И специальности «Техника разведки» МГРИ-РГГРУ

Краткая история геологоразведочного бурения

Принято считать, что прародителем бурения скважин в горных породах было сверление отверстий в каменных бусах и в каменных молотках и топорах еще в каменном веке 10000-12000 лет назад (в английском и немецком языках сверление и бурение обозначаются одним словом Drill – сверло, сверлить, Bore – буравить, сверлить).

За 5000 лет в древнем Египте умели сверлить отверстия в блоках твердых горных пород уже явно с буровой технологией, используя медную трубку и подсыпая на «забой» крупный кварцевый песок – напоминает колонковое бурение, где песчинки играли роль резцов.

Но более-менее глубокие скважины люди начали бурить ударным способом. Около 3000 лет назад в древнем Китае ударным способом бурили скважины для добычи рассолов глубиной до 500 метров.

В древнем Риме уже бурили инженерно-геологические скважины вращательным инструментом, напоминающим ложковый бур.

В Европе в 1126 году ударным способом в провинции Артуа была пробурена первая скважина на воду, из которой стала изливаться вода (отсюда напорные водозаборные скважины стали называться Артезианскими).

В 1500 (1517) году Леонардо-да-Винчи сделал чертеж совершенного по тому времени станка для ручного вращательного бурения.

К 1590 году относится информация об отборе образцов породы при вращательном бурении скважины – прототип керна.

В России первые соляные скважины были пробурены в XI - XIII веке. Глубина скважин достигала 100 метров, а диаметр до 1 метра, закреплялись стенки скважин деревянными трубами из выдолбленных стволов деревьев. Скважины для добычи рассолов бурились в районах Усолье, Соли-Камской, Балахны. Имеется рукописное руководство, относящееся к XVI веку «Как зачать делать новая труба на новом месте, писанная Сенькиной рукой» - фактически первый учебник по бурению скважин.

К X VI веку относится применение в России ручного вращательного бурения бурами, напоминающими современный ложковый бур с отбором образцов пород (скважину называли –«труба», а бурильщика –«трубный мастер»).

В XVII веке ручное ударно-штанговое бурение в России выполнялось весьма сложными и масштабными буровыми установками высотой до 18 метров. (Рис.1). В 1687 году в Северо-Двинской губернии по реке Тотьма насчитывалось более130 солеподъемных скважин глубиной до 250 метров.

Рис. 1 Установка ручного ударно-штангового бурения в России вXVII веке

В Петровские времена в России широко использовались специалисты из Германии. От них пошел термин «борование – бурование – бурение» В эти времена ручное вращательное бурение стало широко применяться в Германии и Голландии Комплект ручного вращательного бурения Голландских мастеров показан на рис. 4.

.

Рис. 4 Комплект ручного вращательного бурения XVII века

В России в 1763 году выходит книга М.В. Ломоносова «Первые основания металлургии рудных дел», где большое внимание уделено буровому способу поисков руд.

В 1830 году в России применили колонковое бурение на соль.

В 1843 году А.И. Узатис опубликовал «Курс горного искусства», в котором дал описание техники и технологии бурения скважин того времени. В курсе были описаны как ударный, так и вращательный способы бурения.

Во второй половине XIX века большой вклад в развитие бурения скважин сделали Российские профессора Г.Д, Романовский и С, Г. Войслав

Но все же началом геологоразведочного бурения можно считать конец XIX века. В 1862 году в Альпах при проходке туннеля в твердых горных породах по предложению Швейцарского часовщика Лешо было применено первое алмазное бурение, Бурение (шпуров) велось коронкой диаметром 42 мм с крупными и очень дорогими алмазами «Карбонадо», с получением керна диаметром 31 мм станком вращательного бурения с ручным приводом. Уже в 1864 году был изготовлен станок с паровым приводом. С 1870 года стали выпускать буровые станки для алмазного бурения с паровым приводом мощностью в 5 – 7 л.с. и с частотой вращения более 360 об/мин.

В конце XIX века широкое внедрение геологоразведочного бурения – создаются станки: Сулливан с гидравлической подачей (Рис.6), станки Крелиус с рычажной подачей – практичные способные бурить скважины до 1000 метров (основные станки вплоть до 50 годов прошлого века).

В 1899 году в добавление к дорогому алмазному бурению американский инженер Дэвис предложил дробовое бурение.

В 1901 году польский инженер Вольский предложил для бурения прототип гидроударника

В 1915 году германский инженер Лемм предлагает твердосплавное бурение (твердый сплав – литой карбид вольфрама – воломит).

В России в конце XIX века началось геологоразведочное бурение на Урале, в Рудном Алтае, в Донбассе. Применялись станки Сулливан, Крелиус. В 1900 году буровой станок сконструировал русский инженер Войслав.

Основное развитие геологоразведочного бурения в России (СССР) начинается с 1923 года на Курской Магнитной аномалии – КМА, а с 1925 года начинается разведка рудных месторождений Соликамска, Нижнего Тагила, Норильска – пока зарубежными станками,

С 1929 года начинается выпуск отечественных буровых станков вращательного (колонкового) бурения КА-300, а с 1935 года и КАМ-500. Эти станки (совместно со Шведскими Крелиусами) обеспечили весь объем бурения разведочных скважин до начала 50 –х. годов.

Еще в 1940 году началась разработка шнекового бурения для взрывных скважин на угольных карьерах. Для этого на базе станка ударно-канатного бурения был

сконструирован первый станок с подвижным вращателем с приводом через вертикальный вал (Рис. 2) С. 1946 года для шнекового бурения стали выпускаться станки с подвижным вращателем с электромотором ПБС-110 (Рис. 3).

Рис. 2 Первый буровой станок шнекового бурения Рис. 3 Станок ПБС-110 Рис.

Практически сразу после окончании Великой Отечественной Войны началось бурное развитие геологоразведочной техники и технологии.

В 1947 году выпускается очень удачный буровой станок для бурения из подземных выработок с винтовой подачей ГП-1.

В 1950 году завод им. Воровского (ЗИВ) на Урале выпускает станки с рычажно-винтовой подачей ЗИВ-75 и ЗИВ-150 с самоходным вариантом СБУД-150-ЗИВ на автомашине.

В 1949 году были разработаны, а с 1953 года начался серийный выпуск простых и надежных шпиндельных буровых станков с гидравлической подачей Ленинградским заводом им. Фрунзе – ЗИФ. Выпускались 3 типоразмера: ЗИФ-300, ЗИФ-650 и ЗИФ-1200. Два из этих станков живы и по сей день (ЗИФ-650М – СКТО-650 и ЗИФ-1200МР – СКТО-1200).

Еще в 1946 году в Москве было создано ЦКБ (потом СКБ Мин. Гео. СССР), которое начало разрабатывать новую буровую технику. С 1952 года основным составом инженеров-конструкторов СКБ стали выпускники МГРИ специальности «Техника разведки» Выпускники МГРИ стали руководителями отделов, один из выпускников МГРИ много лет занимал пост главного инженера СКБ.

В 1959 году в СКБ разработан буровой станок УАБ-300 с двумя гидравлическими зажимными патронами, впервые осуществив систему «перехват» без остановки бурения, намного опередив зарубежную технику. (Рис. 4)

Рис. 4. Буровой станок УАБ-300

Хотя УАБ-300 в серию не пошел, он явился прототипом следующей серии станков с системой «перехват» В 1968 году в буровом станке СБА-500 система «перехват» была автоматизирована и стала «автоперехват» (Рис. 5)

Рис. 5 Буровой станок СБА-500

Выпускниками МГРИ были разработаны и внедрены гидроударники и фактически создано гидроударное бурение, затем были разработаны и успешно внедрены снаряды со съемным керноприемником – КССК-76 и комплекты с гидравлическим транспортом керна – КГК-100 и далее КГК-300. В отделении СКБ разработаны комплекты приборов для бурения типа КУРС-411, КУРС-613, РУМБ и другие.

В 1955 году в Ленинграде образован Всесоюзный институт техники разведки –ВИТР. В ВИТРе сразу стали разрабатывать новые буровые станки для бурения глубоких геологоразведочных скважин. Был сделан первый вариант станка для колонкового бурения скважин глубиной до 3000 метров – оригинальный шпиндельный станок с гидравлической подачей – «ВИТР-2000». (Рис. 6).

Рис. 6 Буровой станок ВИТР-2000

С участием ВИТРа и СКБ были разработаны шпиндельные буровые станки нового поколения с гидравлической подачей с элементами автоматизации серии «СКБ». Созданы УКБ(1) 12,5/25, СКБ-2 – 50/100 (сделано 2 экземпляра – 1 в музее у нас на полигоне), УКБ-3 – 200/300 (впоследствии с производства сняты из-за конструктивных недостатков), СКБ-4, СКБ-5, СКБ-6 ( СКБ-6 в серию не пошел), СКБ-7 и СКБ-8. В ВИТРЕ разработаны конструкции и организовано производство улучшеных алмазных буровых коронок, разработаны и внедрены комплекты снарядов со съемным керноприем- ником ССК-46, ССК-59 и ССК-76.

В начале 90-ых годов ВИТР-ом разработаны конструкции современных буровых станков с подвижным вращателем АВ-2 и АВ-5 и автоматизированный и роботоризированный буровой комплекс РБК-4.К сожалению серийного производства этих станков так и не было организовано.

В сентябре 1918 года была создана Московская Горная Академия, в которой был геолоразведочный факультет, официально считающийся родоначальником нашего Университета. В 1930 году из МГА выделился новый, единственный в сроем роде, Московский ГеологоРазведочный Институт – МГРИ,Таким образом, наш университет имеет два дня рождения – 1918 год и 1030 год

С 1931 по 1941 г. техническими вопросами геологоразведки занималась кафедра «Разведочного дела» под руководством В.М.Крейтора. В это время на кафедре работали основоположники разведочного бурения Б.И.Воздвиженский, Н.И.Куличихин, С.А.Волков и другие.

В 1946 году из кафедры разведочного дела выделилась кафедра «Техники разведки».

С 1947 года в МГРИ была (впервые в стране) организована специальность «Техника разведки», (с 1948 года такая специальность создана также в Ленинградском горном, Свердловском горном и в Днепропетровском политехническом институтах),

Только из первых четырех выпусков РТ МГРИ стало 10 докторов наук по технике разведки, один министр геологии СССР, один зам. министра, 3 начальника территориальных геологических управлений.

В 1951 году из кафедры Техники разведки было создано две кафедры: кафедра горного дела во главе с Н.И. Куличихиным и кафедра разведочного бурения,возглавленнаяБ.И.Воздвиженским(с 2009 года «Кафедра бурения скважин, с 2011 года «Современных технологий бурения скважин» ). Фактически, со времени начала подготовки специалистов по разведочному бурению преподаватели, аспиранты и научные сотрудники кафедры постоянно за­нимались научно-исследовательскими, конструкторскими и внедренческими работами в области со­вершенствования технологии и техники разведочного бурения. Сотрудники кафедры внесли существенный вклад во внедрение и совершенствование алмазного бурения, бурения с эмульсионными промывочными жидкостями и с пеной, в разработку технологий получения кондиционного керна, в задачи оптимизации разведочного бурения, кафедра была инициатором создания и внедрения в нашей стране снарядов со съемными керноприемниками – КССК. Преподаватели кафедры разрабатывали вопросы бурения геотехнологических скважин, проблемы морского бурения, бурения из подземных горных выработок, отдельные вопросы бурения и оборудования гидрогеологических скважин и многие другие.

Совместно с отраслевой лабораторией по оптимизации процесса бурения геологоразведочных скважин, (действовавшей на Сергиево-Посадском полигоне МГРИ) преподаватели и аспиранты кафедры разрабатывали задачи оптимизации бурения разведочных скважин.

Рекомендуемая литература:Обязательно прочитайте!

В.Е. КопыловБурение? Интересно! Москва «Недра» 1981

Б.И. Воздвиженский, Б.М. РебрикВ глубь земли. Москва «Недра» 1089

В 2 010 году на Сергиево-Посадском полигоне МСГРИ-РГГРУ кафедрой современных технологий бурения скважин создан учебно-исторический музей техники геологоразведочных работ. Сайт музея приведен далее.