Способ образования скважин в грунте для бестраншейной прокладки коммуникаций (варианты)
Владельцы патента RU 2495198:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук (RU)
Изобретение относится к горному делу и строительству - к технологии направленного горизонтального бурения скважин в грунте, применяется при бестраншейной прокладке и ремонте подземных коммуникаций. Способ по первому варианту включает образование пионерной скважины по проектной оси прокладываемой коммуникации, расширение пионерной скважины до проектного диаметра разрушением грунта с помощью рабочего органа, соединенного с буровой штангой, и транспортировку продуктов разрушения посредством трубопровода, соединенного со свободным концом рабочего органа при вращении последнего вокруг продольной оси, для чего создают на открытом конце трубопровода давление ниже атмосферного с помощью вакуумобразующего устройства. Способ по второму варианту отличается от способа по первому варианту тем, что транспортировку продуктов разрушения осуществляют посредством буровой штанги. Повышается эффективность рабочего процесса за счет использования технологического оборудования, принцип действия которого обеспечивает рациональное использование установленной мощности. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Техническое решение относится к горному делу и строительству, а именно к технологии направленного горизонтального бурения скважин в грунте, и может найти применение при бестраншейной прокладке и ремонте подземных коммуникаций.
Известен способ образования скважин в грунте при прокладке подземных коммуникаций под препятствием, реализованный в устройстве для бестраншейной прокладки трубопроводов по а.с. СССР №1159989, E02F 5/18, опубл. 07.06.1985 г., согласно которому по проектной оси прокладываемой коммуникации между рабочим и приемным котлованами бурят пилотную скважину, в которой после бурения остается колонна бурильных труб. К колонне бурильных труб крепят расширитель, которым расширяют скважину. Затем в скважину устанавливают колонну обсадных труб, соединенную с расширителем для образования скважины с проектным диаметром. К расширителю с помощью шпинделя крепят шток, к которому подведена магистраль высокого давления. Колонной бурильных труб передают к расширителю крутящий момент и тяговое усилие, создаваемые любым известным способом, по ней же прокачивают очистной агент, поступающий в расширитель, проходящий через его промывочное отверстие и транспортирующий из скважины продукты разрушения по затрубному пространству.
Недостатками известного способа является низкая эффективность работы и большая энергоемкость процесса разрушения, которая обусловлена необходимостью разрушения грунта до частиц, размер которых позволяет осуществить их транспортировку через затрубное пространство. При этом транспортировка продуктов разрушения по затрубному пространству может привести к необходимости образования скважины увеличенного диаметра и к нарушению целостности стенок скважины из-за абразивного воздействия на них продуктами разрушения. Большая площадь проходного сечения затрубного пространства приводит к снижению скорости потока очистного агента и способствует выпадению в осадок транспортируемых им продуктов разрушения, в результате чего эти продукты разрушения вдавливаются в стенки скважины, что приводит к увеличению энергоемкости технологического процесса. Кроме того, удаление поступивших из затрубного пространства продуктов разрушения требует дополнительных средств и временных затрат, чтобы избежать ухудшения экологической обстановки.
Известен способ образования скважин в грунте при прокладке подземных коммуникаций под препятствием по патенту РФ №2127348, Е02F 5/18, опубл. 10.03.1999 г., согласно которому по проектной оси прокладываемой коммуникации между рабочим и приемным котлованами проходят пионерную скважину, размещают в пионерной скважине штангу, которую соединяют с рабочим органом, перемещают рабочий орган по пионерной скважине приложением к штанге осевого усилия и с помощью рабочего органа производят расширение пионерной скважины до проектного диаметра разрушением грунта, а транспортировку продуктов разрушения осуществляют с помощью рабочего агента, который подают в зону разрушения. При разрушении грунта для расширения пионерной скважины его предварительно измельчают и направляют в грунтоприемную камеру рабочего органа, причем при измельчении грунта на него дополнительно воздействуют струями рабочего агента, а в грунтоприемной камере продукты разрушения перемешивают с рабочим агентом до образования пульпы, транспортировку которой осуществляют с помощью расположенного в грунтоприемной камере эжекторного насоса по расположенному в образованной скважине пульпопроводу, а по мере образования скважины в нее подают тиксотропный раствор.
Недостатками данного способа являются низкие эффективность и надежность работы. Производительность эжекторного насоса мала. Струя чистого рабочего агента увлекает за собой часть пульпы, находящейся в грунтоприемной камере. Концентрация твердой фазы, то есть грунта, в пульпопроводе будет низкой. Следовательно, будет низкой и пропускная способность пульпопровода. Кроме того, для транспортирования определенного объема продуктов разрушения необходим большой объем рабочего агента. В местах прокладки подземных коммуникаций часто встречается неоднородный по составу грунт с включениями в виде обломков камней, кирпича, щебня и прочего строительного мусора. При попадании таких твердых нерастворимых в рабочем агенте включений внутрь грунтоприемной камеры происходит закупоривание эжекторного насоса или пульпопровода. Это приводит к аварийной остановке процесса. Если при этом подачу рабочего агента в грунтоприемную камеру не прекращают, он выходит наружу и размывает грунт, образуя каверны. Это приводит к провалу поверхности над скважиной.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков к заявляемому техническому решению является 1 вариант способа бестраншейной прокладки коммуникаций в грунте по патенту РФ №2344241, Е02F 5/18, опубл. 20.01.2009 г, включающий образование пионерной скважины по проектной оси прокладываемой коммуникации между рабочим и приемным котлованами и одновременную прокладку в ней буровой штанги, которую соединяют с рабочим органом, последующее расширение пионерной скважины до проектного диаметра разрушением грунта с помощью рабочего органа и транспортировку продуктов разрушения, осуществляемую потоком очистного агента через трубопровод, причем трубопровод размещают в расширенной части скважины, соединяют с рабочим органом и вращают вместе с ним вокруг продольной оси.
Недостатком данного способа является низкая эффективность работы за счет использования технологического оборудования для обеспечения транспортировки продуктов разрушения (компрессора), принцип действия которого обеспечивает нерациональное использование установленной мощности.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности рабочего процесса за счет использования технологического оборудования, принцип действия которого обеспечивает рациональное использование установленной мощности.
Поставленная задача по первому варианту достигается тем, что в способе образования скважин в грунте для бестраншейной прокладки коммуникаций, включающем образование пионерной скважины по проектной оси прокладываемой коммуникации, расширение пионерной скважины до проектного диаметра разрушением грунта с помощью рабочего органа, соединенного с буровой штангой, и транспортировку продуктов разрушения, согласно техническому решению транспортировку продуктов разрушения осуществляют посредством трубопровода, соединенного со свободным концом рабочего органа при вращении последнего вокруг продольной оси, для чего создают на открытом конце трубопровода давление ниже атмосферного с помощью вакуумобразующего устройства.
Указанная совокупность признаков позволяет повысить эффективность рабочего процесса за счет использования технологического оборудования (например, промышленных пылесосов), принцип действия которого обеспечивает рациональное использование установленной мощности за счет создания тягового усилия.
По второму варианту решение поставленной задачи достигается тем, что в способе образования скважин в грунте для бестраншейной прокладки коммуникаций, включающем образование пионерной скважины по проектной оси прокладываемой коммуникации, расширение пионерной скважины до проектного диаметра разрушением грунта с помощью рабочего органа, соединенного с буровой штангой, и транспортировку продуктов разрушения, согласно техническому решению транспортировку продуктов разрушения осуществляют посредством буровой штанги при ее вращении вокруг продольной оси, для чего создают на открытом конце буровой штанги давление ниже атмосферного с помощью вакуумобразующего устройства.
Указанная совокупность признаков позволяет повысить эффективность рабочего процесса за счет использования технологического оборудования, принцип действия которого обеспечивает рациональное использование установленной мощности за счет создания тягового усилия. Кроме того, предлагаемый вариант эффективен при сооружении тупиковых горизонтальных скважин в стесненных городских условиях, где невозможно иметь приемный котлован.
Целесообразно при этом осуществлять расширение пионерной скважины разрушением грунта с помощью рабочего органа, выполненного с направляющим выступом в виде конуса или клина. Это способствует стабилизации курса проходки скважины, повышая эффективность рабочего процесса.
Сущность предлагаемых способов образования скважин в грунте для бестраншейной прокладки коммуникаций поясняется примерами их реализации и чертежами фиг.1, 2. На фиг.1 изображена схема реализации способа по первому варианту, на фиг.2 - то, же по второму варианту.
Способ образования скважин в грунте для бестраншейной прокладки коммуникаций по первому варианту реализуют следующим образом. По проектной оси прокладываемой коммуникации между рабочим 1 (фиг.1) и приемным 2 котлованами образуют пионерную скважину 3. Проходка пионерной скважины 3 может быть осуществлена любым известным инструментом (например, с помощью пневмопробойника или буровой колонны установки горизонтального бурения). Диаметр образуемой пионерной скважины 3 значительно меньше проектного диаметра скважины для бестраншейной прокладки коммуникаций в грунте. С образованием пионерной скважины 3 в ней размещают буровую штангу 4, после чего в приемном котловане 2 к ней присоединяют рабочий орган 5, диаметр корпуса которого равен проектному диаметру скважины. К свободному концу рабочего органа 5 присоединяют трубопровод 6, который монтируют звеньями. Буровую штангу 4 вращают вместе с рабочим органом 5 и трубопроводом 6 и одновременно перемещают поступательно в направлении, обратном проходке пионерной скважины 3, с помощью бурового станка 7, расположенного в рабочем котловане 1. При перемещении рабочего органа 5 по пионерной скважине 3 происходит ее расширение до проектного диаметра разрушением грунта. По мере продвижения рабочего органа 5 периодически осуществляют демонтаж звеньев буровой штанги 4 и наращивание звеньев трубопровода 6, при этом буровая штанга 4 укорачивается, а трубопровод 6, соответственно, удлиняется. Рабочий орган 5, вращаясь, измельчает продукты разрушения Пр, которые под действием воздушной тяги, создаваемой давлением -Р ниже атмосферного на открытом конце трубопровода 6 с помощью вакуумобразующего устройства 8, перемешиваясь, движутся по трубопроводу 6 по направлению к вакуумобразующему устройству 8, установленному в приемном котловане 2. После прохождения по трубопроводу 6 продукты разрушения попадают в емкость 9 вакуумобразующего устройства 8. Направление движения продуктов разрушения Пр на фиг.1 показано стрелками. После образования скважины рабочий орган 5 извлекают из рабочего котлована 1, демонтируют трубопровод 6, размещают в скважине коммуникацию.
По второму варианту способ реализуют следующим образом. По проектной оси прокладываемой коммуникации со стороны рабочего котлована 1 (фиг.2) образуют пионерную скважину 3. Проходка пионерной скважины 3 может быть осуществлена любым известным инструментом (например, с помощью реверсивного пневмопробойника или буровой колонны установки горизонтального бурения). Диаметр образуемой пионерной скважины 3 значительно меньше проектного диаметра скважины для бестраншейной прокладки коммуникаций в грунте. После образования пионерной скважины 3 инструмент, производящий ее проходку, извлекают со стороны рабочего котлована 1. После этого в рабочем котловане 1 на забой ориентируют рабочий орган 5, диаметр корпуса которого равен проектному диаметру скважины, соединяют рабочий орган 5 с буровой штангой 4. Рабочий орган 5 может иметь направляющий выступ в виде конуса или клина. Буровую штангу 4 вращают вместе с рабочим органом 5 и одновременно перемещают поступательно в направлении проходки пионерной скважины 3. Вращение и перемещение буровой штанги 4 с рабочим органом 5 может быть осуществлено буровым станком 7, расположенным в рабочем котловане 1. При перемещении рабочего органа 5 по пионерной скважине 3 происходит ее расширение до проектного диаметра разрушением грунта. По мере продвижения рабочего органа 5 периодически осуществляют монтаж звеньев буровой штанги 4. Рабочий орган 5, вращаясь, измельчает продукты разрушения Пр, которые под действием воздушной тяги, создаваемой на открытом конце буровой штанги 4 давлением -Р ниже атмосферного с помощью вакуумобразующего устройства 8, перемешиваясь, движутся по буровой штанге 4 по направлению к вакуумобразующему устройству 8, установленному в рабочем котловане 1.
После прохождения по буровой штанге 4 продукты разрушения попадают в емкость 9 вакуумобразующего устройства 8. Направление движения продуктов разрушения Пр на фиг.2 показано стрелками. После образования скважины демонтируют буровую штангу 4, рабочий орган 5 извлекают из рабочего котлована 1, размещают в скважине коммуникацию.
1. Способ образования скважин в грунте для бестраншейной прокладки коммуникаций, включающий образование пионерной скважины по проектной оси прокладываемой коммуникации, расширение пионерной скважины до проектного диаметра разрушением грунта с помощью рабочего органа, соединенного с буровой штангой, и транспортировку продуктов разрушения, отличающийся тем, что транспортировку продуктов разрушения осуществляют посредством трубопровода, соединенного со свободным концом рабочего органа при вращении последнего вокруг продольной оси, для чего создают на открытом конце трубопровода давление ниже атмосферного с помощью вакуумобразующего устройства.
2. Способ образования скважин в грунте для бестраншейной прокладки коммуникаций, включающий образование пионерной скважины по проектной оси прокладываемой коммуникации, расширение пионерной скважины до проектного диаметра разрушением грунта с помощью рабочего органа, соединенного с буровой штангой, и транспортировку продуктов разрушения, отличающийся тем, что транспортировку продуктов разрушения осуществляют посредством буровой штанги при ее вращении вокруг продольной оси, для чего создают на открытом конце буровой штанги давление ниже атмосферного с помощью вакуумобразующего устройства.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что расширение пионерной скважины разрушением грунта осуществляют с помощью рабочего органа, выполненного с направляющим выступом в виде конуса или клина.
