Сооружение стволов в сложных горно-геологических условиях

Сооружение стволов в сложных горно-геологических условиях Способ предварительного тампонирования пород. При проходке стволов этим способом маркшейдерская служба выполняет разбивку на местности устьев тампонажных скважин, осуществляет контроль за направлением бурения скважин, за геометрическими размерами тампонажной подушки при ее укладке и составлении исполнительной документации.

При тампонировании пород с поверхности скважины располагают вокруг контура ствола по окружности, диаметр которой на 3—4 м больше диаметра ствола в проходке. Разбивку скважин выполняют от центра ствола по направлению радиусов с помощью теодолита и рулетки с точностью ±50 мм. Точки устьев скважин при разбивке закрепляют деревянными кольями, на которых указывают номер скважины. После оборудования буровой площадки и укладки кольцевых рельсов под буровые установки нивелированием по точкам через 1 м проверяют их горизонтальность. Отклонение кольцевых рельсов от горизонтального положения не должно превышать ±10 мм.

После установки кондукторов в устья скважин проверяют их вертикальность. Отклонение оси скважины от вертикали и ее направление определяют съемкой проекциометром или инклинометром типа ИК. По результатам съемки строят инклинограммы и составляют погоризонтные планы, на которых производят построение тампонажных зон вокруг каждой скважины радиусом, равным проектной величине распространения тампонажного раствора в соответствующих породах.

При тампонировании пород из забоя ствола маркшейдер производит разбивку устьев скважин на забое ствола, задает направление скважинам, определяет глубину и направление пробуренных скважин, контролирует правильность установки кондукторов и геометрические параметры тампонажной подушки. Разбивку устьев скважин он выполняет от центрального проходческого отвеса по рабочим чертежам с помощью рулетки.

По результатам бурения маркшейдер составляет план расположения скважин и проекцию их на вертикальную плоскость.

При возведении тампонажной подушки на забое ствола маркшейдер проверяет ее высоту и качество уложенного бетона.

Способ замораживания пород. При этом способе проходки ствола маркшейдерская служба производит разбивку замораживающих и контрольных скважин; контролирует сооружение буровой площадки и монтаж бурильных установок; осуществляет контроль центрирования буровой вышки и первоначального забуривания скважины под кондуктор; проверяет вертикальность установки кондуктора в скважине; производит съемку скважин в процессе их бурения; контролирует герметичность замораживающих колонок; составляет погоризонтные планы ледопородного ограждения; осуществляет силами спецслужб ультразвуковой контроль за формированием ледопородного ограждения и оттаиванием замороженных пород после окончания проходки ствола; анализирует формирование ледопородного ограждения по результатам измерений в гидронаблюдательной, термонаблюдательных, замораживающих и ультразвуковой скважинах; задает место и направление дополнительным замораживающим скважинам при бурении их в целях ликвидации «окон» в ледопородном ограждении; контролирует положение нулевой изотермы в сечении ствола во время его проходки; осуществляет контроль за качеством и геометрическими размерами возводимой тюбинговой крепи в замороженной зоне; устанавливает маяки в крепи ствола для контроля возможной деформации ее в зоне замороженных пород в период их оттаивания и составляет соответствующую исполнительную документацию по сооружаемому стволу.

На основании проектных данных маркшейдер теодолитом или специальным шаблоном (рис. IX.32) производит разбивку устьев замораживающих скважин с погрешностью ±50 мм. Высотные отметки устьев определяют геометрическим нивелированием.

Как правило, выноску устья первой скважины производят рулеткой от оси ствола, а затем выносят на местность остальные точки устьев с помощью теодолита, установленного в центре ствола или шаблона.

Разбивку контрольных термонаблюдательных, гидронаблюдательной и ультразвуковой скважин производят способом засечки рулеткой от осей ствола или от вынесенных устьев замораживающих скважин.

Перед началом бурения скважин маркшейдер проверяет вертикальность бурильной установки, центрирование вышки над устьем скважины, прямолинейность и отвесное положение ведущей квадратной штанги, а также соосность труб бурильной колонны с квадратной трубой.

Наиболее эффективным способом проверки вертикальности установленного кондуктора или пробуренной скважины глубиной до 100 M является способ измерения проекциометром типа ПМ-4, который разработан во ВНИМИ и изготовлен его заводом. Проекциометр предназначен для контроля вертикальности бурения скважин путем определения приращений координат между исходной и искомой точками.

При использовании проекциометра глубина спуска его груза в скважину определяется мерным роликом, а величина отклонения троса от вертикали, на котором подвешен груз, — микрометрическим уровнем , закрепленным на тросе.

Камеральная обработка измерений включает вычисление приращений координат между центром устья скважины и центром контролируемого сечения и построение совмещенного плана искривленной скважины.

Наиболее широкое практическое применение для съемки глубоких замораживающих скважин получили гироскопический фотоинклинометр И560Ф, дистанционные инклинометры И447Д и ВД2 (ВНИМИ), а также инклинометр «Зенит». Эти инклинометры обеспечивают высокую производительность и точность съемки скважин. Их показания не зависят от влияния ферромагнитных масс, что очень важно при съемке обсадных скважин.

Гироскопический фото инклинометр И560Ф предназначен для съемки скважин глубиной до 1000 м с отклонением их оси от вертикали до 6° и с внутренним диаметром обсадной колонны 127 мм. Вся аппаратура и оборудование станции размещены в кузове специальной автомашины. В комплект станции входят скважинный снаряд (рис. IX.35), приборы контроля и управления, преобразователь тока со стабилизатором напряжения, вспомогательное оборудование (лебедка с трехжильным кабелем КТШ-2, штатив с блокбалансом, ЗИП для ремонтных работ) и фотопринадлежности для обработки пленки.

Подготовленный к работе инклинометр подвешивают на штативе над устьем скважины, наклоняют его на 4—5° в плоскости ориентира и производят фотографирование 1—2 контрольных кадров. Время фотографирования и номера ориентирных кадров записывают в журнал съемки.

После ориентирования измерительного прибора включают лебедку на спуск и автоматическое управление фотокамерой. В процессе спуска измерительного прибора происходит автоматическая фоторегистрация на пленку совмещенного положения марки и шкалы маятника .

По окончании съемки производят считывание с пленки измеренных величин и вычисление приращений координат оси скважины. По результатам приращений строят план скважины (инклинограмму) в условной системе координат.

Для построения плана скважины (М 1:50) наносят ориентирные направления при спуске и подъеме измерительного прибора, определяют среднее направление и строят инклинограмму относительно этого направления.

Недостатками этого инклинометра являются довольно длительное время камеральной обработки и большой диаметр скважинного снаряда (110 мм), что не позволяет производить съемку скважины внутри буровой колонны.

Дистанционный гироскопический инклинометр И447Д позволяет автоматически непосредственно во время движения скважинного снаряда внутри бурильной колонны получать без камеральной обработки план скважины в масштабе 1:10 или 1:50 на планшете у оператора.

Инклинометрическая станция И447Д включает: скважинный снаряд; пусковую и контрольно-измерительную аппаратуру с планографом; силовой блок, обеспечивающий электропитание станции; оборудование для спуска и подъема скважинного снаряда (лебедку с электроприводом, кабель, мерный шкив с датчиком глубины, штатив); ЗИП для ремонта, наладки и юстировки инклинометра.

Скважинный снаряд состоит из наружного корпуса, измерительной части и направляющих роликов.

Для проведения съемки над скважиной устанавливают штатив, закрепляют в нем скважинный снаряди включают электропитание. На корпусе инклинометра закрепляют ориентирную насадку и производят первую ориентировку (линия на заранее выбранный ориентир . При спуске скважинного снаряда планографом на планшете вычерчивается инклинограмма (спуск), на которой оператор отмечает интервалы глубины поперечными штрихами карандашом.

На конечной глубине скважины оператор определяет ориентировку наклона оси скважинного снаряда инклинометра (линия K1’—H1′, затем разворачивает гиростабилизатор на 180° и вновь фиксирует наклон оси инклинометра на забое (линия H2’—K2′. Далее производит съемку скважины при движении скважинного снаряда вверх, при этом получает контрольную запись инклинограммы (подъем). Вторичной ориентировкой (линия оператор заканчивает цикл съемки скважины, после чего приступает к обработке планшета и построению среднего положения инклинограммы из результатов съемки скважины при спуске и подъеме снаряда. Высокие производительность и точность съемки, небольшой диаметр скважинного снаряда (85 мм), отсутствие камеральной обработки и автоматическое построение плана скважины характеризуют совершенство отечественного инклинометра, способного производить съемку вертикальных замораживающих скважин непосредственно в бурильной колонне.

Инклинометр ВД2 разработан на базе дистанционного инклинометра И447Д. Он более совершенный и простой по конструкции, надежнее в эксплуатации. Кинематическая схема его и методика съемки такие же, как у инклинометра И447Д.

Принцип работы инклинометра «Зенит» основан на преобразовании величины зенитного и азимутального углов в электрические импульсы, поступающие на световое табло пульта управления в виде чисел и градусов.

Инклинометрическая станция «Зенит» состоит из основного прибора — скважинного снаряда, пульта управления, силового блока, преобразователя и оборудования для спуска и подъема скважинного снаряда. Вся аппаратура инклинометрической станции смонтирована в кузове специального подъемника типа АЭКС-1500.

Инклинометр предназначен для съемки вертикальных замораживающих скважин глубиной до 1000 м и ориентирования кривых переводников (отклонителей), предназначенных для исправления кривизны скважины.

Съемку скважин начинают с ориентировки скважинного снаряда инклинометра на местности при обязательной установке уровня визира на нуль. После ориентирования измерительной части инклинометра скважинный снаряд опускают в скважину и через 10 м производят ее съемку. При подъеме снаряда измерения повторяют в такой же последовательности.

Камеральная обработка результатов съемки включает перевод чисел импульсов в линейную величину по специальной таблице, имеющейся в инструкции по эксплуатации инклинометра «Зенит».

При построении инклинограммы в каждой точке съемки от линии, параллельной ориентирному направлению, по часовой стрелке в масштабе 1:50 откладывают азимут α и линейную величину l отклонения оси скважины.

Техническая характеристика отечественных инклинометров .

После посадки замораживающей колонки на забой скважины мерной проволокой, гидрогеологической рулеткой или длиномером ДА-2 проверяют ее длину и заливают водой для контрольной проверки ее герметичности. Через сутки после заполнения замораживающей колонки водой производят наблюдения за уровнем воды с точностью ±1 мм. Наблюдения ведут в течение 5 сут. Результаты наблюдений заносят в паспорт замораживающей колонки. Если в течение последних 3 сут уровень воды в колонке остается неизменным, то маркшейдер принимает колонку в эксплуатацию и дает разрешение на монтаж в ней питающей и отводящей труб.

По результатам съемки замораживающих скважин через 20—50 м по глубине в масштабе 1:50 составляют погоризонтные планы . К погоризонтным планам прикладывают пояснительную записку, в которой дают краткое описание технологии бурения скважин; всех отступлений от проекта; возникавших осложнений при бурении и обсадке скважин; причин, повлиявших на искривление скважин; состояние герметичности каждой замораживающей колонки; продолжительность бурения и обсадки скважин; приводят скорость бурения и способы ликвидации «окон» в ледопородном ограждении и т. д.

Погоризонтные планы позволяют оценить сплошность и толщину ледопородного ограждения на соответствующих горизонтах с учетом фактического расположения скважин вокруг проектного контура ствола.

Границами ледопородного ограждения на погоризонтных планах являются огибающие кривые, соединяющие точки пересечения соседних проектных контуров границ ледопородных цилиндров, образованных вокруг каждой скважины. С учетом коэффициентов, учитывающих интенсивность распространения холода 0,6 и 0,4 (к центру ствола и к массиву), ледопородные цилиндры вокруг скважин описывают двумя радиусами r1 (внутренним) и r2 (наружным), величины которых определяются проектом по формулам:

где l — проектное расстояние между устьями скважин; а — допустимое отклонение скважины от вертикали на соответствующей глубине; E — проектная (расчетная) толщина ледопородного ограждения.

При построении контура ледопородного цилиндра у скважин двумя радиусами и возможны случаи, когда внутренние контуры двух цилиндров пересекутся между собой, а внешние не пересекутся. В этом случае графически определить толщину ледопородного ограждения не представляется возможным. Поэтому для исключения подобных случаев построение ледопородных цилиндров целесообразно производить средним радиусом R =r1+r2/2 при обязательном смещении центра окружности от фактического положения центра скважины по радиусу к центру ствола на величину Δ = r1-r2/2.

Огибающие кривые внешних и внутренних контуров ледопородных цилиндров на погоризонтных планах обводят карандашом синего цвета. После построения границ ледопородного ограждения графическим способом определяют наименьшую толщину его в замковой плоскости и сопоставляют с проектной величиной. Если толщина ограждения в замковой плоскости окажется меньше проектной, то маркшейдер в письменной форме дает предписание начальнику участка на проведение мероприятий по созданию ледопородного ограждения необходимой толщины.

При замораживании пород ведется постоянный контроль за процессом образования ледопородного ограждения через гидронаблюдательную и термонаблюдательные скважины. Через гидронаблюдательную скважину процесс формирования ледопородного ограждения определяется изменением уровня воды в ней, а через термонаблюдательные — изменением температуры пород на соответствующих горизонтах (глубинах). Наиболее эффективный контроль осуществляют с помощью ультразвуковой аппаратуры УКЛЦ-1 или УКЛО-2.

В процессе контроля ультразвуковым прибором определяют три состояния горных пород: талое (нулевой цикл), момент смыкания ледопородных цилиндров (промежуточный цикл) и момент образования необходимой толщины ледопородного ограждения (конечный цикл). Нулевой цикл выполняют последовательно между парами всех скважин, промежуточный — между характерными парами замораживающих и контрольной ультразвуковой скважинами, конечный цикл — между парами всех скважин.

Способ проходки стволов бурением. В настоящее время бурение стволов осуществляют установками типа УЗТМ и РТБ.

Маркшейдерские задачи, связанные с бурением стволов, делятся на две основные группы: выполнение работ в подготовительный период, в период бурения ствола и возведения крепи.

В подготовительный период маркшейдер осуществляет контроль за монтажом установки и ее элементов (фундаментов под ноги бурильной вышки, вышки с подкранблочной площадкой, раздвижных платформ, рельсовых путей под раздвижные платформы, площадки под раздвижные платформы и т. д.).

В период бурения ствола и возведения крепи основной особенностью маркшейдерских работ является съемка ствола, заполненного глинистым раствором, и определение кривизны вертикальной оси ствола.

Практикой установлено, что допустимое отклонение оси ствола от проектного положения не должно превышать величины зазора между наружной стенкой крепи и сечением ствола вчерне. Величина этого зазора обычно составляет 200—350 мм.

В маркшейдерской практике съемку ствола при его бурении производят геометрическим, оптическим, инклинометрическим и звуколокационным способами и зависимости от условий и технологии производства измерений.

Геометрический способ основан на определении угла отклонения троса, натянутого внутри бурильной колонны между центрами кронблока и бурильного инструмента, с использованием координатометра, проектира направления или проекциометра для определения величины отклонения троса.

Оптический способ применим при условии отжима промывочного раствора из бурильной колонны и устройства внизу специальной заглушки. Наблюдения за световым сигналом, опущенным в бурильную колонну, производят проектиром направления.

В инклинометрическом способе инклинометр опускают в бурильную колонну до бурильного инструмента и производят определение зенитного и азимутального углов.

Наиболее совершенным способом является звуколокационный. Используя свойства ультразвука, Ленинградский горный институт в 1967 г. изготовил звуколокационную станцию «Донецк», предназначенную для маркшейдерской съемки скважин большого диаметра и шахтных стволов, проходимых бурением. Звуколокатор «Донецк» позволяет определить размеры и формы горизонтальных сечений и локальных нарушений стенок ствола, величину и направление его искривления, а также положение секций крепи при ее возведении. Станция смонтирована на каротажном подъемнике АЭКС-1500 и состоит из пульта управления, размещенного в операторском отсеке автомашины, и измерительного снаряда, опускаемого на трехжильном каротажном кабеле KTO-1 через блок-баланс в ствол.

В период съемки измерительный снаряд на малой скорости опускают до забоя и по осциллографу наблюдают за расстояниями до стенок ствола с целью обнаружения разрушенных участков. Глубину спуска контролируют по счетчику спуско-подъемного механизма. По результатам предварительного обзора стенок ствола выбирают интервалы съемки сечений и масштаб записи. Съемку горизонтальных сечений разрушенной части ствола выполняют при подъеме снаряда с интервалом 1—2 м по глубине. Съемку сечения выполняют при остановленном на 2—20 мин снаряде в зависимости от глубины, интервала съемки и плотности промывочного раствора. Камеральная обработка включает первичную обработку эхограммы, введение масштабных поправок за погрешность аналогии и построение разреза ствола.

Для составления разреза на листе бумаги проводят ось спуска измерительного снаряда, в соответствующем масштабе откладывают от нее по горизонтам съемки расстояния до стенок ствола и отмечают точки, которые соединяют между собой. Значения расстояний берут из снятых сечений диаграммой ленты по направлению, принятому для построения разреза, с учетом масштабных поправок в измеренные расстояния. Вертикальный масштаб разреза принимают равным 1:200 или 1:500, а горизонтальный 1:20 или 1:50. На разрезе указывают положение горизонтов съемки, глубину от устья ствола до горизонтов, проектную ось ствола и его проектный контур. К разрезу прикладывают ориентированное горизонтальное сечение ствола в масштабе 1:20 или 1:50, на котором указывают направление разреза, положение центра ствола и точки спуска снаряда, если спуск производился не по центру ствола.

При возведении крепи ствола необходим систематический маркшейдерский контроль за прямолинейностью стенок. После возведения крепи она должна занимать строго вертикальное положение для стволов, оборудованных подъемом, и незначительное наклонное положение в допустимых пределах для стволов вентиляционного назначения.

При возведении крепи погружным способом производят проверку горизонтальности и эллиптичность каждого собранного кольца тюбингов. При этом разность относительных отметок верхней грани кольца не должна превышать ±10 мм, а эллиптичность не должна быть более ±10 мм. Контроль за прямолинейностью стенок крепи производят с помощью отвесов и реек. При использовании реек перед спуском днища крепи в форшахту к стенкам ее прикрепляют постоянные рейки, длина которых зависит от типа крепи и принимается на 1—1,5 M длиннее наращиваемого звена. Вертикальность постоянных реек проверяют по отвесу.

Контроль вертикальности опущенной колонны крепи на забой производят с помощью обратных отвесов, один конец которых прикрепляют к днищу крепи, а другой — к лебедке, расположенной на подвесном полке.

При секционном способе возведения крепи контроль установки секции в стволе производят проектиром направления путем определения смещения оси верхнего кольца секции от оси ствола. Перекос секции крепи измеряют с помощью прибора ВБ-1, работающего по принципу изменения уровня жидкости (ртути) в сообщающихся сосудах.

маркшейдерский рабочий

маркшейдерский отчет

маркшейдерский учет объемов вскрыши и добычи