Техника разведки Выбор и

Министерство общего и профессионального образования

ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Геологический факультет

Кафедра полезных ископаемых

и недропользования

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ ПО «ТЕХНИКЕ РАЗВЕДКИ»

№47

Руководитель: Ю.Н.Стрик

Выполнила: Ю.А.Владимирова

Воронеж 2006

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 3

ЧАСТЬ 1.БУРЕНИЕ СКВАЖИН

1.1.Выбор и обоснование способа бурения и основных параметров скважины

1.2.Выбор и обоснование проектной конструкции скважин

1.2.1.Расчет параметров многоствольной скважины 7

1.2.2.Составление ГТН

1.3.Выбор и обоснование бурового оборудования

1.4.Промывка скважины

1.4.1.Схема промывки скважины

1.4.2.Выбор промывочной жидкости

1.4.3.Очистка промывочного раствора от шлама

1.4.4.Расчет количества буровых растворов

1.5.Тампонаж скважины

1.5.1.Схема тампонирования скважины

1.5.2.Расчет количества тампонирующего раствора

1.6.Технология колонкового бурения

1.6.1.Технологические режимы бурения

1.6.2.Бурение по пласту полезного ископаемого

1.7.Ликвидация скважин

1.8.Техника безопасности

ЧАСТЬ 2.ПРОХОДКА ГОРНОРАЗВЕДОЧНЫХ ВЫРАБОТОК

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

Выработок

2.2.Выбор и обоснование способа проходки, основного оборудования

2.3.Буровзрывные работы

2.3.1.Расчет рациональной длины заходки и глубины шпуров

2.3.2.Разметка и бурение шпуров

2.3.3.Обоснование выбора и расчет требуемого количества ВВ

2.3.4.Обоснование способа и выбор средств взрывания

2.3.5.Хранение взрывчатых веществ

2.4.Вентиляция горных выработок

2.5.Уборка отработанной породы

2.6.Крепление горных выработок

2.7.Водоотлив и освещение

2.8.Ликвидация горных выработок

2.9.Техника безопасности

2.9.1. Техника безопасности при проходке разведочных вертикальных

горных выработок

2.9.2. Техника безопасности при проведении взрывных работ 50

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


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 №47

1.Подсечь 3 двуствольными скважинами кварц-гюбнеритовую жилу мощностью 35м с углом падения 65° на ЮЗ, залегающую в гранит-порфирах. Глубина подсечения 750м от устья скважины. Приращение зенитного угла 2º (выполаживание), азимутального 1º (отрицательное), интервалы замеров через 50м. Дополнительным стволом надо подсечь залежь выше точки подсечения основного ствола.

2.Пройти 3 шурфа глубиной 25м каждый.

3.Пройти 20 канав длиной 25м каждая.

Проектные геологические разрезы:

а) по стволу скважины: 0,0-5,0м- наносы, 5,0-28,0- песчаники, 28,0 и ниже гранит-порфиры с рудной жилой. В интервале 30,0-110,0 зона поглощения,

б) по шурфам: 0,0-5,0- наносы, 5,0-20,0- песчаник, 20,0-22,0- гранит-порфиры, 22,0-24,0- Кварц-гюбнеритовая руда, 24,0-25,0- гранит-порфиры,

в) по канавам: 0,0-2,5- наносы, 2,5-3,0- Кварц-гюбнеритовая руда.


1.2.1.Расчет параметров многоствольной скважины

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

Исходя из элементов залегания кварц-гюбнеритовой жилы (угол падения 650 на ЮЗ) и глубины подсечения его скважиной (750 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 650 на ЮЗ, следовательно, он равен 650 на СВ. 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 800м, 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 = D Q ( D a )/ D l ,

гдеI – 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 = L 1 + L 2 + L 3 ,

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=750+35+15=800м.

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 130м.

Таблица №1

“Средние значения зенитных и азимутальных углов по стволу скважины”

Глубина замеров

(м)

Величина зенитного угла (Ө°) Величина азимутального угла (α°)

Интервалы замеров

(м)

Величина среднего зенитного угла (Ө°) Величина среднего азимутального угла (α°)
0 6 40 0-50 7 39,5
50 8 39 50-100 9 38,5
100 10 38 100-150 11 37,5
150 12 37 150-200 13 36,5
200 14 36 200-250 15 35,5
250 16 35 250-300 17 34,5
300 18 34 300-350 19 33,5
350 20 33 350-400 21 32,5
400 22 32 400-450 23 31,5
450 24 31 450-500 25 30,5
500 26 30 500-550 27 29,5
550 28 29 550-600 29 28,5
600 30 28 600-650 31 27,5
650 32 27 650-700 33 26,5
700 34 26 700-750 35 25,5
750 36 25 750-800 37 24,5
800 38 24

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 II 5,0м 15,0м
2. Песчаники III 23,0 м 69,0 м
3. Гранит-порфир X 2,0 м 5,0 м
4. Зона поглощения X 80,0м 240,0 м
5. Гранит-порфир X 595,0м 1920,0 м
6. Кварц-гюбнеритовая руда X 35,0м 105,0м
7. Гранит-порфир X 20,0м 60,0м
По дополнительному стволу
1. Гранит-порфир X 580.0м 1740,0м
2.

Кварц-гюбнеритовая

руда

X 35,0м 105,0м
3. Гранит-порфир X 20,0м 60,0м

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:

V 1 = π /4*(( D 2 - d н 2 )* 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:

V цемента 1 = (ρ цем.р-ра - ρ воды )/ (ρцемента - ρ воды )* V 1 3 )

=(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:

V цемента 2 = (ρ цем.р-ра - ρ воды )/( ρ цемента- ρ воды )* V 2 3 )

ρцемента=3,15 г/см3 =3.15 m/м3

ρцем. 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 =60 v 0 / p Dc » 20 v 0 / 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( D 2 - d 2 ) 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 - 5,0 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 5,0 м. Производится затрубный цементный тампонаж скважины.

Интервал 5,0 - 110,0 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 110,0 м. Производится затрубный цементный тампонаж скважины.

Интервалы 110-800м.

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:

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

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

3. 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) [12].

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* D 2 * h 1 ) + ( p /4* D 2 * h 2 ) + ( p /4* D 2 * h 3 ) ,

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:

1. создания искусственных обнажений,

2. поисков и разведки полезных ископаемых.

3. При инженерно-геологических и гидрогеологических исследованиях

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

1. Капитальные – обеспечивают доступ к полезному ископаемому;

2. Подготовительные – обеспечивают подготовку месторождения к ведению очистных работ;

3. 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 20 канав длиной 25м каждая:

- 0,0-2,5- наносы

- 2,5-3,1- кварц-гюбнеритовая руда

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 (lк ) = 25м

Количество канав (nк ) = 20

Vканавы = g*b= V1 + V2 =2462, 5м3

g = 0.6*0.5*lк * nк = 150

b = (2*0, 6+2*а)/2*m*lк * nк = 2312.5

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

Страницы: 1 2 3 4