 1 до 3, по формуле М.М.Борескова

Q = qh3(0,4 + 0,6n3)

Удельный расход BB q - в килограммах на 1 м3 взрываемой породы.

Коэффициенты, входящие в эмпирические формулы, определяют по справочным данным. Расчетный расход ВВ проверяют до производства основных взрывов на месте работ пробным взрыванием.

Методы ведения взрывных работ зависят от технических задач, решаемых с использованием энергии взрыва.

Метод шпуровых зарядов применяют на открытых и подземных разработках. Сущность его состоит в том, что удлиненные заряды располагают и взрывают в шпурах. Заряд ВВ не должен занимать более 2/3 его длины. Верхняя часть шпура заполняется забивкой, вначале песчано-глинистой смесью, а затем песком или буровой мелочью (рис.6).


Рис.6. Схемы размещения зарядов при шпуровом методе взрывания

1 - забойка шпура; 2 - заряд ВВ

На открытых работах шпуровой метод используют при послойной разработке грунтов. Взрывают каждый ряд шпуров одновременно: сначала - ближайший к забою ряд, затем - последующие, используя электрический способ взрывания или детонирующий шнур. Одиночные шпуровые заряды применяют для дробления отдельных камней или корчевания пней. Групповые заряды используют для дробления и рыхления скальных и мерзлых грунтов. Шпуровые заряды используют также для разрушения предназначенных к сносу зданий и сооружений.

Метод скважинных зарядов отличается от шпурового только тем, что заряды размещаются в скважинах диаметром 75-300 мм и глубиной до 30 м. Заряды могут быть удлиненные - сплошные или прерывистые, заполняющие большую часть скважины, за исключением верхней части, которую заполняют забивкой.

Взрывание одиночных шпуровых и скважинных зарядов производят огневым способом, групповых - электрическим. При электрическом способе сеть необходимо дублировать. Взрывать можно мгновенно и с замедлением. При короткозамедленном взрывании достигается лучшее дробление породы, снижается удельный расход ВВ и уменьшается интенсивность сейсмического действия взрыва. Направленные взрывы на выброс являются результатом совместного действия крупных зарядов, располагаемых во взрываемом массиве в соответствии с формой и размерами требуемой выработки.

Для достижения направленного выброса в одну сторону необходимы как минимум двухрядное расположение зарядов и разновременное их взрывание. Грунт, поднятый при взрыве первого ряда, перемещается в сторону выброса энергией взрыва второго ряда (рис.7).


Рис.7. Схемы направленных взрывов

а - при устройстве выемки: б - при устройстве насыпи; 1 - заряды ВВ; 2 - направление перемещения взорванного грунта; 3, 4 - массивы грунта правого и левого склонов, предназначенные к взрыву; 5 - проектный профиль насыпи; I-III - ряды зарядов

При необходимости устройства нешироких траншей в зимних условиях может быть применен метод рыхления мерзлого грунта щелевыми зарядами ВВ (рис.8). Рыхление мерзлых грунтов щелевыми зарядами ВВ способствует получению при взрыве проектного контура траншеи без необходимости зачистки основания и стенок. При щелевом методе рыхления мерзлых грунтов по сравнению со шпуровым производительность труда возрастает в 4-5 раз.


Рис.8. Схемы щелевых зарядов

а - расположение зарядов; б - профиль выемки; 1 - зарядная щель; 2-компенсирующая щель

Щелевые заряды могут применяться при рыхлении грунтов на больших площадях. В данном случае, используя щели в качестве дополнительных плоскостей скольжения, можно увеличить эффект рыхления грунта и снизить расход ВВ.

При производстве буровых работ необходимо четко выполнять требования "Единые правила безопасности при геологоразведочных работах". Перед началом бурения следует внимательно проверить исправность перфораторов и шлангов. Перед включением бурового станка необходимо проверить надежность установки его на рабочей площадке, убедиться в исправности и надежности всех механизмов, заземления электродвигателей и пусковой аппаратуры. Бурение, как правило, следует вести мокрым способом, так как очистка забоя сжатым воздухом вызывает большую запыленность рабочего места. Места бурения в темное время суток должны быть хорошо освещены. Не допускается пребывание посторонних лиц в пределах запретной зоны (15 м от скважины).

При производстве взрывных работ необходимо строго соблюдать утвержденные Госгортехнадзором "Единые правила безопасности при взрывных работах" . Для производства взрывных работ требуется разрешение инспекции Госгортехнадзора. К работе допускаются лица, сдавшие экзамен квалификационной комиссии. Обязательным условием при производстве взрывных работ является определение границ зоны безопасности, за пределами которой исключено поражение людей, механизмов и сооружений в результате сейсмических воздействий, действия ударной волны, разлета кусков разрушаемого взрывом материала. Радиусы опасной зоны устанавливают специальными расчетами. Опасную зону оцепляют и устанавливают предупредительные знаки. Перед взрывом взрывники и инженерно-технический персонал удаляются за пределы опасной зоны. О предстоящем взрыве предупреждают звуковой или световой сигнализацией.

Важным условием безопасности является соблюдение правил транспортирования и хранения взрывчатых материалов. Склады размещают вне опасной зоны и вдали от строений.

Реклама
Copyright © 2013 kodeks.ru. При использовании материалов портала ссылка на www.constructionlinks.ru обязательна.
Powered by PHP-Fusion v5.01 © 2003-2013