Способ выполнения буровых работ и устройство для его осуществления

 

Использование: бурение взрывных скважин на больших площадях при строительстве земляного полотна автои железных дорог, котлованов. Сущность изобретения: производят разметку первых скважин начального ряда. Монтируют буровое оборудование в зоне этих скважин и бурят их. Буровое оборудование смещают в сторону от пробуренных скважин, в которых закрепляют анкерную траверсу трособлочной системы. Добуривают начальный .ряд скважин, перемещая буровое оборудование по траверсе. Последовательно закрепляя анкерную траверсу в скважинах начального ряда, бурят перпендикулярно ему следующие ряды скважин с челночным, например, перемещением бурового оборудования. Устройство для выполнения буровых работ содержит основание с аутриггерами и поворотным кругом, на котором смонтирована поворотная станина, несущая податчик с бурильной головкой. Оно снабжено трособлочной системой подачи, включающей анкерную траверсу с обводным блоком и лебедку, трос которой охватывает обводной блок и закреплен на основании. Поворотная станина имеет телескопическую подвижную в радиальном направлении балку , на которой смонтирован податчик с бурильной головкой. Опоры аутриггеров выполнены в виде лыж. 2 с.п. ф-лы, 8 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s Е 21 В 7/00,3/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4826562/03 (22) 20.05.90 (46) 23.05.92. Бюл. ¹ 19 (71) Центральное бюро научно-технической информации и Московский институт инженеров железнодорожного транспорта (72) Д. В, Чесноков, В. M. Кононов и А. П.

Дорофеев (53) 622.233(088.8) . (56) Эстеров Я, Х. и др. Буровзрывные работы на транспортном строительстве. — М.:

Транспорт, 1983, с. 30 — 32, рис, 10.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1260448, кл. Е 02 0 17/00, 1985.

{54) СПОСОБ ВЫПОЛНЕНИЯ БУРОВЫХ РАБОТ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Использование: бурение взрывных скважин на больших площадях при строительстве земляного полотна авто- и железн ых дорог, котлованов. Сущность изобретения; производят. разметку первых скважин начального ряда. Монтируют буровое оборудование в зоне этих скважин и

Изобретение относится к области строительства в районах залегания скальных и мерзлых грунтов, в частности к работам по бурению и анкерных скважин при устройстве земляного полотна железных и автомобильных дорог, котлованов под искусственные сооружения и специальные задачи, а также под опоры линий электропередач.

Известен способ выполнения буровых работ, включающий разметку места заложения скважин на обуриваемой площади, монтаж бурового оборудования на месте заложения первой скважины, бурение этой,, Ы,, I 735561 А1 бурят их. Буровое оборудование смещают в сторону от пробуренных скважин, в которых закрепляют анкерную траверсу трособлочной системы, Добуривают начальный ряд скважин, перемещая буровое оборудование по траверсе. Последовательно закрепляя анкерную траверсу в скважинах начального ряда, бурят перпендикулярно ему следующие ряды скважин с челночным, например, перемещением бурового оборудования. Устройство для выполнения буровых работ содержит основание с аутриггерами и поворотным кругом, на котором смонтирована поворотная станина, несущая податчик с бурильной головкой. Оно снабжено трособлочной системой подачи, включающей анкерную траверсу с обводным блоком 3 и лебедку, трос которой охватывает обводной блок и закреплен на основании. Поворотная станина имеет телескопическую подвижную в радиальном направлении балку, на которой смонтирован податчик с бурильной головкой. Опоры аутриггеров выполнены в виде лыж. 2 с,п. ф-лы, 8 ил. (Л скважины и перемещение по площадке бу- Ql рового оборудования к очередному месту () стоянки для бурения последующих сква-, д

1 жин.

Недостаток известного способа закпктчается в том, что он не обеспечивает высокую производительность буровых работ, особенно в районах с горным рельефом местности. Это объясняется тем, что данный способ основан на использовании тяжелого и громоздкого бурового оборудования (13—

25 т), для доставки которого в условиях труднодоступности приходится прокладывать специальные дороги и качественно прово1735561 дить работы по планировке площадки. Кроме этого, на спланированной площадке требуется проводить разметку мест бурения скважин, а в процессе бурения много времени расходуется на перевод бурового оборудования из транспортного положения в рабочее и обратно.

Известно буровое оборудование, содержащее гусеничный трактор, в задней части которого консольно смонтировано буровое оборудование с двумя рабочими органами. Несмотря на то, что данное оборудование имеет возможность одновременно бурить две скважины, оно малопроизводительно из-эа сложности его доставки на объект работ, необходимости тщательно планировать рабочую площадку и больших затрат времени на перевод буро. вого оборудования из транспортного положения в рабочее и обратно.

Известно также переносное. устройство для бурения скважин при подготовке котлована под фундамент различных сооружений в скальных и мерзлых грунтах, содержащее основание с аутриггерами и повсротным кругом, на котором смонтирована поворотная станина, несущая податчик с бурильной головкой.

Несмотря на то, что это известное бурильное устройство легкоразборное и имеет поворотную станину, что позволяет с одной установки бурить четыре скважины, непосредственно без усовершенствований использовать его при реализации предлагаемого способа нецелесообразно из-за присущих данному оборудованию следующих недостатков, существенно снижающих производительность буровых работ;

1. фиксированное расположение кондукторов бурового органа не позволяет менять расстояние между скважинами, в то время, как в реальных условиях в зависимости от типа грунта указанное расстояние требуется менять даже в пределах одной рабочей площадки;

2. для обеспечения работы этого оборудования требуется предварительная разметка скважин;

3, из-за невозможности транспортировки по площадке оборудования в собранном виде затрачивается время на его демонтаж перед операцией перемещения с одного места на другое и монтаж на новом месте (то же при транспортировке с одной буровой площадки на другую).

Цель изобретения — повышение производительности буровых работ за счет сокращения операций в технологическом цикле при бурении скважин, а именно при разметке мест бурения скважин и переводе Оуроже, но с большими расстояниями (для мерз-. лых грунтов).

Предлагаемый способ выполнения Gyровых работ, в частности на строительных объектах в районах залегания скальных или мерзлых грунтов, реализуется следующими операциями.

50 ваго оборудования из транспортного положения в рабочее и обратно.

Поставленная цель достигается приме-. нением способа выполнения буровых работ, включающих разметку места заложения скважин на обуриваемой плащади, монтаж бурового оборудования на месте заложения первой скважины, бурение этой скважины и перемещение по площадке бурового оборудования к очередному месту стоянки для бурения последующих скважин; при этом разметку производят только для первых скважин начального ряда, в зоне которых монтируют буровое оборудование, производят бурение первых скважин начального ряда, после чего смещают буровое оборудование в сторону от пробуренных скважин, в которых закрепляют анкерную траверсу трособлочной системы для подачи и перемещения бурового оборудования в начальном ряду от одного места стоянки к другому, причем на каждом очередном месте стоянки осуществляют при необходимости оперативную корректировку места заложения очередных скважин, а после бурения скважин начального ряда осуществляют перемонтаж подающей трособлочной системы для бурения скважин в следующем ряду обуриваемой площади, Для достижения указанной цели предлагается устройство, содержащее основание с аутриггерами и поворотным кругом, на котором смонтирована поворотная станина, несущая податчик с бурильной головкой, которое (устройство) .снабжено трособлочной системой подачи, включающей энкерную траверсу с обводным блоком и лебедки, трос которой охватывает обводной блок и закреплен на основании, при этом поворотная станина имеет телескопическую подвижную в радиальном направлении балку, на которой смонтирован податчик с бурильной головкой, а опоры аутриггеров выполнены в виде лыж.

На фиг. 1 — 3 показаны рабочие площадки в момент проходки начального ряда скважин, второго и последующих рядов скважин, план; на фиг. 4- устройство, поясняющее способ. общий вид; на фиг . 5 и 6— основание буровой установки, поясняющее свойства выдвижной балки в процессе бурения на одном месте; на фиг. 7 и фиг. 8 — то

1735561

10

20 монтаж подающей трособлочной системы 8. 25

40

К бурильной головке 18 подсоединяются энергоподводящие коммуникации 25.

Траверса 7 снабжена анкерами 26, которые установлены с возможностью перемещения вдоль нее.

Устройство работает следующим образом.

Традиционными операциями являются: разметка места заложения скважин 1 иа обуриваемой площади 2, монтаж бурового оборудования 3 на месте заложения первой скважины 4, бурение последней и перемещение по площадке бурового оборудования

3 к очередному месту стоянки для бурения последующих скважин.

В предлагаемом способе разметку производят только для первых скважин 4 начального ряда 5, в зоне 6 которых монтируют буровое оборудование 3. Затем производят бурение первых скважин 4 начального ряда 5, смещают оборудование 3 в сторону от скважин 4. В этих скважинах закрепляют анкерную траверсу 7 трособлочной системы 8 для подачи и перемещения бурового оборудования в начальном ряду от одного места стоянки к другому. При этом на каждом очередном месте стоянки осуществляют при необходимости оперативную корректировку места заложения очереднь|х скважин 1, а после бурения скважин начального ряда 5 осуществляют передля бурения скважин в следующем ряду 9 обуриваемой площади 2, Перемещение оборудования от од:; ого места бурения к другому производят в собранном виде с помощью трособлочной системы 8, приводимой от установленной с одной стороны площади лебедки 10 и включающей обводной блок 11, закрепленный анкерным способом посредством траверсы 7, в крайних скважинах 4 с противоположной от лебедки 10 стороны площадки при проходке каждого очередного ряда скважин. При этом за одну остановку на очередном месте бурения выполняют не менее чем четыре скважины 1 (на фиг. 5 и 6 показано шесть) при условии возможности оперативного изменения расстояния между ними.

Указанная лебедка может быть смонтирована на бульдозере, автомобиле. Трособлочная система, а точнее ее натянутый трос 8, служит не только тяговым органом, но и является направляющей при перемещениях бурового оборудования 3 от одного места бурения к другому. Чтобы пробурить очередную пар тию скважин 1, буровое оборудование останавливают в точке, лежащей посередине между. этими скважинами (фиг. 3, 5, 6), После проходки начального ряда 5 производят бурение остальных перпендикулярных ему рядов 9 (фиг, 3), для чего анкерную траверсу 7 крепят в скважинах начального ряда 5, а перемещение оборудования осуществляют челночным методом, Возможен и другой порядок прохождения рядов 9, т. е. другая организация работ.

Данной способ предусматривает операцию быстрого изменения расстояния между скважинами, что очень важно в условиях, когда рабочие площадки значительных размеров (А = В = 20 м и более — фиг. 1) имеют грунты различной твердости, а также для компенсации неточности установки оборудования на месте очередного бурения скважин.

Устройстводля выполнения буровых работ, с помощью которого реализуется предлагаемый способ, содержит основание 12 с аутриггерами 13 и поворотным кругом 14., на котором смонтирована посредством роликов поворотная станина 15, несущая на себе податчик. Последний выполнен в виде направляющих 16 и подкоса 17 изменяемой длины. На податчике установлена бурильная головка 18, соединенная тросом с лебедкой 19.

Устройство снабжено трособлочной системой, включающей тяговый трос 8, концы которого закреплены на основании 12 бурильной установки, и который перекинут через обводной блок 11 анкерной траверсы 7 и связан с барабаном лебедки 10, Этот барабан может вь.пол нять роль канатоведущего блока, Поворотная станина 15 устройства имеет телескопическую подвижную в радиальном направлении балку 20; опоры 21 аутриггеров 13 выполнены в виде лыж, Все бурильные механизмы и узлы под- атчика (поз, 18 — 21) смонтированы на телескопической балке 20, На чертежах не показаны механизм разворота станины 15 относительно основания

12, который может быть выполнен также, как в прототипе в виде зубчатого венца на поворотном круге 14 и приводной шестерни.

Концы троса 8 на основании 12 закрепляются посредством быстроразьемных элементов 22, выполненных, например, в виде шкворневого соединения.

Станина 15 имеет фиксаторы (не показаны) положений балки 20, например, в виде винтов с контрэлементами, а сама балка— отверстие (кондуктор) 23 для бурового органа и дополнительный аутриггер 24, а также ручки {петли) дгя воздействия на балку 20 при ее выдвижении (не показано).

1735561

Буровое оборудование собирается и устанавливается на рабочей площадке 2 в зоне 6 бурения первых двух скважин 4 начального ряда 5 (фиг. 1 и 2). При этом горизонтальное положение основания 12 устанавливается с помощью винтов аутригеров 13, а требуемое расстояние между стартовыми скважинами 4, также как. и между продольными рядами скважин вообще, обеспечивается выдвижением балки 20.

Станина 15 механизмом поворота разворачивается до совпадения оси кондуктора с осью будущей скважины, причем это совпадение корректируется за счет выдвижения балки 20, а затем с помощью фиксаторов и аутриггера 24 буровое оборудование фиксируется в рабочем положении. Те же действия производят перед бурением каждой очередной скважины, если потребуется оперативная корректировка неточностей дис локации бурового оборудования, Включается источник энергии (например, компрессор), и производится бурение скважины, например, термомеханическим способом. После окончания бурения головка 18 пере >дится в верхнее положение, аутриггер 24 поднимается, станина 15 разворачивается для бурения второй стартовой скважины 4 (или любой очередной скважины), и описанный цикл повторяется. В пробуренных стартовых скважинах 4 начального ряда 5 закрепляется анкерная траверса 7 с помощью анкеров 26. Затем производится монтаж трособлочной системы, т. е. тягово-направляющего приспособления, для чего трос 8 перекидывается через обводной блок 11 траверсы 7, и концы троса закрепляются на основании 12 с помощью элементов 22, Что касается соединения троса с барабаном- лебедки, то обычно это делается заранее.

Производится натяжение троса и его ориентация относительно ряда бурильных скважин некоторого продольного и поперечного смещения лебедки. После этого устройство готово для бурения продольных рядов скважин, не требующего их предварительной разметки. На каждом месте стоянки бурового оборудования нет необходимости в разметке расстояния между рядами скважин в, поскольку оно задается положением телескопической балки 20 (фиг. 1 и 2). Расстояние между скважинами в продольном направлении а обеспечивается известным приемом, который заключается, например, в, использовании съемного (переставного) упора (не показано), устанавливаемого на наматываемой ветке троса 8 и взаимодействующего с конечным выключателем привода лебедки 10.

Для того чтобы удовлетворить требова ния при проведении буровзрывных работ как в скальных, так и в мерзлых грунтах, предлагаемое устройство предусматривает

5 возможность бурения скважин со значительным разбросом величины расстояния между ними, Для скального грунта характерны малые расстояния "а 1" и "в 1" (фиг. 5 и 6), которые, в частности, могут быть мень10 ше диаметра основания буровой установки, и поэтому потребуется бурение внутри поворотного круга, в том числе, вполне возможно и в центре его, причем станина 15для возможности бурить в пределах основания

15 имеет сверху и снизу продольную прорезь для прохода рабочего органа буровой установки. Аутриггер 24 установлен с возможностью быстрого монтажа-демонтажа. Из фиг.

7 и фиг. 8 понятно, как обеспечивается буре20 ние скважин со значительными, примерно, два раза превышающими диаметр основания, расстояниями между скважинами "а 2" и "в2", После прохода всей площадки устройст25 во (буровое оборудование, трос, траверса) и прочее вспомогательное оборудование демонтируется и перевозится на другую рабочую площадку.

Предлагаемые способ и устройство вы30 полнения буровых работ при подготовке котлована под фундамент различных сооружений в твердых грунтах по сравнению с известными аналогичными техническими решениями позволяют так организовать бу35 ровые работы, что оказалось возмо>кным существенно сократить продолжительность всего цикла подготовки котлована.

Применение устройства для бурения, отличающегося легкостью и возможностью

40 практически "на ходу" менять продольнопоперечный шаг скважин и снабженного направляющей в виде тяговоблочной системы позволило отказаться от предварительной разметки скважин, кроме нескольких стар45 товых. Дополнительный эффект заключается в снижении металлоемкости всего оборудования как по сравнению с вариантом самоходной бурильной установки на гусеницах или колесах, так и с вариантом, 50 когда применяются рельсовые направляющие и тяговая лебедка. 3to относится кэк к способу, так и к устройству. Таким образом, получаемый эффект (снижение трудоемкости и сроков работ, а также металлоемкости

55 оборудования) образуется не просто суммой составл я ющих от испол ьзован ия отдельных технических приемов и решений, а их взаимосвязанной композицией с получением добавочного результата. Действительно„использование анкерной траверсы и

1735561

20

30

40

55 троса — струны вместо самоходной буровой установки или рельсовых направляющих однозначно не может повлечь за собой существенное уменьшение трудоемкости буровых работ, так как, если не применять предлагаемое устройство с выдвижной балкой, дополнительно потребуются трудоемкие операции с соответствующей разметкой и передвижкой буровой установки в продольном и поперечном направлениях (подцепление тросами основания как вдоль, так и поперек ряда скважин, соответствующий разворот лыж аутриггеров, перемещение лебедки с продольного на поперечное направления движения буровой и обратно и другие сопутствующие операции).

Но если на эффект от применения быстропереставной траверсы с тяговым тросом-направляющей дополнительно наложить эффект от использования выдвижной балки станины, заключающийся в возможности практиче.ски "на ходу, в зависимости от изменяющихся прочностных свойств грунта, корректировать шаг скважин, то получается не просто суммарное качество от использования отдельных признаков объекта, но новый неожиданный эффект.

Применение предлагаемого способа выполнения буровых работ позволит увеличить производительность работ не менее чем на 30 и значительно сократить затраты на их выполнение. Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения только от одного комплекта предлагаемого бурово. го оборудования при разработке котлована под фундамент опоры ЛЭП в районах залегания скальных и мерзлых грунтов составит около 86 тыс. рублей.

Преимущества предлагаемого способа бурения и устройства его реализующего проиллюстрируем на примере разработки котлована под фундамент опоры линии электропередач (ЛЭП) в районах с горным рельефом местности. B этих районах опоры 4

ЛЭП, как правило, сооружаются на возвышенностях через каждые 400 — 600 м, при этом котлованы под их фундаменты разрабатывают квадратной формы (фиг. 1) глубиной до 3 м.

Продолжительность комплекса буровых работ при разработке котлована под фундамент ЛЭП определяется по следующей формуле

Т-и+тг+1з+ t4, где t< — продолжительность доставки бурового и вспомогательного оборудования на место разработки котлована;

tz - продолжительность пла.нировки площадки; тз — продолжительность разметки мест бурения скважин;

М вЂ” продолжительность бурения скважин.

В указанных условиях доставки известного бурового и вспомогательного оборудования от одного места разработки котлована к другому весьма проблематична и в среднем длится 10 — 12 ч. Предлагаемое буровое оборудование в разобранном виде монтируется на мобильном бульдозере, дополнительно оснащенном компрессором и лебедкой. Для транспортирования такого технического средства (общей массой приблизительно в 2 раза меньше массы буровой машины-аналога) не требуется проведения большого объема подготовительных работ и поэтому продолжительноСть его доставки на объект работ составит в среднем 2 — 3 ч, Продолжительность операции по планировке площадки при выполнении буровых работ известным способом составляет примерно 2 — 2,5 ч, так как для работы известной буровой машины уклон поверхности земли на площадке не должен превышать 3 (1). При работе предлагаемого бурового оборудования такой ровной площадки не требуется, в связи с этим продолжительность этой операции меньше в 2 — 3 раза.

Разметка мест бурения скважин (в нашем случае их 100 шт) в известном способе выполнения буровых работ составляет 1,5—

2 ч, а в предлагаемом-максимум 0,3 ч. Если учесть время сборки бурового оборудования в зоне бурения первых двух скважин начального ряда и суммарную продолжи.тельность переустановки анкерной траверсы в процессе бурения скважин, то можно принять в предлагаемом способе тз=1,5—

2 ч.

Последняя операция по бурению скважин при известном способе осуществляется в следующей последовательности (1): перемещение буровой машины к месту бурения скважины, установка ее в горизонтальное положение, перевод бурового оборудования из транспортного в рабочее (25 мин); одновременное бурение двух скважин (20 мин); перевод бурового оборудования из рабочего в транспортное {15 мин). Итого — на бурение двух скважин затрачивается 60 мин.

В случае применения предлагаемого бурового оборудования продолжительность этой операции составит: 15 мин — перемещение бурового оборудования и установка его основания в горизонтальное положение, а также 80 мин — на поочередное бурение. 4 скважин. Итого на бурение 4 скважин затрачивается 95 мин.

1735561

Продолжительность комплекса буровых работ при разработке котлована под фунда-. мент ЛЭП для известного способа составит

Т = 12 + 2 5+ 2 + 2 . 60 = 66,5 ч, а для

100 предлагаемого

Т=З+ 1+2+ 4 . 95455ч.

Итак во втором случае Т на 21 ч меньше, причем это значение еще уменьшается, ес- 10 ли с одной установки бурового оборудования бурить поочередно сразу 6 скважин (фиг. 5 и 6).

Такое уменьшение продолжительности буровой операции особенно важно при бу- 15 рении мерзлых грунтов, так как после образования скважин происходит заполнение их водой и их закупорка за счет обвала грунта, ;что приводит к необходимости перебура, Таким образом, если дополнительно 20 учесть, что во втором случае намного меньше капитальные вложения и эксплуатационные расходы, проще и надежнее конструкция бурового оборудования, меньше его масса и выше мобильность, то преимущества пред- 25 лагаемого способа выполнения буровых работ и устройства для осуществления неоспоримы.

Формула изобретения 30

1. Способ выполнения буровых работ, включающий разметку места заложения скважин на обуриваемой площади, монтаж бурового оборудования на месте заложения первой скважины, бурение этой скважины и 35 перемещение по площадке бурового оборудования к очередному месту стоянки для бурения последующих скважин, о т л и ч а юлп.шийся тем, что, с целью повышения производительности буровых работ за счет сокращения операций в технологическом цикле при бурении скважин по площади, разметку производят только для первых . скважин начального ряда, в зоне которых монтируютбуровоеоборудование,производят бурение первых скважин начального ряда, после чего смещают буровое оборудование в сторону от пробуренных скважин, s которых закрепляют анкерную траверсу трособлочной системы для подачи и перемещения бурового оборудования в начальном ряду. от одного места стоянки к другому, причем на каждом очередном месте стоянки осуществляют при необходимости оперативную корректировку места заложения очередных скважин, а после бурения скважин начального ряда осуществляют перемонтаж трособлочной системы для бурения скважин в следующем ряду обуриваемой площади.

2. Устройство для выполнения буровых работ, содержащее основание с аутриггерами и поворотным кругом, на котором смонтирована поворотная станина, несущая податчик с бурильной головкой, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения производительности работы, оно снабжено трособлочной системой подачи, включающей анкерную траверсу с обводным блоком и лебедки, трос которой охватывает обводной блок и закреплен на основании, при этом поворотная станина имеет телескопическую подвижную в радиальном направлении балку, на которой смонтированы податчик с бурильной головкой, а опоры аутриггеров выполнены в виде лыжи.

1735561

1735561

1735561 л

Составитель Д.Чесноков

Редактор В.Бугренкова Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор И.Муска

Заказ 1802 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/6

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина. 101