«Водоснабжение: современная практика бурения и устройства колодцев»

Грунтовые буры (рис. 50, 51 и 56) по действию аналогичны тем, что используются для сверления дерева, но отличаются по форме и конструкции. Обычный земляной бур (рис. 50) имеет длину 3 фута, причем нижние две трети цилиндрические. Дно частично закрыто кромками, а с одной стороны имеется отверстие для приема мягкого или раздробленного материала. Буры используются только для проходки мягких пород, глины и песка; их форма варьируется в зависимости от характера проходимых пластов: открытая и цилиндрическая для глин, обладающих определенной степенью связности, коническая и иногда закрытая — в плывунах. Буры иногда изготавливают длиной до 10 футов, и они очень эффективны, если пласты достаточно мягкие, чтобы позволить их использование. Желонка изготавливается длиной от 3 до 3,5 футов, почти такой же формы, как обычный бур, иногда закрытая до самого дна (рис. 56) или с носком бура (рис. 51); в любом случае внутри помещен клапан для удержания шлама мягкой природы или предотвращения его вымывания в мокрой скважине. Рис. 59 показывает крюк для извлечения камней, а рис. 58 — шнековый бур.

Рис. 57–59.

Рис. 60.

«Воронья лапа» (рис. 55) используется, когда буровые штанги сломались в скважине, для извлечения той части, которая осталась в отверстии; она имеет ту же длину и ту же ширину у основания, что и долота. Когда штанги сломались, часть выше излома вынимают из скважины, а «воронью лапу» навинчивают вместо сломанной части; когда ее опускают на сломанную штангу, осторожным вращением заставляют «лапу» захватить сломанную часть с достаточной силой, чтобы позволить извлечь часть ниже излома из скважины. Грубый способ — прикрепить металлическое кольцо к канату и опустить его на сломанную штангу, когда штанга наклоняет кольцо, что дает ему значительный захват; это часто бывает очень успешно. Рис. 57 — это червяк, используемый для той же цели. Колокольный ловитель (рис. 60) часто используется для извлечения сломанных штанг; он имеет две собачки, закрепленные в верхней части корпуса, которые поднимаются и позволяют концу штанги пройти, когда ловитель опускается, но при подъеме собачки падают и прочно захватывают штангу. Спиральный угловой червяк, аналогичный рис. 57, также применяется для извлечения труб.

Рис. 61, 62.

Из этих извлекающих инструментов «воронья лапа» является самым надежным и лучшим, так как ее можно использовать без того интеллектуального надзора и осторожности, которые абсолютно необходимы при работе с червяками, крюками или колокольным ловителем.

Рис. 63.

Рис. 64, 65.

Буровые штанги (рис. 61, 62) имеют длину 3, 6, 10, 15 или 20 футов, изготовлены из кованого железа, предпочтительно шведского, и имеют различную степень прочности в зависимости от глубины скважины, для которой они требуются; обычно они имеют квадратное сечение 1 дюйм: на одном конце находится наружная, а на другом — внутренняя резьба для их соединения. Резьба должна иметь не менее шести витков. Одна из сторон внутренней резьбы часто трескается и позволяет наружной резьбе выскочить, оставляя штанги в скважине. Также из-за постоянного износа резьба может настолько износиться, что станет склонной к проскальзыванию. Обычные штанги, будучи наиболее подверженными авариям, должны тщательно осматриваться каждый раз, когда их вынимают из скважины, так как незамеченная неисправность может вызвать много неудобств и даже потерю скважины. В дополнение к обычным штангам существуют короткие отрезки длиной от 6 дюймов до 2 футов, которые крепятся сверху по мере необходимости для регулировки штанг на удобной высоте.

Рис. 66.

Рис. 63 — ручной захват; рис. 64 и 65 — подъемный захват; рис. 66 — рули или рукоятки, с помощью которых рабочие придают вращательное движение инструментам. Рули зажимаются на самой верхней буровой штанге на удобной для работы высоте. Рис. 61 — верхняя штанга с серьгой. Рис. 67 — пружинный крюк. При использовании его следует часто осматривать и поддерживать в исправном состоянии.

Рис. 67.

Обсадные трубы используются для предотвращения обрушения скважины из-за бокового набухания глинистых пластов или при прохождении через плывуны. Трубы обычно железные, хорошего качества, мягкие, легко гнущиеся и способные выдержать вмятину без разрушения. Трубы низкого качества вызывают серьезные и дорогостоящие аварии, которые часто неисправимы, так как одна плохая труба может поставить под угрозу успех всего бурения.

Рекомендуются трубы из кованого железа с резьбовыми соединениями встык (рис. 68), но они поставляются также паяными (рис. 69) или клепаными (рис. 70) и могут быть оснащены стальными забивными кольцами и башмаками. Постоянно применяются чугунные трубы; они должны иметь проточенные концы с кольцами из кованого железа и винтами с потайной головкой.

Использовались холоднотянутые трубы из кованого железа, они очень эффективны и легко применяются, но их относительно высокая стоимость ограничивает их применение.

Рис. 68–71.

Рис. 71 показывает штифтовой блок, который используется для подвешивания труб как при их опускании, так и при подъеме. Он состоит из блока, подогнанного под внутренний диаметр конца трубы, и прикрепленного к штангам обычным способом. В боковой части блока закреплен железный штифт для вставки в паз, подобный байонетному соединению, вырезанный в конце трубы, чтобы ее можно было таким образом подвесить. Рис. 72–74 показывают различные формы пружинных захватов, а рис. 75 — трубный захват для той же цели. Иногда для подъема и опускания труб используется коническая пробка с резьбой, нарезанной снаружи для самозатягивания в верхнем конце трубы. Рис. 76 и 77 — это трубные хомуты, а рис. 78 — клещи для свинчивания труб. Рис. 79 — обычная форма бадьи проходчика.

Рис. 72–79.

Рис. 80 — это наголовник для труб, используемый для забивания обсадных труб; на рисунке он показан в положении, готовом к забиванию.

Когда выступ в скважине препятствует движению обсадных труб вниз, скважину можно расширить ниже труб с помощью расширителя (рис. 81). Он состоит из железного стержня, к которому приболчены две тонкие полосы, выгнутые в форме рейсфедера. Расширитель навинчивается на буровые штанги и проталкивается через трубы; когда он оказывается ниже последнего звена трубы, расширитель раскрывается, и его можно вращать, что приводит к соскабливанию стенок и расширению той части скважины, которая подвергается его воздействию. Рис. 82 — это усовершенствованная форма расширителя, называемая расширяющей пружиной. Видно, что этот инструмент намного прочнее обычного расширителя, поскольку стержень проходит через всю его длину, что делает соскабливающее действие дуг очень эффективным, в то время как паз у основания дуг позволяет вводить его в трубу и извлекать из нее.

Рис. 80, 81.

Рис. 82.

В Англии для небольших работ весь буровой аппарат часто располагается, как на рис. 83, причем инструмент закреплен на конце штанг из кованого железа, а не на конце каната, как в китайском методе. Обращаясь к рис. 83: A — буровой инструмент; B — штанга, к которой прикреплен инструмент; D D — рычаги, с помощью которых рабочие E E придают инструменту круговое или вращательное движение; F — цепь для прикрепления бурового аппарата к шесту G, который закреплен в H, и с его помощью рабочий в I передает вертикальное движение буровому инструменту.

Рис. 83.

Копры, изготовленные из прочных норвежских брусьев диаметром не менее 8 дюймов в основании, устанавливаются над скважиной для поддержки талей K K для подъема штанг из скважины или опускания их в нее, когда целесообразно очистить скважину или заменить долото. Очевидно, что чем чаще необходимо разъединять соединения при подъеме и опускании штанг, тем больше времени будет затрачено на смену долот или на каждую очистку скважины, и по мере увеличения глубины скважины операция будет становиться все более утомительной. Поэтому становится очень важным, чтобы штанги поднимались и опускались как можно быстрее, и для достижения этой цели при каждом подъеме следует вынимать как можно более длинные отрезки. Длина подъема или «отбора», как его называют, полностью зависит от высоты подъемных талей над устьем скважины, поэтому длина копров для скважины любой значительной глубины должна быть не менее 30–40 футов; и они обычно стоят над небольшой ямой или поверхностным колодцем, который может быть пройден, если глина или гравий сухие, на глубину 20 или 30 футов. Со дна этой ямы можно начинать бурение скважины, и здесь будет находиться рабочий, который отвечает за скважину во время работы со штангами.

Рис. 84.

Установка, рис. 84, предназначена для глубокого или сложного бурения. Сооружаются строительные леса, на которых строится платформа. Буровое долото A, как и в предыдущем случае, соединяется с помощью винтовых муфт с буровыми штангами B. При каждом ударе два рабочих, стоящие в E E, слегка поворачивают штангу с помощью руля D D. Канат F, прикрепленный к буровому инструменту, несколько раз обернут вокруг барабана ворота G, причем конец каната удерживается рабочим в I. Когда рукоятки вращаются рабочими в L L, рабочий в I тянет за конец каната, трения между канатом и барабаном ворота достаточно, чтобы поднять штанги и буровой инструмент, но как только инструмент поднят на нужную высоту, рабочий в I ослабляет хватку на канате, и, поскольку трения на барабане недостаточно для удержания веса буровых инструментов, они падают. Повторением этой операции скважина бурится, и после того, как она продолжалась достаточное время, руль отвинчивается, подъемный захват, прикрепленный к канату от ворота, надевается на верх штанг, а затем навинчивается короткая верхняя штанга с серьгой. Два рабочих у ворота поднимают штанги настолько, насколько позволяет высота лесов или копров, когда рабочий в E (рис. 84), пропуская ручной захват или ключ на верх штанги под самым нижним соединением, поднятым над устьем скважины, принимает вес штанг на это соединение, при этом рабочие в L опускают штанги для этой цели; другим ключом штанги отвинчиваются в этом соединении, канат снова опускается, подъемный захват надевается на штангу, навинчивается другая верхняя штанга, штанги поднимаются, и процесс продолжается до тех пор, пока долото не будет извлечено из скважины и заменено другим или, при необходимости, заменено каким-либо другим инструментом.

Когда предпринимается глубокое бурение непосредственно с поверхности, операцию лучше всего проводить с помощью буровой вышки, такой как показана на фронтисписе. Она состоит из каркаса из деревянных балок, на котором установлены четыре стойки высотой 27 футов, толщиной 9 дюймов на 1 фут, расположенные на расстоянии 3 футов 8 дюймов друг от друга внизу и 1 фут 2 дюйма вверху, как видно на переднем и заднем видах. Стойки связаны поперечинами, на которых вырезаны плечики, входящие в пазы, и закреплены деревянными клиньями; стойки увенчаны двумя головными балками длиной 5 футов, врезанными и подогнанными. На головных балках в подшипниках установлены два независимых чугунных направляющих шкива; через эти шкивы перекинуты концы двух канатов, наматывающихся в противоположных направлениях на барабан ворота, приводимого в движение зубчатой передачей и имеющего храповой стопор, прикрепленный к паре диагональных брусьев, соединенных с левыми ногами или стойками вышки возле земли. Эти канаты используются для подъема или опускания звеньев буровой штанги.

На восемь футов ниже подшипников верхних шкивов поперек рамы закреплена пара горизонтальных траверс, поддерживающих меньшие шкивы, установленные на чугунной раме, которая способна перемещаться между горизонтальными деревянными направляющими. Через эти шкивы перекинут канат от простого ворота, закрепленного на правых ногах рамы, который используется для подъема или опускания желонки для извлечения шлама или мусора из скважины.

Рычаг длиной 15 футов и сечением 9 на 6 дюймов поддерживается независимой деревянной рамой. Он имеет чугунный колпак, закрепленный с помощью двух железных хомутов, отлитых с проушинами, через которые пропущены болты, затягиваемые гайками обычным способом. Опорные пальцы в a имеют диаметр 1,5 дюйма и также являются частью нижнего хомута. На колпаке находится железный крюк, к нему прикреплена цепь, несущая пружинный крюк, который держит верхнюю серьгу штанг. Устье скважины окружено деревянной трубой диаметром 1 фут и снабжено шарнирным клапаном, действие которого аналогично действию клапана-хлопушки; в центре имеется отверстие для свободного прохождения штанг вверх и вниз. Клапан позволяет вводить и извлекать инструменты и в то же время предотвращает попадание чего-либо сверху в скважину.

Рис. 85.

Изображение большего размера (135 кБ)

Рычаг приводится в действие давлением на его внешний конец, и поскольку отношение длинного плеча к короткому составляет 4 к 1, опускание на 2 фута в одном случае дает подъем на 6 дюймов в другом — это минимальный диапазон действия, максимальный составляет 26 дюймов.

С буровой вышкой буровые инструменты работают так же, как и в предыдущих установках (рис. 83, 84); но ее портативность, компактность и приспособленность средств к требуемой цели делают ее использование желательным везде, где это возможно.

Рис. 86.

Когда в процессе работы обнаруживается, что бур не опускается на ту глубину, с которой он был извлечен, после пробного бурения, как правило, потребуется установка труб. Скважину следует расширить с поверхности или, если она не очень глубокая, начать заново с поверхности большим буром и пройти почти на ту же глубину; затем первое звено трубы забивается в скважину, и когда это выполнено, в его верхний конец ввинчивается другая труба, имеющая такие же размеры, как первая, и забивание повторяется, и так далее, пока не будет использовано достаточное количество труб, чтобы достичь дна скважины. Если теперь через эти трубы ввести обычный бур, он получит свободный доступ к глине или песку, и после того, как будет пробурено еще несколько футов, можно навинтить еще одну трубу и продвинуть всю колонну дальше вниз. Таким образом можно пробурить от 10 до 20 футов мягкого пласта. Если толщина поверхностной глины или песка значительна, упомянутый здесь метод не будет эффективным, так как трение труб, вызванное давлением пластов, будет настолько велико, что, возможно, удастся забить не более 80 или 100 футов без повреждения труб. Тогда необходимо будет пройти первую часть скважины большим буром и забить трубы большего диаметра; скважину продолжают меньшим диаметром и крепят меньшими трубами, выступающими за пределы больших труб, как на рис. 85, до тех пор, пока необходимость в их использовании не отпадет. Очевидно, что для обеспечения успеха обсадные трубы, из чего бы они ни были сделаны, должны быть как можно более цилиндрическими, прямыми и иметь гладкую поверхность как снаружи, так и внутри. Также очевидно, что при соединении кусков труб толщина должна иметь надлежащую пропорцию к требуемой работе и силе, которая, вероятно, будет использована при их свинчивании или забивании. Трубы из кованого железа при забивании должны обрабатываться осторожно, с помощью кольца из кованого железа высотой от 1,5 до 2 дюймов и толщиной 0,75 дюйма, формы, показанной на рис. 86; или забиваться с помощью наголовника, такого как на рис. 80. Кольцо или наголовник навинчивается на самую нижнюю буровую штангу и работает с той же скоростью и таким же образом, как долото, при должном внимании к глубине, на которой производится забивание, так как вес буровых штанг существенно повлияет на силу наносимого удара. Чугунные трубы можно сильно забивать «бабой». Чтобы быстро извлечь сломанные или дефектные трубы, два крюка, прикрепленные к канатам, опускаются с противоположных сторон скважины, цепляются за край самой нижней трубы, и применяется сила для вытягивания труб целиком.

Рис. 87–91 показывают хорошие методы формирования соединений труб как из чугуна, так и из кованого железа, когда они не на резьбе.

Рис. 87–91.

П. С. Рид, английский горный инженер, приводит следующий пример замены дефектных труб в скважине, которая была доведена до глубины 582,5 фута, но которая из-за обстоятельств, которые было трудно определить, стала очень дорогой и продвигалась медленно.

582,5 фута были пробурены полностью вручную; но Рид рекомендовал установку конного ворота, в котором мощность передавалась на 40-дюймовый барабан, помещенный на вертикальной оси, рычаги которого позволяли использовать двух лошадей, а при желании и людей, причем выигрыш в силе составлял один к десяти в начальной точке для лошадей.

На вертикальный барабан была прикреплена двухконцевая цепь, которая работала через копры, установленные непосредственно над скважиной, чтобы достичь отбора для штанг в 60 футов, и так, чтобы в процессе подъема или опускания один конец цепи всегда мог находиться внизу, готовый к прикреплению, и максимально ускорить работу.

После того как эти приготовления были сделаны, вскоре обнаружилось, что в трубах, вставленных на глубину 109 футов, есть дефект, и дефект был настолько серьезным, что позволял песку опускаться и снова подниматься вместе с буровыми инструментами, что делало очень трудным определить, в каких пластах они действительно находятся; это усилилось до такой степени, что вызвало заиливание скважины за одну ночь на 180 футов, и на ее повторную очистку ушло почти две недели.

При тщательном изучении этого дефекта выяснилось, что вода поднялась в скважине на глубину 74 фута от поверхности; и что в этой точке она была примерно на уровне отметки высокого уровня воды на реке Тис, находящейся примерно в двух милях, с которой она, несомненно, была связана через проницаемые пласты, простирающиеся от песчаных слоев на глубине 100 футов.

При начале бурения движение штанг в скважине вызывало вибрацию воды в диапазоне 40 футов в нижней части труб и настолько потревожило спокойный песок, что он начал просачиваться через дефекты в нижнем конце труб.

Эти трубы были изготовлены из оцинкованных железных листов, склепанных вместе и спаянных; в верхней части скважины они располагались в три концентрических круга, которые были последовательно ввинчены и пробиты вниз, пока не встретили препятствие в трех разных местах. Как только внешний круг достиг первой глубины, у тех, кто бурил раннюю часть работы, по-видимому, исчезла всякая надежда продвинуть трубу дальше; поэтому была вставлена вторая труба, которая, по-видимому, продвинулась до второго препятствия, где она, в свою очередь, была брошена; и третья продвигалась до тех пор, пока не уперлась в пласты в нижней части синего лиасового песчаника, как это было обнаружено на скалах в Ситон-Кэрью и в русле реки Левен, недалеко от Хаттон-Радби. Диаметр первой трубы был 3,875 дюйма наружный и 3,5 дюйма внутренний; вторая труба имела 3,25 дюйма наружный и 3 дюйма внутренний диаметр; а третья труба была 2,75 дюйма наружный и 2,5 дюйма внутренний диаметр.

Таков был отчет, собранный у рабочих, которые руководили ранней частью бурения, и стало необходимо принять решение о лучшем способе устранения зла. На первый взгляд казалось достаточно легко захватить нижний конец труб с помощью правильно сконструированной «рыбьей головы» и таким образом вытащить их из скважины и заменить идеальной трубой, такой как газовая труба с раструбными винтовыми соединениями; но при попытке сделать это вскоре стало очевидно, что, какими бы хорошими ни были принятые трубы, их было бы крайне трудно извлечь, когда они уже были прочно зафиксированы и заклинены в своем положении окружающими их плотными глинистыми пластами; и трудность их извлечения в данном случае была даже усугублена низким качеством и изготовлением труб; короче говоря, если только не скомкать их таким образом, чтобы разрушить скважину, извлечь эти трубы грубой силой было невозможно.

Поэтому не оставалось иного выбора, кроме как попытаться вырезать их дюйм за дюймом; хотя перед этим к нижней части труб была приложена сила до 30 с лишним тонн, единственным результатом была потеря нескольких кусков стали в скважине, которые пришлось доставать мощным магнитом.

После долгих размышлений и изобретений было решено заказать такие трубы, которые в то же время представляли бы как можно меньше препятствий для глины, через которую нужно было пройти снаружи, а также окружали бы самую большую из трех труб, находившихся тогда в скважине, и не представляли бы препятствий для их извлечения через внутреннюю часть.

Эти трубы были изготовлены длиной 12 футов, гладкие снаружи и внутри, нижняя часть была стальной на 6 дюймов от нижнего конца, чтобы прорезать себе путь и следовать вниз, покрывая пространство, обнаженное старыми трубами при их разрезании и вытягивании, как показано на рис. 92.

Чтобы начать операции и избежать попадания слишком большого количества глины на дно скважины, в лиасовой части скважины была прочно закреплена соломенная пробка. Затем нижняя часть новых труб была навинчена вокруг старых с помощью мощных хомутов, прикрепленных к внешней стороне таким образом, чтобы не повредить поверхность; и когда их нельзя было завинтить дальше, внутрь старых труб был введен нож или резец (рис. 92–94). Потребовалось некоторое усилие, чтобы опустить этот нож в трубы, но пружина a, подавшись, чтобы приспособиться к скважине, позволила ему опуститься на нужное расстояние; после этого его повернули так, что стальной резец, показанный в b, будучи прижат к стенкам трубы, разрезал ее в течение десяти минут или четверти часа вращения. См. разрез в b, c, рис. 93.

Рис. 92-94.

Увеличенное изображение (125 кБ)

Поскольку старые трубы были трехслойными, для их вырезания потребовалось три таких ножа или резца; сначала отсоединялась внутренняя труба, а затем две внешние. Как только последние были вырезаны на глубину, на которую они были загнаны в глину, работа упростилась до продвижения вниз по внутренней обсадке с помощью новых труб, как показано пунктирными линиями. Из отметок d в нижней части стало ясно, что старая внутренняя труба была настолько повреждена или разорвана при установке или забивании, что образовалось отверстие или трещина, через которую проникал песок, что портило всю работу и препятствовало дальнейшему успеху бурения, не говоря уже об огромных затратах на извлечение песка и последующем тяжелейшем труде по исправлению скважины.

Бурение было возобновлено после примерно месяца работы по извлечению старых обсадных труб, при этом новые трубы были надежно закреплены в лейасовой формации на глубине 112 футов от поверхности. Впоследствии скважина была пробурена до глубины 710 футов в формации нового красного песчаника со скоростью около 3 футов за двенадцать часов, при этом скважина была оставлена такой, чтобы при необходимости ее можно было расширить до 4 дюймов в диаметре. Рис. 92 показывает действие ножа и пружинного резца при опускании в обсадную трубу, готовых к началу резания. На нем также показан нижний конец новой обсадной трубы, охватывающий остальные в начале работы. Соединения новых труб выполнялись с помощью полунахлесточного винтового соединения. Рис. 94 представляет собой вид сзади ножа или резца b. Рис. 93 показывает действие пружины и резца, когда прорезана необходимая длина и все готово к подъему; положение трубы поддерживается вертикальным, или почти вертикальным, с помощью шара или утолщения на штангах в точке K, а нижний конец трубы поддерживается выступающим стальным резцом в точке b; пунктирные линии от d показывают положение новой трубы со стальным наконечником, когда она ввинчена и готова к следующей операции. При дальнейшем бурении после удаления труб вокруг штанг внутри новой трубы использовались три деревянных блока для поддержания их вертикального положения.

В некоторых случаях необходимо расширять отверстия ниже острого края обсадной трубы, чтобы обеспечить ее дальнейшее опускание. Это выполняется с помощью риммера (рис. 81 и 82) и является операцией, требующей большой осторожности и внимания.

Для сокращения простоев при извлечении шлама была внедрена система Фовеля, но в настоящее время она очень мало применяется на континенте и совсем не используется в Великобритании. Принципы, на которых она основывалась, заключались в следующем: во-первых, вращательное движение инструмента происходило исключительно за счет сопротивления, которое канат оказывал при попытке скручивания, и поэтому пределы применения системы ограничивались условиями безопасного воздействия на инструмент; во-вторых, нагнетание потока воды, спускаемого через центральную трубу, должно было вымывать шлам, образующийся при работе режущего инструмента на забое. Трудности, связанные с удалением шлама, были значительными, и хотя система Фовеля работала довольно хорошо при неглубоком бурении, при применении в больших масштабах она оказалась настолько невыгодной, что от нее в целом отказались. Количество воды, необходимое для очистки бурового инструмента, является серьезным возражением против внедрения этой системы, особенно учитывая, что в большинстве случаев артезианские скважины бурятся в местах, лишенных преимущества обильного водоснабжения.

При обычном способе бурения скважин возникают бесчисленные поломки и задержки, когда бурение требуется вести на глубину более 200 или 300 футов, что обусловлено изгибом штанг, кристаллизацией железа из-за постоянных ударов и, в особенности, увеличением веса штанг по мере углубления скважины. Из этого следует, что при очень глубокой проходке возникают значительные трудности с передачей удара инструмента из-за вибрации, возникающей в длинной штанге, или из-за скручивания; по той же причине существует опасность неравномерного нанесения ударов по забою. Были предприняты попытки устранить эту трудность, но без особого успеха, путем использования полых штанг, имеющих большее сечение, чем это было абсолютно необходимо для конкретного случая, чтобы увеличить их поперечное сопротивление ударам, вызывающим вибрацию.

Бурение обычно выполняется по контракту. Приблизительная средняя стоимость в Англии может быть принята за 1 шиллинг 3 пенса за фут для первых 30 футов; 2 шиллинга 6 пенсов за фут для вторых 30 футов; и далее в арифметической прогрессии, увеличиваясь на 1 шиллинг 3 пенса за фут на каждые дополнительные 30 футов глубины. Это не включает стоимость обсадных труб, транспортировки оборудования и инструментов, профессионального надзора или работы в породах необычной твердости, таких как твердый известняк и винштон. В контракт обычно включается пункт о том, что если в ходе работы встречаются непредвиденные трудности, то они оплачиваются посуточно по заранее определенной ставке до тех пор, пока трудность не будет преодолена.

ГЛАВА V. АМЕРИКАНСКАЯ ТРУБЧАТАЯ СКВАЖИНА.

Эта скважина состоит из полой трубы из кованого железа диаметром около 1 3/4 дюйма, состоящей из любого количества секций длиной от 3 до 11 футов, в зависимости от требуемой глубины. Вода поступает в трубу через ряд отверстий, которые проходят по нижней секции на высоту 2 1/2 фута от дна.

После выбора места для скважины в земле с помощью лома делается вертикальное отверстие на удобную глубину; труба скважины a, с предварительно закрепленными на ней хомутом d, бабой c и блоками b (рис. 95), вставляется в это отверстие.

Затем хомут плотно привинчивается к трубе на расстоянии от 18 дюймов до 2 футов от земли, в зависимости от того, сложный грунт или легкий; каждый болт затягивается равномерно, чтобы не оставить вмятин на трубе.

Затем блоки закрепляются на трубе на высоте около 6 или 7 футов от земли, после того как канаты от бабы были пропущены через них.

Рис. 95.

Баба поднимается двумя рабочими, тянущими канаты под одним и тем же углом. Они должны стоять точно друг напротив друга и работать вместе, чтобы поддерживать трубу строго вертикально и предотвращать ее раскачивание во время забивания. Если труба имеет склонность наклоняться в одну сторону, к ее верхней части следует привязать канат и держать его натянутым с противоположной стороны, чтобы постепенно вернуть трубу в вертикальное положение. Когда рабочие поднимают бабу на несколько дюймов до блоков, они внезапно разжимают руки, ослабляя канаты и позволяя бабе упасть всей своей тяжестью на хомут. Баба придерживается третьим рабочим, который также помогает направлять ее вниз при каждом падении. Этот же рабочий время от времени с помощью трубного ключа поворачивает трубу в земле, что облегчает процесс забивания, особенно когда наконечник сталкивается с камнями.

Необходимо уделять особое внимание хомуту, следя за тем, чтобы он не смещался по трубе; при первых признаках проскальзывания болты должны быть подтянуты.

Когда хомут забит до уровня земли, бабу приподнимают, винты хомута ослабляют, и хомут снова привинчивают к трубе на расстоянии около 18 дюймов или 2 футов от земли. После этого бабу опускают на него, а блоки поднимают до тех пор, пока они снова не окажутся на высоте 6 или 7 футов от земли.

Забивание продолжается до тех пор, пока над землей не останется всего 5 или 6 дюймов трубы скважины, после чего хомут, баба и блоки снимаются, а к трубе, находящейся в земле, привинчивается дополнительная секция. Это делается путем предварительного навинчивания муфты на трубу в земле, а затем ввинчивания следующей секции трубы в муфту до упора в нижнюю трубу; перед ввинчиванием концов труб в муфту на резьбу необходимо нанести немного белил.

Забивание можно продолжать до тех пор, пока скважина не достигнет желаемой глубины. Вскоре после добавления очередной секции верхнюю часть следует немного повернуть трубным ключом, чтобы подтянуть соединения, которые имеют тенденцию ослабевать из-за ударов бабы. Следует соблюдать осторожность, чтобы, достигнув водоносного пласта, не пройти его насквозь в стремлении получить большой приток. Время от времени, и всегда перед привинчиванием дополнительной секции трубы, скважину следует промерять с помощью небольшого грузила на леске, чтобы определить уровень воды, если она есть, и характер грунта, проникшего через отверстия, просверленные в нижней части трубы скважины. Как только станет ясно, что скважина забита на достаточную глубину, на верхнюю часть навинчивается насос и вода откачивается. Обычно бывает так, что вода сначала мутная и поступает в небольших количествах; но после некоторого времени откачки, по мере того как камера вокруг дна скважины расширяется, количество воды увеличивается, а сама вода становится чище.

При проходке в гравии или глине дно трубы скважины может заполниться материалом, проникающим через отверстия; и прежде чем можно будет получить приток воды, это скопление необходимо удалить с помощью очистных труб.

Очистные трубы имеют небольшой диаметр, 1/2 дюйма снаружи, и отдельные секции соединяются друг с другом так же, как и трубы скважины, с помощью муфт, навинчивающихся на прилегающие концы двух труб.

Для очистки скважины одна очистная труба за другой опускается в скважину, пока нижний конец не коснется скопления; трубы нужно держать осторожно, так как если одна из них упадет в скважину, ее невозможно будет достать, не извлекая всю скважину. Затем к верхней очистной трубе с помощью переходной муфты присоединяется насос; нижний конец очистной трубы приподнимается и удерживается примерно на дюйм над скоплением с помощью трубного ключа: затем в скважину снаружи очистной трубы заливается вода, которая, выкачиваясь через очистную трубу, выносит с собой верхнюю часть скопления; очистная труба постепенно опускается, и откачка продолжается до тех пор, пока весь материал внутри трубы скважины не будет удален. Затем насос снимается с очистной трубы, очистные трубы извлекаются по частям, и, наконец, насос привинчивается к верхнему концу трубчатой скважины (рис. 96), которая после этого готова к работе.

Рис. 96.

Труба очень мала и сама по себе может содержать лишь ограниченный запас воды, который исчерпывается несколькими ходами насоса; поэтому условием, при котором эти трубчатые скважины могут быть эффективными, является наличие свободного притока воды снаружи через отверстия в нижний конец трубы. Когда пласт, в котором находится вода, очень пористый, как в случае с гравием и некоторыми видами мела, вода течет свободно; и в таких местах был получен приток такой же большой и быстрый, какой мог поднять насос, то есть 600 галлонов в час. В некоторых других грунтах, таких как песчаный суглинок, приток сам по себе может быть недостаточно быстрым для питания насоса; в таких случаях эффект постоянной откачки заключается в том, чтобы вместе с водой со дна поднимается много глины и песка, постепенно образуя своего рода резервуар вокруг основания трубы, в котором вода накапливается, когда насос не работает, как это бывает в обычном колодце. Однако в плотных глинах, имеющих вязкий характер, американская трубчатая скважина неприменима, так как мелкие отверстия забиваются, и вода не поступает в трубу. Когда пласт, достигнутый при забивании, представляет собой плывун, количество песка, выносимого с водой, будет настолько велико, что придется откачать значительный объем, прежде чем вода пойдет чистой; и даже в некоторых местах, когда плывун имеет большую протяженность, эффект откачки может привести к повреждению фундаментов соседних зданий на поверхности земли.

Трубчатая скважина сама по себе не может быть забита через скальную породу, хотя ее можно использовать для забора воды из подстилающего пласта через отверстие, пробуренное в скале для ее размещения.

При соблюдении этих условий такие трубчатые скважины обеспечивают простой и экономичный способ подъема воды на поверхность с глубины, не превышающей 27 или 28 футов.

ГЛАВА VI. БУРЕНИЕ СКВАЖИН НА БОЛЬШИЕ ГЛУБИНЫ.

Первой скважиной большой глубины, которая была выполнена и послужила поводом для принятия инструментов, привлекших внимание общественности к искусству бурения скважин, была скважина для города Парижа, выполненная Мюло на скотобойне Гренель. Она была начата в 1832 году; и после более чем восьми лет непрерывного труда, 26 февраля 1842 года вода поднялась с общей глубины 1798 футов. Вслед за этим на континенте было пробурено много скважин в надежде достичь соляных источников, так часто встречающихся в Рейнских провинциях, или источников, предназначенных для снабжения городов, которые даже глубже скважины в Гренеле, достигая в некоторых случаях необычайной глубины в 2800 футов; но все они, подобно скважине в Гренеле, имеют малый диаметр. Однако при их строительстве немецкие инженеры внесли некоторые важные модификации в используемые инструменты; и, среди прочих изобретений, Эйенхаузен придал скользящее движение ударной части инструмента, используемого для измельчения породы, чтобы он всегда падал с определенного расстояния; и таким образом, создавая равномерное воздействие на породу на забое, он избегал сотрясения инструментов. Кинд также начал применять свою систему при разработке крупных выработок для добычи угля. В то время, когда искусство находилось в таком состоянии, и когда он уже выполнил некоторые очень важные работы в Германии, Бельгии, на севере Франции, в Крезо и Серене, Муниципальный совет Парижа решил доверить ему выполнение новой скважины, которую они собирались бурить в Пасси.

При бурении скважины в Пасси вес бурового снаряда (трепана) для измельчения породы составлял около 1 тонны 16 центнеров (1800 кг): высота его падения составляла около 60 сантиметров; а его диаметр был 3 фута 3 7/16 дюйма (1 метр). Штанги были дубовыми, около 8 дюймов в поперечнике, и размеры режущего инструмента были ограничены 3 футами 3 7/16 дюйма, потому что он все время работал в воде; но в целом класс скважин, за которые брался Кинд, был такого рода, что оправдывал использование инструментов больших размеров. При проходке шахт для добычи угля его операции требовали ведения работ полными диаметрами 10 или 14 футов; и тогда он сначала бурил скважину диаметром 3 фута 4 дюйма, а впоследствии расширял эту выработку. Нет никаких возражений против выполнения артезианских скважин такого диаметра, кроме вероятного истощения запасов; особенно теперь, когда известно, что приток воды при этих методах пропорционален диаметру колонны; хотя, как это ни странно, первое противодействие плану Кинда по бурению скважины в Пасси основывалось на предположении, что он не встретит большего притока воды из подмеловых формаций, чем было встречено в Гренеле, где диаметр скважины на забое был не более 8 дюймов. Однако теперь доказано, что использование скважин большего диаметра дает прямой выигрыш не только в отношении количества получаемой из них воды, но и в их выполнении, что объясняется тем, что инструменты могут быть сделаны более защищенными от воздействия скручивания или ударов о стенки выработки, что является причиной самых серьезных аварий при бурении скважин.

Трепан г-на Кинда содержит некоторые специфические детали, которые показаны на рис. 97, 98. Трепан состоит из двух основных частей: рамы и плеч, обе из кованого железа, за исключением зубьев режущей части, которые выполнены из литой стали. Рама имеет в нижней части ряд отверстий, слегка конических, в которые вставляются и плотно заклиниваются зубья (рис. 99). Эти зубья расположены своими режущими кромками на продольной оси рамы, которая их принимает; а на конце рамы сформированы две головки, выкованные из одного куска с корпусом инструмента, который также несет два зуба, расположенных в том же направлении, что и остальные, но вдвое шире их, чтобы сделать эту часть инструмента более мощной. Увеличивая размеры этих концевых зубьев, можно увеличить диаметр бурения, чтобы компенсировать уменьшение свободного пространства, вызванное обсадной трубой, обязательно вводимой для безопасности при прохождении пластов, склонных к обрушению, или для того, чтобы позволить воде снизу выходить на промежуточном уровне.

Рис. 97-99.

Над нижней частью рамы трепана находится вторая деталь, состоящая из двух частей, соединенных болтами и предназначенная для поддержки нижней части рамы. Эта часть механизма также несет два зуба на своих концах, которые служат для направления инструмента при его опускании и для срезания неровностей, оставленных нижней частью трепана. Выше этого, опять же, находятся направляющие механизма, собственно говоря, состоящие из двух кусков кованого железа, расположенных в форме креста с загнутыми концами, чтобы поддерживать механизм в идеально вертикальном положении при его движениях, прижимаясь к стенкам уже выполненного бурения. Эти детали независимы от лезвий трепана и могут быть перемещены ближе к нему или дальше от него, по желанию. Стержень и плечи заканчиваются единым куском кованого железа, который соединен с рамой своего рода седловидным соединением и удерживается на месте с помощью шпонок и клиньев. Весь трепан окончательно соединяется с большими штангами, передающими движение с поверхности, с помощью винтовой муфты, сформированной ниже части инструмента, несущей соединение; это устройство позволяет свободно падать режущей части и соединяет верхнюю часть плеч и рамы со штангой (рис. 100). Было предложено заменить эту винтовую муфту шпоночным соединением, чтобы избежать неудобств, часто связанных с ржавлением винта, что часто создает большие трудности в случаях, когда возникает необходимость извлечения трепана.

Рис. 100.

Скользящее соединение — это часть изобретения Эйенхаузена, наиболее решительно принятая Киндом, и это одна из особенностей его системы в отличие от процессов, применявшихся ранее. Пока его операции ограничивались малыми размерами, обычно принятыми для артезианских скважин, он довольствовался созданием типа соединения со свободным падением; простое движение расцепления регулировало высоту, установленную самим механизмом, подобно падению бабы в копровой машине; но было обнаружено, что эта система не подходит при применении к большим скважинам, и она также представляла определенные опасности. Тогда Кинд для скважин большего класса воспользовался скользящими направляющими, устроенными так, чтобы они одинаково выходили из зацепления, когда механизм достигал конца хода, и удерживались в своих соответствующих положениях за счет того, что они были выполнены из двух частей, внутренняя из которых работала на салазках, свободно перемещаясь в детали, передающей движение ударной части механизма. Две части инструмента соединялись штифтами и скользящим соединением, которое в скважине в Пасси выходило из зацепления под действием реакции столба воды над инструментом, освобождая защелку, удерживавшую нижнюю часть трепана (рис. 101–103). Изменения, внесенные таким образом в обычный способ освобождения инструмента и его направления при падении, были, однако, деталями; они не затрагивали нового принципа в способе бурения скважин: и современные авторитеты по этому вопросу считают, что в системе Кинда было нечто несовершенное в том, чтобы заставлять столб воды воздействовать на диск, с помощью которого приводилась в движение защелка. Эта система, по сути, требовала наличия столба воды, которым не всегда можно было управлять, особенно когда бурение приходилось выполнять в каменноугольных пластах.

Рис. 101-104.

Штанги, используемые для подвешивания трепана и передачи ему ударов, были дубовыми; и это само по себе составляло одно из наиболее характерных различий между системой инструментов, внедренной Киндом, и инструментами, изготовленными большинством бурильщиков, но которая, подобно расцеплению инструмента, предназначенного для измельчения породы, зависела для своего успеха от того, что скважина была заполнена водой. Сопротивление, которое дерево оказывает своей упругостью воздействию любого внезапного сотрясения, также следует учитывать при сравнении последнего с железом, так как железо склонно изменять свою форму под влиянием этой причины. Однако на сопротивлении усилию скручивания не стоит долго останавливаться, так как поворот, придаваемый трепану, всегда делается, когда инструмент поднят со своего забоя. Для изготовления штанг Кинд рекомендовал выбирать деревья прямого роста соответствующего диаметра, а не делать их из пиломатериалов, так как меньше опасность коробления дерева, а характер дерева более однороден. Он обычно использовал эти деревья секциями длиной около 50 футов и соединял их на концах соединениями из кованого железа, входящими одно в другое (рис. 104). Железные детали соединений выполнены с заплечиком под винтовой муфтой, чтобы позволить подвешивать штанги с помощью обычного «вороньего ключа» во время операции подъема или опускания. На работах, выполненных в Пасси, над центром скважины была возведена своего рода рама достаточной высоты, чтобы позволить извлекать штанги по две секции за раз, что давало значительную экономию времени и труда.

Рис. 105, 106.

Почти все процессы, внедренные до сих пор для удаления продуктов выработки, должны считаться более или менее дефектными, поскольку все они основаны на предположении, что измельчающий инструмент должен быть извлечен, чтобы можно было вставить желонку или другой инструмент, предназначенный для удаления продуктов работы измельчителя. Это замечание относится к операциям Кинда в Пасси и других местах, так как он удалял породу, отделенную от забоя выработки, с помощью желонки (рис. 105, 106), которая была модификацией инструмента, неизменно используемого им для этой цели. Она состояла из цилиндра из кованого железа, подвешенного к штангам с помощью рамы и закрепленного на ней немного ниже центра тяжести, так что операцию опрокидывания ее в загруженном состоянии можно было легко выполнить. Этот цилиндр опускался до уровня последних проходок трепана, и материалы, уже отделенные этим инструментом, вдавливались в инструмент за счет постепенного движения последнего в вертикальном направлении. Некоторые другие приспособления, используемые Киндом для удаления продуктов выработки в шахтах для угольных копей на севере Франции, были остроумны и хорошо приспособлены к большим размерам шахт; но все они в некоторой степени подвергались опасности застревания, если использовались в малых скважинах артезианских колодцев, из-за мелких частиц пород, падающих сверху между их стенками и выработкой. Поэтому их использование было прекращено, и скважина в Пасси очищалась с помощью желонки, дно которой было сделано открывающимся вверх, с шарнирным клапаном, который пропускал более мелкие материалы, отделенные трепаном. Было также несколько инструментов для извлечения сломанных частей механизма из выработки или любых веществ, которые могли упасть сверху; и все они отличались большой степенью простоты, но они не настолько отличались от тех, что обычно используются для той же цели, чтобы заслуживать дальнейших замечаний. На самом деле, аварии, от которых предполагается предохраняться или которые предполагается устранять, настолько точно одинаковы во всех случаях, что не может быть большого разнообразия в производстве этих инструментов. Но нет сомнения, что Кинд лишил себя ценного приспособления, не используя шаровой клапан, la soupape à boulet, который применяют другие бурильщики (рис. 107).

Рис. 107.

В Пасси большая прочность была придана головке ударного инструмента и той части механизма, которая применялась для поворота трепана, потому что огромный вес последнего создавал опасность его отлома под влиянием удара, и потому что прочность этой части механизма неизбежно регулировала всю работу инструмента. Головка бурового устройства была соединена с балансиром паровой машины с помощью прямой звеньевой цепи с винтовой муфтой, допускающей удлинение по мере опускания трепана (рис. 108, 109). Балансир, чтобы увеличить свою упругую силу при ходе вверх, в работах Кинда делается деревянным, из двух частей; верхняя — из ели, а нижняя — из бука. Весь механизм приводится в движение паром, который подается в верхнюю часть цилиндра, давит на него и тем самым поднимает инструмент на другом конце балки, соединенном с цилиндром. Противовес весу инструментов также помещается на конце балки со стороны цилиндра. Цилиндр получает пар через порты, которые открываются и закрываются вручную, как у парового молота; так что количество ходов поршня может быть увеличено или уменьшено, а длина ходов может быть увеличена по мере необходимости.

Рис. 108, 109.

Балансир продолжается за точку, где с ним соединен поршень, и идет навстречу блокам, установленным для ограничения силы удара, наносимого при опускании инструмента. Направляющие головки поршня прикреплены к части механизма, которая действует таким образом; но в Пасси Кинд заставил балансир работать на двух свободных подшипниках, или блоках, не имеющих постоянной крышки, чтобы их можно было легче перемещать всякий раз, когда возникала необходимость сместить балку для подъема или опускания штанг или для смены инструментов; ибо балансир всегда находился непосредственно над центром инструментов, и поэтому его приходилось смещать каждый раз, когда требовалась замена последних. Это достигалось путем обеспечения возможности горизонтального скольжения балки, чтобы оставить устье шахты открытым. Контр-упор, упомянутый выше, также предотвращал удар поршня о крышку цилиндра с чрезмерной силой, когда он возвращался под весом инструментов в свое исходное положение. Операция подъема и опускания штанг или смены инструментов выполнялась в Пасси отдельной паровой машиной, а желонка разгружалась в специальную вагонетку, движущуюся по железной дороге, специально проложенной для этой цели в большой башне, возведенной над выработкой. Все эти устройства были, по сути, выполнены с крайним вниманием к деталям различных частей работы, что характеризует действия иностранных инженеров и так сильно способствует их успеху.

Битье, или измельчение породы, обычно выполнялось в Пасси со скоростью от пятнадцати до двадцати ударов в минуту. Скорость проходки, конечно, заметно различалась в зависимости от характера породы, по которой велись работы; но, вообще говоря, трепан работал в течение примерно восьми часов за раз, после чего его извлекали, и опускали желонку, чтобы удалить шлам. Среднее количество людей, занятых в бригаде, помимо мастера или руководителя скважины, составляло около четырнадцати: они состояли из кузнеца и молотобойца, в чьи обязанности входило поддержание инструментов в порядке; и двух смен рабочих, занятых на выемке, а именно: машиниста и кочегара, старшего рабочего или помощника мастера и трех помощников. Общее время, затраченное на проходку шахт, выполненных по этой системе на севере Франции, где она была применена без аварий, встретившихся в скважине в Пасси, оказалось возможным разделить следующим образом: от 25 до 56 процентов уходило на маневрирование трепаном; от 11 до 14 1/2 процентов — на подъем и опускание инструментов; от 19 до 21 процента — на удаление материалов, отделенных от пород, и очистку дна выработки; и от 8 до 10 1/2 процентов терялось из-за остановки двигателей, или из-за аварий со сломанными инструментами, или по другим причинам, всегда сопровождающим эти операции. В скважине в Пасси, конечно, была значительная разница в пропорциях времени, затраченного на различные детали работы; и длительный период, занятый устранением последствий оползней, которые имели место в глинах, как в подстилающих пластах Парижского бассейна, так и в подмеловых стратах, сделал бы любое сравнение, полученное из этой скважины, малоценным; но представляется, что до того, как произошла большая авария, различные операции шли именно так, как рассчитывал Кинд.

Система Кинда-Шодрона.

Рис. 110.

Увеличенное изображение (206 кБ)

В 1872 году Эмерсон Бэйнбридж, гражданский инженер, в докладе, прочитанном перед Институтом инженеров-строителей, обратил внимание на систему Кинда-Шодрона для проходки шахтных стволов через водоносные пласты без использования насосного оборудования. Поскольку эта операция почти идентична той, которую пришлось бы выполнять в случае скважины, пробуренной через верхнюю серию водоносных пластов, имеющих второстепенное значение или нечистое качество, мимо скалы и в нижние водоносные пласты, как, например, через третичные отложения и мел в нижний зеленый песчаник, следующий отрывок из доклада Бэйнбриджа может быть прочитан с интересом.

Прежде всего, может быть желательно кратко описать систему проходки, до сих пор применявшуюся при прохождении пластов, дающих большое количество воды. Наиболее важные проходки такого характера были выполнены в графстве Дарем, к востоку от точки, где пермские отложения перекрывают каменноугольные породы. В этом районе между пермской породой и угольными пластами находится тонкий слой песка. По направлению к этому пласту притоки воды, как правило, увеличиваются, и в песке обычно находится большой резервуар воды. Способ проходки будет понятен при обращении к рис. 110. При проходке в твердой породе обычно было принято устанавливать железные кольца (опорные кольца), везде, где пласт камня, по-видимому, образовывал естественный барьер между двумя отдельными притоками воды. Таким образом, часто случалось, что важные притоки перекрывались креплением, что делало необходимым гораздо меньшую мощность насосов, чем потребовалось бы, если бы всем притокам было позволено скапливаться в шахте. Как видно из рис. 110, количество используемых клиновых колец составляет не менее тринадцати на 250 футов. Кольца, образующие основание каждого комплекта крепления, обычно гораздо более массивны и дорогостоящи, чем сегменты крепления.

Рис. 111, 112.

Рис. 113.

Процесс установки кольца заключается в следующем: диаметр шахты делается примерно на 30 дюймов больше, чем внутренний диаметр крепления. Когда достигается пласт породы, который можно считать достаточно твердым и плотным, чтобы отделить притоки выше и ниже него, шахта сужается до диаметра крепления, и делается гладкая горизонтальная поверхность, на которую устанавливается клиновое кольцо. Клиновое кольцо, которое обычно состоит из сегментов длиной около 4 футов, высотой 6 дюймов и шириной 14 дюймов, затем помещается на пласт. Чтобы придать кольцу прочное и надежное положение, оно плотно заклинивается деревом, как позади, так и между стыками; затем на нем строится крепление до следующего клинового кольца, которое опирается на колоколообразную секцию породы. Когда крепление почти достигает этого кольца, порода удаляется по частям, и верхнее кольцо крепления устанавливается вплотную к кольцу. Таким образом, видно, что установка каждого кольца является дорогостоящим процессом, часто вызывающим значительную задержку.

В некоторых случаях, когда было трудно найти подходящие основания для промежуточных клиновых колец, все водоносные породы проходились без попыток остановить притоки по отдельности, и в шахту не устанавливалось крепление, пока клиновое кольцо не могло быть установлено ниже самого нижнего притока. Этот процесс более быстр там, где имеется небольшое количество воды; но там, где воды слишком много, большая задержка вызывается борьбой с ней, чем установкой многочисленных комплектов крепления для остановки притоков по отдельности. Крепление, используемое в Англии, почти всегда было из чугуна; на континенте до недавнего времени в основном использовалось деревянное крепление. Иллюстрации обоих типов показаны на рис. 111 и 112.

Рис. 114, 115.

Рис. 116.

Рис. 118.

Рис. 113, 114 показывают в разрезе оборудование и устройства, обычно используемые при масштабных проходках. Там, где вода находится в больших количествах, она обычно откачивается машиной, установленной для этой цели, при содействии машины или машин, предназначенных для подъема угля. Небольшая кабестановая машина используется для спуска и подъема людей и материалов по шахте во время проходки, причем такая машина снабжена также барабаном на медленном ходу, который используется для тяжелых грузов. Постоянная откачка, установка колец и крепления продолжаются до тех пор, пока не будет достигнут самый нижний приток, когда ищется твердый пласт, на который можно установить самое нижнее клиновое кольцо. Во всех случаях воду необходимо откачать, прежде чем можно будет установить клиновое кольцо, которое образует основание каждого комплекта крепления.

Из этого описания будет понятно, что проходчики, число которых составляет от десяти до двенадцати человек одновременно, работающие по четыре часа в смену в шахте, скажем, 14 футов в диаметре, вынуждены работать в воде до тех пор, пока не будет установлено все крепление. Это создает серьезное препятствие для взрывных работ и другими способами задерживает прогресс работы.

Крепление, используемое для перекрытия воды, обычно состоит из сегментов высотой от 1 до 3 футов и длиной около 4 футов, толщина которых варьируется от половины дюйма до 3 3/4 дюймов. Оно удерживается в положении с помощью деревянной набивки позади стыков; и делается водонепроницаемым путем размещения между сегментами кусков деревянной обшивки толщиной около половины дюйма, которые заклиниваются, когда все крепление установлено, обычно дважды деревом, а иногда один раз железными клиньями.

Рис. 117.

Для выравнивания давления воды и газа позади различных комплектов крепления иногда используются перепускные трубы (рис. 115 и 116). Другой способ достижения этого — наличие клапана, работающего вверх, помещенного в клиновое кольцо (рис. 117). Иногда также используется шар (рис. 118).

Различные способы прохождения пластов плывуна таковы: путем подвешивания крепления к уже установленному и добавления свежих колец по мере удаления песка. Это осуществимо только тогда, когда количество песка незначительно. Путем сильного утяжеления железного цилиндра того же размера, что и шахта, и таким образом вдавливания его через песок. Путем сдерживания песка с помощью свай — ресурс, который можно рекомендовать только тогда, когда пласт песка не имеет большой толщины. Когда воды слишком много, путем использования пневматического воздействия. Поскольку эти операции находятся вне нашего непосредственного предмета, нам не нужно обсуждать их далее.

Система г-на Шодрона, которая является модификацией системы Кинда, делится на следующие отдельные процессы, состоящие из: