Вступ
Розроблювальний пристрій відноситься до буріння свердловин в м'яких грунтах діаметром в діапазоні 800 – 1500 мм під палі різного призначення. Використовується для буріння свердловин під палі різного призначення при будівництві цивільних і промислових об'єктів.
Актуальність
Спад виробництва в останні роки торкнувся і бурових підприємств ДХК "Спецшахтобуріння". Це призвело до того, що крім основної своєї продукції шахтних стволів і свердловин великого діаметру, попит на які різко впав, бурові управління почали займатися і нетрадиційним видом робіт – бурінням неглибоких свердловин під палі різного призначення.Особливістю буріння є те, що в одному районі буріння необхідно споруджувати свердловини різного діаметру в діапазоні від 800 до 1500 мм. При цьому одна бурова установка, наприклад М – 150, повинна мати цілий перелік бурового інструменту для буріння різних діаметрів. Це призводить до нераціонального використання бурового інструменту, великих витрат на його транспортування в місце буріння. Таким чином універсальний інструмент, який би дозволив би швидко змінювати діаметр буріння свердловини без його заміни на новий відсутній. Тому розробка ковшового бура, який дозволив би бурити свердловини під палі різного призначення в породах I – IV категорій, є актуальним завданням.
Мета та задачі роботи
Метою даної роботи є розробка конструкції комбінованого акумулюючого ковшового бура, який дозволить бурити практично весь спектр діаметрів в діапазоні 800 – 1500мм.
Задачі:
1.Виконати аналіз існуючих конструкцій ковшових бурів і технологій, які використовують для буріння свердловин під палі різного призначення;
2.Обрати принцип роботи і компонування універсального ковшового бура;
3.Обгрунтувати раціональні конструктивні параметри конструкції ковшового бура;
4.Виконати дослідно-конструкторські роботи;
5.Розробити технологію підготовки та експлуатації універсального ковшового бура;
6.Провести практичні розрахунки, а також проаналізувати ефективність роботи ковшового бура після його удосконалення.
Идея роботи
Підвищення ефективності і розширення технологічних можливостей ковшового бура за рахунок можливості зміни діаметра буріння в діапазоні 800 – 1500мм.
Об'єкт та предмет дослідження
Об'єкт дослідження – технічні засоби і технологія для буріння свердловин під палі різного призначення.
Предмет дослідження – конструкції та параметри ковшового бура, які забезпечують розширення діаметрів буріння свердловин одним буровим інструментом.
Можливі результати
1. Обгрунтування принципу роботи комбінованого акумулюючого ковшового бура для буріння свердловин в грунтах I – категорії діаметром в діапазоні 800 – 1500мм.
2. Конструкція удосконаленого комбінованого акумулюючого ковшового бура (на рівні винаходу) та технологія його застосування.
2. Огляд досліджень і розробок по темі
2.1. Комбінований акумулюючий гідромоніторний бур КАГБ – 1
Для буріння гирлів стволів і свердловин великого діаметру в м'яких і обводнених породах використовуються аналогічні бури КАГБ – 1 і КАГБ – 2. Бур КАГБ – 1 (рис. 1.) Складається з центральної труби 13 з приєднаною у верхній частині муфтою замкового з'єднання 14. До цієї трубі бура приварені ножі 10, які другим кінцем приварені безпосередньо до корпусу 11.
Одночасно з обертанням бура здійснюється подача води через гідромоніторним насадки 3 до різців 2 та забурніку. Руйнування породи здійснюється різцями бура і долотом типу РГ, нагвинченим на нижній кінець центральної труби. Одночасно з руйнуванням породи відбувається її перетворення в розчин. Завдяки великий кутовий швидкості частина нерозчиненої породи надходить через вікна 4 в ножах по реборді шнека 5 в акумулятор бура 9 із знімним днищем 7, закріпленим до корпусу за допомогою шарніра 6 і фіксаторів 5. Додаткове кріплення корпусу бура до труби здійснюється за допомогою ребер жорсткості 12.Конструкціей бура передбачено починати буріння без елементів днища 7, знятих з шарнірів 6 акумулятора 9 [1].
2.2. Комбінований акумулюючий гідромоніторний бур КАГБ – 1
Бур КАГБ – 2 (рис. 2.) Складається з колонкової приставки, забурніка і аккумулятора. Колонкова приставка бура виготовлена з двох труб: зовнішньої 3 та внутрішньої 4, пов'язаних між собою косинками і хрестовиною 5 з швелера № 20. Центральна частина хрестовини скріплена з допомогою двох дисків, в яких закріплений перевідник 6 з різьбою для приєднання до забурніку. У нижній частині колонкового бура до зовнішньої і внутрішньої трубам кріпляться лапи з шарошками 1, які омиваються струменями води, що надходить від центрального перевідника 6 по трубах 2, які мають на кінцях гідромоніторні насадки. Число шарошок залежить від діаметру бура. Лапи з шарошками кріпляться до труб за допомогою болтових з'єднань і тому швидко замінюються при зносі зубців [2].
Забурнік складається із зовнішньої 8 і внутрішньої 9 труб, з'єднаних між собою болтами. За допомогою трьох ребер жорсткості 10 ці труби кріпляться до центральної труби 12. У нижній частині при бурінні забурніком замість колонкового бура до центральної труби кріпиться лопатеве долото. На ребрах жорсткості, а також між внутрішньою та зовнішньою трубами кріпляться різці 7, до яких підведені трубопроводи з гідромоніторним насадками на кінцях на центральній трубі на ребрах жорсткості закріплені вантажі-обважнювачі. До нижньої частини забурніка під'єднується акумулятор, що складається із зовнішньої 13 та внутрішньої 14 труб великого діаметра, закріплених за допомогою днища і ребер жорсткості 17 на центральній трубі 18. На цій же трубі закріплені вантажі-обважнювачі 15. До внутрішньої трубі 14 приварені під кутом 22-25 ° похилі плоскості 16, призначені для поліпшення транспортування вибуреної породи на поверхню. Через подовжений перевідник бур підвішується за допомогою елеватора на роторі, який встановленний на подроторной рамі. До верхньої частини подовженого перевідника під'єднується ведуча квадратна труба, до якої у верхній частині приєднаний вертлюг з шлангами високого тиску [3].
2.3. Комбінований акумулюючий шнековий бур КАШБ – 1
Комбінований акумулюючий шнековий бур КАШБ – 1. Бур (рис. 3) складається з двох циліндрів-зовнішнього 9 і внутрішнього 10, виготовлених з труб з товщиною стінки відповідно 10 і 16 мм.
Низ бура має вигляд конуса, увігнутого всередину і з'єднує внутрішній і зовнішній циліндри. В конусі під кутом 90 ° зроблені чотири пази, в яких переміщуються ножі з різцями 3. Всі чотири ножа мають пази 7, за допомогою яких вони переміщуються на закріплених в корпусі бура пальцях 6. Для висування ножів на максимальний діаметр буріння в корпусі бура встановлені додаткові валики 5 із втулками. Маса бура регулюється змонтованими в нижній частині обважнювачами, які можуть бути металевими або бетонними. У внутрішньому циліндрі є однозаходний шнек 4 із різцями 2 і забурніком 1. Шнек призначений для руйнування вибою і транспортування породи через вікна 11 в акумулятор 13. Вал шнека виготовлений з обсадної труби, одягненою на бурильну трубу. За допомогою різьби шнек приєднується до валу, що обертається під час роботи у втулці 15. На валу шнека закріплена кулачкова полумуфта 16, друга полумуфта закріплена на корпусі бура. Конструкція кулачковою муфти дозволяє при повному зачепленні не тільки обертати бур, але і здійснювати підйом його на поверхню, тобто є можливість регулювати навантаження на вибій під час буріння. Внутрішній циліндр кріпиться до зовнішнього ребрами жорсткості 14 [4].
Розвантаження акумулятора здійснюється через пробки і вікна 8. Монтажні вікна 12 в зовнішньому циліндрі служать для монтажу шнека та контролю рівня завантаження аккумулятора. [5]. До початку буріння гирла буром КАШБ-1 заготовляють розрахункову кількість глинистого розчину і заповнюють відстійну систему і гирло. Для очищення його від вибуреної породи використовують систему відстійників або механічну систему очищення. Буріння гирла починають при мінімальному осьовому зусиллі та частоті обертання ротора, що не перевищує 4-6 хв-1. Промивна рідина подається в кількості, достатній для виносу вибуреної породи на поверхню. Під час буріння контролюється величина крутного моменту ротора. Після досягнення глибини 4,5-5 м забурнік підіймають і виносять на кладку [6]. У вироблення опускають подвійну сталебетонним кріплення, у нижній частині обладнану спеціальним ріжучим ножом, і підвішують її на фундаменті за допомогою косинок з металу товщиною 40 – 50 мм. Низ кріплення повинен відставати від вибою на висоту 0,8 – 1 м для нормального виходу рухливих ножів бура. Через підвішену кріплення у вироблення опускають бур КАШБ – 1. Обертання ротором починають за 0,2 – 0,3 м від вибою з частотою 18 – 24 хв-1. Під дією осьового зусилля і за допомогою жорстко закріплених в бурі пальців з втулками при переміщенні бура вниз відбувається висування ножів до передбачених конструкцією розмірів. Зусилля на вибій підтримують у межах 20 – 30 кН, якого достатньо для утримання ножів бура в розкритому положенні і руйнування масиву гірських порід. При бурінні усть в м'яких, обводнених породах і пливунах буром КАШБ-1 постійно контролюють параметри бурової рідини. Це забезпечує стійкість стінок виробки, винос зруйнованої породи на поверхню, створення тиксотропноного середовища для руху сталебетонниого кріплення [7]. Подачу бурової рідини до різцям бура рекомендується здійснювати поршневими насосами. Якщо запроектованою технологіею передбачено буріння ствола або свердловини великого діаметру з використанням насосів У8-6МА2, то для подачі її до різців бура використовують один з насосів [8]. Якщо ж для буріння виробки передбачено використовувати технічну воду і відцентрові насоси, то для буріння гирла на глинистому розчині використовують один або два насоси 9МГр або насоси інших аналогічних типів [9]. Кількість бурової рідини, що подається до різців регулюється засувкою високого тиску при бурінні з використанням насоса У8 – 6МА2, двох або триходовими кранами з використанням насосів 9МГр. Нарощування подвійного сталебетонного кріплення здійснюється слідом за бурінням кільцями висотою 1,4 – 1,6 м або після досягнення проектної глибини гирла. Після перетину м'яких порід бур піднімають на поверхню, демонтують, а колону опускають на вибій і в затрубний простір закачують цементний або цементно-піщаний розчин [10].
3. Передбачувана новизна
Для розширення технологічних можливостей КАШБ – 1 необхідно удосконалити його конструкцію. У ньому пропонується зменшити діаметр внутрішнього циліндра з 820 мм до 300 мм, а зовнішнього з 2150 мм до 750 мм. Особливістю конструкції є те, що в корпусі конуса виконані пази, в яких по два протилежних ножа при їх висуненні мають різний виліт, що забезпечує перекриття вибою на величину від 800 мм до 1500 мм. При цьому в нижній частині бура передбачено кріплення, яке забезпечує не тільки переміщення, але і надійне кріплення ножів 3 в радіальному напрямку (рис. 4).
Для збереження внутрішньої обсягу акумулятора породи пропонується збільшити висоту бура до 5.8 м. Так при зміні діаметра проходки свердловини необхідно на поверхні розкріпити ножі 3, відрегулювати їх виліт щодо осі бура і знову закріпити їх. При цьому протилежні ножі для рівномірного розподілу зусиль щодо вибою і рівномірності його перекриття висуваються на одну і ту ж величину.
Висновки
Розглянувши та проаналізувавши проблеми, що виникають при бурінні свердловин під палі різного призначення, можна зробити висновок, що пропонований пристрій значно ефективніше і економніше раннє використовуваних. Так як використання запропонованої модифікації дозволить зменшити вартість ріжучого інструменту, підвищити його універсальність і дозволить бурити практично весь спектр діаметрів в діапазоні від 800 мм до 1500 мм.
На даний момент магістерська робота знаходиться в стадії розробки. Після грудня 2011р. повний текст роботи можна отримати у автора або наукового керівника.
Література
Жиленко Н.П., Краснощек А.А. Справочное пособие по реактивно-турбинному бурению. – М.: Недра, 1987. – 309 с.
Бурение шурфов и скважин самоходными и передвижными установками/ С.А. Брылов, Л.Г. Грабчак, Г.Б. Добровольский и др. М.: Недра, 1979.
Горнопроходческие машины и комплекси: Учебник для вузов / Л.Г. Грабчак, В.И. Несмотряев, В.И. Шендеров, Б.Н. Кузовлев. -М: Недра, -1990. -336 с.
Ганичев И.А., Анатольевский П.А., Шнееров О.Н. Производство буровых работ в строительстве. М.: Строиздат, 1966.
Володин О.А., Блинов Г.А., Кутиков Ю.Ш. Стационарные и передвижные буровые вышки и мачты геологоразведочного бурения: Обзор. ин-форм./ВИЭМС.– М.: 1976.–с.
Кардыш В.Г., Мурзиков Б.В., Окмянский А.С. Бурение неглубоких скважин. М.: Недра, 1971.
Ребрик Б.М. Справочник по бурению инженерно-геологических скважин. М.,Недра, 1983,288с.
Технология строительных процессов: Учеб. / А.А. Афанасьев, Н.Н. Данилов, В.Д. Копытков и др.; под ред. Н.Н. Данилова, О.М. Терентьева. – 2-е изд. перераб. – М.: Высш. шк., 2001. – 464 с.
Инженерные изыскания в строительстве. Справочник по общестрои-тельным работам/С.П. Абрамов, Л.И. Белявский, Ф.В. Залесский и др. М.: Стройиздат, 1975.
Бурение разведочных скважин. Учеб. для вузов/Н. В. Соловьев, В. В. Кривошеее, Д. Н. Башкатов и др.; Под общ. ред. Н. В. Соловьева.— М: Высш. шк., 2007.—904 с.; ил.
Резюме | Біографія