Колонковый бур для проходки скважин большого диаметра в скальных и вечномерзлых грунтах

 

Союз Советскик

Социалистических

Республик

<>791891

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ау

{51)М. Кл.з (22) Заявлено 200778 (21) 2647049/29-03 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Е 21 В 10/04

Е 21 В 25/00

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений н открытий

Опубликовано 301?80. Бюллетень № 48 !

Дата опубликования описания 30.1290

{53) УДК 624. 1 31. 34 (088.8) (72) Авторы изобретения

A.Ä. Прохоров, Ю.С. Кудрявцев, И.A. Пани

А.С. Лускин и Е.Г. Бренев

Всесоюзный научно-исследовательский инсти ут транспортного с I строительства

I (71) Заявитель (54) КОЛОНКОВЫИ БУР ДЛЯ ПРОХОДКИ СКВАЖИН

БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА В СКАЛЬ НЫХ И ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ

ГРУНТАХ

Изобретение относится к средствам . бурения скважин большОго диаметра в скальных породах и вечномерзлых грунтах кольцевым забоем с извлечением керна под столбы и сваи фундаментов промышленно-гражданских сооружений, в том числе в грунтах с включением гравия, гальки и валунов до 75 об.Ъ, а также при разведке месторождений полезных ископаемых для сооружения шурфов шахт в условиях вечной мерзлоты.

Известны колонковые буры для проходки скважин большого диаметра, имеющие приводные цилиндрические корпусы, снабженные породораэрушающим приводньм инструментом, устройствами подрезки и удержания керна

С1) .

Этот колонковый бур имеет низкую производитель ность буре н ия, по родоразрушающий инструмент быстро выходит из строя, молоэффективно устройство подреэки и удержания керна.

Известен также колонковый бур для проходки скважин большого диаметра, содержащий приводной цилиндрический двухстенный корпус, снабженный породоразрушающим инструментом, механизмом для подрезки и удержания керна, размещенным в межтрубном пространстве корпуса, и силовые цилиндры, взаимодействующие. с механизмом для подрезки керна (2) .

5 Недостатком данного колонкового бура является низкая производительность бурения в скальных породах и вечномерэлых грунтах, кроме того, в процессе бурения скважин разбивает10 ся и увеличивается щелевой зазор между стенкой скважины и корпусом бура, а это ведет к увеличению потребного количества и давления воздуха для удаления бурового шлама иэ

15 скважины. На подреэку керна горизонтально расположенными рычажно-шарошечными ножами затрачивается времени столько же, сколько на проходку скважины, а в грунтах со скальными:

2О включениями и того больше. Все предложенные ранее устройства для скола и подрезки керна оказались малоэффективными.

Целью изобретения является ïîâû25 шение эффективности скола керна и его удерживания во время подъема.

Указанная цель достигается тем, что механизм для подрезки и удержания керна выполнен в виде фартучных

30,керноломателей, шарнирно закреплек791891 ных на внутренней стороне корпуса, и напорных тяг с шарнирно эакрепленнмчи клиньями для взаимодействия с фартучными керноломателями, а штоки силовых цилиндров шарнирно соединены с напорными тягами, при этом механизм для подрезки и удержания керна размещен по полуокружности межд стенками корпуса, на другой полуокружности которого выполнено углубленив для удержания сдвинутого керна, причем нижняя часть корпуса weет наклонную поверхность, на которой размещены клинья с возможностью пе.ремещен ия.

В верхней части колонковый бур имеет прикрепленную приводную трубу, охнатываемую фрикцион ными колодками рычажной системы, нзаимодействукидей с зажимньм гидроцилиндром и двумя ренерсивными гидроцилиндрами вращения, укрепленными шарнирно на раме буровой установки и питаемыми иэ масляного бака через насос постоянной производительности, и реверснв ные распределители. Рычажная система снабжена упорами, нзаимодейству,кщими с концевыми выключателями, уста новлен ными на раме буровой установки.

На фиг. 1 изображен колонковый бур, общий нид; на фиг.2 — схема гидропривода.

Колонковый бур состоит из приводного цилиндрического днухстенного корпуса 1, снабженного активными шарошечными долотами 2, соединенными посредством валов 3 и шарниров

4 с зубчатой передачей 5, встроенной в верхней части бура и приводимой во вращение от приводной штанги б буровой устанонки. Колонковый бур в своей верхней части имеет прикрепленную приводную трубу 7 и гидропривод 8. Между стенками бура на полуокружности расположены силовые гидроцилиндры 9, штоки 10 которых соединенй посредством шарниров 11 и напорных тяг 12 с клиньями 13, опирающимися на наклонные поверхности

14 основания колонкового бура и вэаимодейстнукшими с фартучными керноломателями 15, укрепленными на шарнирах 16 но внутренней части колонконого бура. Для удержания сколотого керна во внутренней части бура наклонная полка 17 выполнена на половине окружности с некоторым углублением в корпус, Воздушная магистраль устройства включает рессивер, соединенный патрубком с приводным валом буровой установкии.

Гидропривод (см. фиг.2) состоит иэ фрик ционных колодок 18, охватывающих приводную трубу 7, рычажной системы 19, взаимодействующей с эажимным гидроцилиндром 20 и двумя реверсив ными гидроцилиндрами вращения 21 и 22, укрепленными на шарнирах 23 и 24 на раме буровой установки и питаемыми иэ масляного бака 25 через насос 26 постоянной производительности и ренерсивныв распределители 27 и 28 ° Гидросистема снабжена манометром 29, предохранительным клапаном 30, регулятором расхода масла 31, фильтром 32, гидравлическим замком 33 и гидравлическим аккумулятором 34. Для автоматического реверсирования вращения колонкового бура рычажная система снабжена упорами 35, взаимодействующими с концевыми выключателями 36, установленными на раме буровой установки.

При работе колонковый бур опускают н скважину с приводной трубой

7 и приводной штангой 6 буровой установки, по которой от рессинера по патрубку поступает сжатый воздух под шарошечные долота 2. При вращении приводной шта нг и б буровой уста нонки приводится в движение зубчатая передача 5, которая передает крутящий момент через валы 3 и шарниры

4 шарошечньм долотам. В этот момент для приведения в реверсивное вращение колонкового бура вокруг собственной оси включается насос 26 .постоя иной производительности, а реверсивный распределитель 28 ставится в рабочее положение, при этом масло от насоса 26 поступает в штоконую полость зажимного гидроцилиндра 20 и одновременно заряжает гидравлический аккумулятор 34. 0ток зажимного гидроцилиндра 20 вдвигается во внутрь

5

%5

ЗО и прижимает через рычажную систему фрикционные колодки 18, которые охватывают приводную трубу 7 с усилием, определяемым настройкой предохранительного клапана 30. После окончания операции захната ренерсинный распределитель 28 может находиться в прежней позиции или ставиться в нейтральное положение. В первом случае усилие зажима обеспечивается давлением в гидроцилиндре 20, создаваемым насосом. Во втором случае гидравлический замок 33 запирает штоковую полость зажнмного гидроцилиндра 20 и не дает воэможности штоку выдвинуться назад, а гидравлический аккумулятор 34 поддерживает в полости гидроцилиндра постоянное давление, необходимое для сохранения усилия захвата приводной трубы 7 и одновременно компенсирует возможные утечки. Затем н рабочее положение ставится реверсинный распределитель

27, и приводятся н движение штоки гидроцилиндрон вращения 21 и 22, которые поворачивают рычажную систему

19 и вместе с нею приводную трубу 7 и колонковый бур на заданный угол.

При этом, если колонковый бур вращается. по часовой стрелке, то жидкость подается в поршневую полость гидроцилиндра 21 и штоковую полость гидроцилиндра 22. По окончании поворо79 18 91 та,,жидкость через реверсив ный распределитель 27, реверсируется, и гидроцилиндры вращения 21 и 22 поворачивают рычажную систему 19 в исходное положение. После этого цикл повторя-ется °

Работа гидросистемы может проходить и в автоматическом режиме с использованием концевых выключателей

36, которые срабатывают от упоров

35, установленных на рычажной системе 19 в крайних положениях штоков, и через релейную. электрическую систему управления посылают соответствующие сигналы к электромагнитам реверсивных распределителей,. Скорость быстродейств ия механизма определяется настройкой регулятора расхода масла 31. Давление в гидросистеме ограничивается предохранительным клапаном 30.

Во время вращения колонкового бура устройство скола находится в крайнем верхнем положении и выключено из работы.

После проходки скважины и .образования керна на высоту, равную длине внутренней части бура, бурение прекращается, давление в воздушной магистрали сбрасывают до атмосферного, включают в работу силовые гидроцилиндры 9, штоки 10 которых через шарниры 11 и напорные тяги 12 передают продольную нагрузку на клинья 13, последние скользят по наклонньм плоскостям 14 основания колонкового бура, а вторыми сторонами упираются в-фартучные керноломатели 15.

При перемещении клиньев 13 в нижнее крайнее положение фартучные керноломатели 15 отклоняются от своей продольной оси и сдвигают керн в устройство для удержания керна на наклонную полку 17 внутри корпуса бура на противоположной стороне от фартучных керноломателей.

По окончании скола керна бур извлекают иэ скважины вместе с керном.

На поверхности буровую установку отводят от скважины и поднимают клинья

13 в верхнее крайнее положение, при этом фартучные керноломатели 15 занимают свое продольное положение, а керн выпадает из внутренней части колонкового бура. После извлечения керна колонковый бур снова опускают в скважину, и цикл бурения повторя5

В предлагаемом буре заложен новый способ скалывания керна: сдвиг керна или поперечный сдвиг, что значительно повышает эффективность скола и удержания керна во время подъема.

Формула изобретения

Колонковый бур для проходки скважин большого диаметра в скальных и вечномерзлых грунтах, включающий приводной цилиндрический двухстенный корпус, с породоразрушающим инструментом, механизм для подрезки и удержания керна, размещенный в межтрубном пространстве корпуса, и силовые цилиндры, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности скола керна и его удержания so время

25 подъема, механизм для подрезки и удержания керна выполнен в виде фартучных керноломателей, шарнирно закрепленных на внутренней стороне корпуса, и напорных тяг с шарнирно закЗО репленными клиньями для взаимодействия с фартучными керноломателями, а штоки силовых цилиндров шарнирно соединены с напорными тягами, при этом механизм для подрезки н удер35 жа н ия к е Рна ра зм еще н на полуок Ру жности между стенками корпуса, на цругой полуокружности которого выполнено углубление для удержания сдвинутого керна, причем нижняя часть корпуса имеет наклонную повер4О хность, íà которой размещены клинья с возможностью перемещения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

45 М 564418, кл. Е 21 С 13/12, 04.03.76.

2. Авторское свидетельство СССР

9 341936, кл. E 21 С 13/12, 28.03.69 (прототип) 791891

4 иг. Г

Состав итель Л. Чере пенкина

Редактор Д. Павлова Техред С, Мигун ова Хоррек тор В, Синицкая

Заказ 9414/31 Тираж 626 Подп ис ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР пэ делам изобретений и открытий

1130 35, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r.Óæãoðîä, ул.Проектная, 4