Введение
Разрабатываемое устройство относится к бурению скважин в мягких грунтах диаметром в диапазоне 800 – 1500 мм под сваи различного назначения. Используется для бурения скважин под сваи различного назначения при строительстве гражданских и промышленных объектов.
Актуальность
Спад производства в последние годы коснулся и буровых предприятий ГХК «Спецшахтобурение». Это привело к тому, что кроме основной своей продукции шахтных стволов и скважин большого диаметра, спрос на которые резко упал, буровые управления начали заниматься и нетрадиционным видом работ – бурением неглубоких скважин под сваи различного назначения. Особенностью бурения является то, что в одном районе бурения необходимо сооружать скважины различного диаметра в диапазоне от 800 до 1500 мм. При этом одна буровая установка, например М – 150, должна иметь целый перечень бурового инструмента для бурения различных диаметров.Это приводит нерациональному использованию бурового инструмента, большим затратам на его транспортировку в место бурения. Таким образом ниверсальный инструмент, который бы позволил бы быстро менять диаметр бурения скважины без его замены на новый отсутствует. Поэтому разработка ковшового бура, который позволил бы бурить скважины под сваи различного назначения в породах I – IV категорий, является актуальной задачей. Это приводит нерациональному использованию бурового инструмента, большим затратам на его транспортировку в место бурения. Таким образом Универсальный инструмент, который бы позволил бы быстро менять диаметр бурения скважины без его замены на новый отсутствует. Поэтому разработка ковшового бура, который позволил бы бурить скважины под сваи различного назначения в породах I – IV категорий, является актуальной задачей.
Цель и задачи работы
Целью данной работы является разработка конструкции комбинированного аккумулирующего ковшового бура, который позволит бурить практически весь спектр диаметров в диапазоне 800 – 1500 мм.
Задачи:
1.Выполнить анализ существующих конструкций ковшовых буров и технологий, которые используют для бурения скважин под сваи различного назначения;
2.Выбрать принцип работы и компоновку универсального ковшового бура;
3.Обосновать рациональные конструктивные параметры конструкции ковшового бура;
4.Выполнить опытно – конструкторские работы;
5.Разработать технологию подготовки и эксплуатации универсального ковшового бура;
6.Провести практические расчёты, а также проанализировать эффективность работы ковшового бура после его усовершенствования.
Идея работы
Повышение эффективности и расширение технологических возможностей ковшового бура за счёт возможности изменения диаметра бурения в диапазоне 800 – 1500мм.
Объект и предмет исследования
Объект исследования – технические средства и технология для бурения скважин под сваи различного назначения.
Предмет исследования – конструкции и параметры ковшового бура обеспечивающие расширения диаметров бурения скважин одним буровым инструментом.
Возможные результаты
1. Обоснование принципа работы комбинированного аккумулирующего ковшового бура для бурения скважин в грунтах I-IV категории диаметром в диапазоне 800 – 1500мм.
2. Конструкция усовершенствованного комбинированного аккумулирующего ковшового бура (на уровне изобретения) и технология его применения.
2. Обзор исследований и разработок по теме
2.1. Комбинированный аккумулирующий гидромониторный бур КАГБ-1
Для бурения устьев стволов и скважин большого диаметра в мягких и обводненных породах используются аналогичные буры КАГБ – 1 и КАГБ – 2. Бур КАГБ – 1 (рис. 1.)состоит из центральной трубы 13 с подсоединенной в верхней части муфтой замкового соединения 14. К этой трубе бура приварены ножи 10, которые вторым концом приварены непосредственно к корпусу 11.
Одновременно с вращением бура осуществляется подача воды через гидромониторные насадки 3 к резцам 2 и забурнику. Разрушение породы осуществляется резцами бура и долотом типа РХ, навинченным на нижний конец центральной трубы. Одновременно с разрушением породы происходит ее превращение в раствор. Благодаря большой угловой скорости часть нерастворенной породы поступает через окна 4 в ножах по реборде шнека 5 в аккумулятор бура 9 со съемным днищем 7, закрепленным к корпусу при помощи шарнира 6 и фиксаторов 5. Дополнительное крепление корпуса бура к трубе осуществляется с помощью ребер жесткости 12.Конструкцией бура предусмотрено начинать бурение без элементов днища 7, снятых с шарниров 6 аккумулятора 9 [1].
2.2. Комбинированный аккумулирующий гидромониторный бур КАГБ-2
Бур КАГБ-2 (рис. 2.) состоит из колонковой приставки, забурника и аккумулятора.Колонковая приставка бура изготовлена из двух труб: наружной 3 и внутренней 4, связанных между собой косынками и крестовиной 5 из швеллера № 20. Центральная часть крестовины скреплена с помощью двух дисков, в которых закреплен переводник 6 с резьбой для подсоединения к забурнику. В нижней части колонкового бура к наружной и внутренней трубам крепятся лапы с шарошками 1, которые омываются струями воды, поступающей от центрального переводника 6 по трубам 2, имеющим на концах гидромониторные насадки. Число шарошек зависит от диаметра бура. Лапы с шарошками крепятся к трубам с помощью болтовых соединений и поэтому быстро заменяются при износе зубьев [2].
Забурник состоит из наружной 8 и внутренней 9 труб, соединенных между собой болтами. С помощью трех ребер жесткости 10 эти трубы крепятся к центральной трубе 12. В нижней части при бурении забурником вместо колонкового бура к центральной трубе крепится лопастное долото. На ребрах жесткости, а также между внутренней и наружной трубами крепятся резцы 7, к которым подведены трубопроводы с гидромониторными насадками на концах на центральной трубе и ребрах жесткости закреплены грузы-утяжелители . К нижней части забурника подсоединяется аккумулятор, состоящий из наружной 13 и внутренней 14 труб большого диаметра, закрепленных с помощью днища и ребер жесткости 17 на центральной трубе 18. На этой же трубе закреплены грузы-утяжелители 15. К внутренней трубе 14 приварены под углом 22–25° наклонные плоскости 16, предназначенные для улучшения транспортировки выбуренной породы на поверхность. Через удлиненный переводник бур подвешивается с помощью элеватора на роторе, установленном на подроторной раме. К верхней части удлиненного переводника подсоединяется ведущая квадратная труба, к которой в верхней части подсоединен вертлюг со шлангами высокого давления [3].
2.3. Комбинированный аккумулирующий шнековый бур КАШБ – 1
Комбинированный аккумулирующий шнековый бур КАШБ – 1. Бур (рис. 3) состоит из двух цилиндров– наружного 9 и внутреннего 10, изготовленных из труб с толщиной стенки соответственно 10 и 16 мм.
Низ бура имеет вид конуса, вогнутого вовнутрь и соединяющего внутренний и наружный цилиндры. В конусе под углом 90° сделаны четыре паза, в которых перемещаются ножи с резцами 3. Все четыре ножа имеют пазы 7, с помощью которых они перемещаются на закрепленных в корпусе бура пальцах 6. Для выдвижения ножей на максимальный диаметр бурения в корпусе бура установлены дополнительные валики 5 с втулками. Масса бура регулируется смонтированными в нижней части утяжелителями, которые могут быть металлическими или бетонными. Во внутреннем цилиндре имеется однозаходный шнек 4 с резцами 2 и забурником 1. Шнек предназначен для разрушения забоя и транспортировки породы через окна 11 в аккумулятор 13. Вал шнека изготовлен из обсадной трубы, надетой на бурильную трубу. С помощью резьбы шнек присоединяется к валу, вращающемуся во время работы во втулке 15. На валу шнека закреплена кулачковая полумуфта 16, вторая полумуфта закреплена на корпусе бура. Конструкция кулачковой муфты позволяет при полном зацеплении не только вращать бур, но и осуществлять подъем его на поверхность, то есть имеется возможность регулировать нагрузку на забой во время бурения. Внутренний цилиндр крепится к наружному ребрами жесткости 14 [4].
Разгрузка аккумулятора осуществляется через пробки и окна 8. Монтажные окна 12 в наружном цилиндре служат для монтажа шнека и контроля уровня загрузки аккумулятора. [5]. До начала бурения устья буром КАШБ-1 заготавливают расчетное количество глинистого раствора и заполняют отстойную систему и устье. Для очистки его от выбуренной породы используют систему отстойников или механическую систему очистки. Бурение устья начинают при минимальном осевом усилии и частоте вращения ротора, не превышающей 4—6 мин-1. Промывочная жидкость подается в количестве, достаточном для выноса выбуренной породы на поверхность. Во время бурения контролируется величина крутящего момента ротора. По достижении глубины 4,5—5 м забурник поднимают и выносят на мостки [6]. В выработку опускают двойную сталебетонную крепь, в нижней части оборудованную специальным режущим но¬жом, и подвешивают ее на фундаменте с помощью косынок из металла толщиной 40—50 мм. Низ крепи должен отставать от забоя на высоту 0,8—1 м для нормального выхода подвижных ножей бура. Через подвешенную крепь в выработку опускают бур КАШБ-1. Вращение ротором начинают за 0,2—0,3 м от забоя с частотой 18— 24 мин-1. Под действием осевого усилия и с помощью жестко закрепленных в буре пальцев с втулками при перемещении бура вниз происходит выдвижение ножей до предусмотренных конструкцией размеров. Усилие на забой поддерживают в пределах 20—30 кН, которого достаточно для удержания ножей бура в раскрытом положении и разрушения массива горных пород. При бурении устьев в мягких, обводненных породах и плывунах буром КАШБ-1 постоянно контролируют параметры буровой жидкости. Это обеспечивает устойчивость стенок выработки, вынос разрушенной породы на поверхность, создание тиксотропной среды для движения сталебетонной крепи [7]. Подачу буровой жидкости к резцам бура рекомендуется осуществлять поршневыми насосами. Если запроектированной техно¬логией предусмотрено бурение ствола или скважины большого диаметра с использованием насосов У8-6МА2, то для подачи ее к резцам бура используют один из насосов [8]. Если же для бурения выработки предусмотрено использовать техническую воду и центробежные насосы, то для бурения устья на глинистом растворе используют один или два насоса 9МГр или насосы других аналогичных типов [9]. Количество подаваемой к резцам буровой жидкости регулируется задвижкой высокого давления при бурении с использованием насоса У8-6МА2, двух- или трехходовыми кранами с использованием насосов 9МГр. Наращивание двойной сталебетонной крепи осуществляется вслед за бурением кольцами высотой 1,4—1,6 м или по достижении проектной глубины устья. После пересечения мягких пород бур поднимают на поверхность, демонтируют, а колонну опускают на забой и в затрубное пространство закачивают цементный или цементно-песчаный раствор [10].
3. Предполагаемая новизна
Для расширения технологических возможностей КАШБ – 1 необходимо усовершенствовать его конструкцию. В нём предлагается уменьшить диаметр внутреннего цилиндра с 820 мм до 300 мм, а наружного с 2150 мм до 750 мм. Особенностью конструкции является то, что в корпусе конуса выполнены пазы, в которых по два противоположных ножа при их выдвижении имеют разный вылет, что обеспечивает перекрытие забоя на величину от 800 мм до 1500 мм. При этом в нижней части бура предусмотрено крепление, которое обеспечивает не только перемещение, но и надежное крепление ножей 3 в радиальном направлении (рис.4).
Для сохранения внутреннего объема аккумулятора породы предлагается увеличить высоту бура до 5.8 м. Так при изменении диаметра проходки скважины необходимо на поверхности раскрепить ножи 3 , отрегулировать их вылет относительно оси бура и снова закрепить их. При этом противоположные ножи для равномерного распределения усилий относительно забоя и равномерности его перекрытия выдвигаются на одну и ту же величину.
Выводы
Рассмотрев и проанализировав проблемы, возникающие при бурении скважин под сваи различного назначения, можно сделать вывод, что предлагаемое устройство значительно эффективнее и экономичнее раннее используемых. Так как использование предложенной модификации позволит уменьшить стоимость режущего инструмента, повысить его универсальность и позволит бурить практически весь спектр диаметров в диапазоне от 800 мм до 1500 мм.
В данный момент магистерская работа находится в стадии разработки. После декабря 2011г. полный текст работы можно получить у автора или научного руководителя.
Литература
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 | Биография | Библиотека | Ссылки | Отчет о поиске | | Индивидуальный раздел