устройство для ручного бурения скважин

Формула изобретения

Устройство для ручного бурения скважин, включающее коронку с двумя режущими кромками, цилиндрический корпус с резьбовым хвостовиком для установки буровой штанги, трубчатый вкладыш для приема измельченного грунта, отличающееся тем, что коронка имеет внутреннюю гладкую поверхность в виде усеченного конуса с калибрующим отверстием для образования колонки грунта, диаметр которого на 23 мм меньше внутреннего диаметра трубчатого вкладыша, при этом трубчатый вкладыш выполнен из тонкостенной полиэтиленовой трубки и установлен внутри корпуса с зазором по диаметру.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к вращательному бурению неглубоких скважин малого диаметра без сохранения керна, когда применение передвижных механизированных буровых установок (станков) невозможно по условиям рельефа местности или нецелесообразно экономически.

Потребность в выполнении указанных работ возникает, в частности, при проходке гидронаблюдательных скважин глубиной до 5 м и диаметром порядка 40-50 мм.

Известен ручной бур ложкового типа (а.с. СССР №72115, кл 5а, 30 (Е 21 В 9/00), 1940 г.), состоящий из отрезка трубы длиной до 0,5 м, снабженного в верхней части скобой для подсоединения буровой штанги, а на нижнем конце с помощью двух дугообразных лопастей, приваренных к внутренней поверхности трубы и сходящихся своими краями к ее оси, образована режущая коронка.

Недостатком такого бура является неудобная и продолжительная очистка его внутренней полости от накопившегося в ней уплотненного грунта, особенно если бурение ведется по суглинку или влажной глине.

Известен бур (а.с. СССР №122108, кл. 5а, 30 (Е 21 В 9/00), 1958 г.), состоящий из цилиндрического бурового стакана с двумя диаметрально противоположными сквозными продольными пазами и штанги с воротком. В нижней части стакан снабжен двумя лемехообразными лопастями с заточенной режущей кромкой, загнутыми навстречу друг другу и соединенными перемычкой. Наличие двух лопастей позволяет за один оборот бура производить двойное подрезание почвы с уплотнением ее внутри цилиндрической части стакана. Удаление почвы из стакана осуществляется путем проталкивания ее вниз через продольные пазы.

Недостатком данного бура является то обстоятельство, что наличие двух достаточно широких продольных пазов, предназначенных для более удобного удаления из стакана накопившейся уплотненной почвы, позволяет ей в процессе бурения свободно выдавливаться также и за пределы наружного диаметра стакана, препятствуя тем самым вращению последнего, а затем - и извлечению бура из скважины после окончания очередного рабочего хода (определяемого заполнением стакана).

Известны также широко применяемые при гидрогеологических исследованиях грунтов грунтоносы забивных и обуривающих конструкций, снабженные стаканами (гильзами, вкладышами - контейнерами и т.п.), специально предназначенными для приема получаемого образца грунта с ненарушенной структурой - керна (Справочник гидрогеолога. Изд-во Госгеолтехиздат. Под общей редакцией М.Е. Альтовского. М., 1962 г., с.381-388).

Примером забивного грунтоноса может служить грунтонос конструкции Е.В. Симонова, содержащий приемный стакан для поступления породы, пружинный затвор для удержания породы в приемном стакане при подъеме грунтоноса из скважины, направляющую трубу, втулку, ударник (там же, с.383). Грунтонос спускается в скважину на канате. После установки его на забой приемный стакан забивается в грунт при помощи ударника. При натяжении каната заплечики ударника упираются во втулку и происходит подъем грунтоноса.

Известен обуривающий грунтонос конструкции К.И. Тыльчевского (там же, с.384-385), принятый за прототип. Грунтонос состоит из цилиндрического корпуса, к верхнему концу которого прикреплен переходник с нарезкой под штанги, а на нижнем конце снаружи располагаются двухзаходные режущие ножи для выбуривания породы. Внутри корпуса помещается разъемная гильза (вкладыш), которая при вращении корпуса остается неподвижной. У нижнего края гильзы, внутри нее, помещаются пружины кернорвателя.

Грунтонос опускается в скважину на штангах. По мере выбуривания породы ножами грунтонос вместе с гильзой опускается, измельченная порода поднимается по винтовой поверхности снаружи корпуса, а внутри гильзы остается колонка породы. При подъеме грунтоноса колонка породы отрывается и удерживается пружинами кернорвателя.

Однако из-за значительных наружных диаметров (до 135 мм) применение грунтоносов, как правило, рассчитано для работы с уже пробуренной скважиной и связано с необходимостью использования механизированных буровых установок.

Если же применение буровой установки по тем или иным причинам невозможно и скважину предстоит бурить вручную, то предназначенный для этого буровой инструмент должен обеспечивать возможность достаточно производительной работы с посильным крутящим моментом и небольшим усилием подачи, что как раз и может иметь место при диаметре скважины порядка 40-50 мм и соответствующей конструкции бурового устройства.

Задачей настоящего изобретения является облегчение процесса ручного бурения гидронаблюдательных скважин малого диаметра в сочетании с обеспечением удобства и простоты обслуживания бурового инструмента, а как следствие этого - повышение производительности труда, в том числе за счет снижения затрат времени на подготовку бурового инструмента для выполнения очередного рабочего хода.

Для решения поставленной задачи в предложенном устройстве, включающем коронку с двумя режущими кромками, цилиндрический корпус с резьбовыми хвостовиками для установки буровой штанги, трубчатый вкладыш для приема измельченного грунта, коронка имеет внутреннюю гладкую поверхность в виде усеченного конуса с калибрующим отверстием для образования колонки грунта, диаметр которого на 2-3 мм меньше внутреннего диаметра трубчатого вкладыша, при этом трубчатый вкладыш выполнен из тонкостенной полиэтиленовой трубки и установлен внутри корпуса с зазором по диаметру.

Отличительные признаки "коронка имеет внутреннюю гладкую поверхность в виде усеченного конуса с калибрующим отверстием для образования колонки грунта, диаметр которого на 2-3 мм меньше внутреннего диаметра трубчатого вкладыша" обеспечивают заявленному устройству возможность формирования колонки уплотненного грунта, беспрепятственно размещающейся внутри трубчатого вкладыша в процессе бурения и легко извлекаемой из него после окончания рабочего хода. При этом, как показали проведенные эксперименты, разница диаметров в 2-3 мм является оптимальной, уменьшение или увеличение данного размера не обеспечивает достижения поставленной задачи.

Совокупность отличительных признаков "коронка имеет..." и выполнение трубчатого вкладыша "из тонкостенной полиэтиленовой трубки и установлен внутри корпуса с зазором по диаметру" не только создают оптимальные условия для облегчения процесса ручного бурения гидронаблюдательной скважины, но и позволяют быстро подготовить данное устройство для выполнения очередного рабочего хода, в том числе и за счет использования запасного сменного трубчатого вкладыша.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволило установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для поставленной задачи.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

На фиг.1 изображен общий вид заявленного устройства, на фиг.2 показана конструкция его составных частей.

Устройство включает в себя снабженную двумя режущими кромками коронку 1, имеющую гладкую внутреннюю поверхность в виде усеченного конуса. Одна из кромок коронки несколько вынесена вперед по ходу подачи и как бы слегка отогнута наружу с целью исключения возможности затирания корпуса устройства в скважине. Другая кромка благодаря наличию небольшого продольного паза подогнута внутрь коронки и выполнена в виде радиального режущего лемеха. Коронка заканчивается калибрующим отверстием определенного диаметра "d_k".

С помощью резьбы коронка 1 соединена с корпусом 2, выполненным, например, из оцинкованной водогазовой трубы по ГОСТ 3262-75 (например, трубы с наружным диаметром 42,3 мм).

Внутри корпуса установлен с зазором по диаметру трубчатый вкладыш 3, выполненный из тонкостенной полиэтиленовой трубки.

Устройство заканчивается резьбовым хвостовиком 4, предназначенным для соединения с буровой штангой, вращение которой осуществляется обычным воротком, закрепленным на верхнем конце штанги также с помощью резьбы (на чертежах они условно не показаны).

Устройство работает следующим образом.

При вращении устройства вынесенная вперед по ходу подачи режущая кромка коронки 1 обеспечивает образование невысокого цилиндрического керна, с торца которого другая (радиальная) кромка коронки срезает тонкую стружку и, будучи выполнена в виде лемеха, направляет ее по своей наклонной плоскости вверх к трубчатому вкладышу 3.

Двигаясь внутри гладкой конической поверхности коронки, частицы грунта будут уплотняться и, пройдя через калибрующее отверстие "d_k", будут образовывать колонку грунта, диаметр которой будет на 2-3 мм меньше внутреннего диаметра трубчатого вкладыша. Это не только позволит колонке грунта беспрепятственно заполнять приемную полость трубчатого вкладыша, но и упростит ее извлечение из последнего после окончания процесса бурения скважины на глубину, соответствующую высоте трубчатого вкладыша.

При этом уплотненный грунт, находящийся внутри коронки и опирающийся к тому же на подогнутую внутрь ее режущую кромку, будет выполнять роль пробки, предохраняющей полученную колонку грунта от самопроизвольного выпадения при подъеме устройства из скважины.

Установка трубчатого вкладыша 3 внутри корпуса 2 с зазором по диаметру будет создавать благоприятные условия для его извлечения из корпуса после подъема устройства из скважины и подготовке к выполнению очередного рабочего хода.

По сравнению с известными устройствами аналогичного назначения предложенная конструкция не только создает оптимальные условия для облегчения процесса ручного бурения гидронаблюдательной скважины, но и позволяет быстро подготовить данное устройство для выполнения очередного рабочего хода, в том числе и за счет использования запасного сменного трубчатого вкладыша. То обстоятельство, что трубчатый вкладыш выполнен из коррозионностойкого материала - полиэтилена, а корпус устройства - из стальной оцинкованной трубы, обеспечивает их надежную эксплуатацию в течение длительного времени.