буровой снаряд для уплотнения грунта в скважине

Формула изобретения

Буровой снаряд для уплотнения грунта в скважине, содержащий полый корпус рабочего органа, выполненный в виде верхнего и нижнего усеченных конусов, соединенных друг с другом большими основаниями, жестко закрепленную внутри рабочего органа буровую штангу в виде трубы, связанную одним концом с базовой машиной, а на другом ее конце герметично закреплен породоразрушающий инструмент с внутренним каналом, отличающийся тем, что верхний и нижний усеченные конуса рабочего органа жестко соединены между собой большими основаниями, при этом диаметр породоразрушающего инструмента превышает размер меньшего основания нижнего усеченного конуса, а в корпусе нижнего усеченного конуса рабочего органа, на расстоянии, не меньшем половины его высоты, выполнены входные отверстия, которые посредством патрубков соединены с выходными отверстиями, выполненными в корпусе верхнего усеченного конуса рабочего органа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для раскатки вертикальных, наклонных и горизонтальных скважин в грунте и заполнения их материалом, например, низкомарочным раствором или мелкозернистым бетоном.

Известно устройство для образования скважин (1), включающее вал, на котором последовательно установлены с возможностью вращения наконечник, рабочие элементы, выполненные в виде цельнометаллических цилиндров и усеченных конусов, жестко закрепленных на валу, продольные оси симметрии которых смещены параллельно продольной оси вращения навесного рабочего органа, усеченные конусы выполнены с равномерно увеличивающимся диаметром в сторону цилиндров, количество которых не превышает двух, и хвостовик.

К недостаткам известного устройства следует отнести сложность и дороговизну в изготовлении, невозможность устанавливать рабочие катки с оптимальными углами наклона и их разворота, трудоемкость в эксплуатации. А наличие уплотнительных элементов не защищает от попадания в зазоры между катками частиц грунта и влаги во время раскатки скважин, что приводит к выходу из строя устройства.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство для раскатки скважин (2), включающее полый корпус рабочего органа, выполненный в виде верхнего и нижнего усеченных конусов, соединенных друг с другом большими основаниями, жестко закрепленную внутри рабочего органа буровую штангу в виде трубы, связанную одним концом с базовой машиной, а на другом ее конце герметично закреплен породоразрушающий инструмент с внутренним каналом. Устройство дополнительно снабжено скользящей муфтой, выполненной в виде крестовины, направляющими втулками и бойками, фиксатором, штоком, двухзвенными рычажными ножами и режущими зубьями с долотом.

Недостатком данного устройства является сложность конструкции, трудоемкость в изготовлении и высокое сопротивление погружению уплотняющего снаряда за счет трения по грунту и постепенного (по мере погружения) нарастания пассивного сопротивления грунта погружению конуса. При наличии твердых включений в грунте такое устройство неприменимо. Очевидно, что это приводит к повышенному износу инструмента, необходимости применения сверхмощных вращателей и в итоге к повышенным трудовым и материальным затратам при проведении работ по бурению скважин и уплотнению грунта данным устройством.

Задачей изобретения является создание бурового снаряда для уплотнения грунта в скважине с малыми энергозатратами, простого в изготовлении, технологичного в эксплуатации и с низкой стоимостью изготовления.

Сущность изобретения заключается в следующем.

В конструкции бурового снаряда для уплотнения грунта в скважине, содержащего полый корпус рабочего органа, выполненный в виде верхнего и нижнего усеченных конусов, соединенных друг с другом большими основаниями, жестко закрепленную внутри рабочего органа буровую штангу в виде трубы, связанную одним концом с базовой машиной, а на другом ее конце герметично закреплен породоразрушающий инструмент с внутренним каналом, согласно изобретению, верхний и нижний усеченные конуса рабочего органа жестко соединены между собой большими основаниями, при этом диаметр породоразрушающего инструмента превышает размер меньшего основания нижнего усеченного конуса, а в корпусе нижнего усеченного конуса рабочего органа, на расстоянии, не меньшем половины его высоты (h), выполнены входные отверстия, которые посредством патрубков соединены с выходными отверстиями, выполненными в корпусе верхнего усеченного конуса рабочего органа.

Такая конструктивная особенность выполнения формы рабочего органа, при уплотнении скважин в различных грунтовых условиях, позволяет уменьшить нагрузку на приводное устройство рабочего органа за счет постепенного вытеснения бурового раствора в околоскважинное пространство через отверстия, выполненные на конусной поверхности рабочего органа, и таким образом формировать уплотненную зону грунта максимальных размеров, а место расположения отверстий в рабочем органе обеспечивает оптимальные условия уплотнения боковых стенок скважины. Использование жесткого соединения между рабочим органом и штангой и использование последней в качестве оси вращения упрощает технологический процесс изготовления устройства, снижает его стоимость и повышает технологичность в эксплуатации и полностью исключает попадание частиц грунта в рабочий орган.

Техническое решение поясняется чертежом, где показан общий вид бурового снаряда для уплотнения грунта в скважине.

Буровой снаряд для уплотнения грунта в скважине состоит из полого корпуса рабочего органа 1, выполненного из двух верхнего 2 и нижнего 3 усеченных конусов, жестко соединенных друг с другом большими основаниями. Внутри рабочего органа 1 жестко закреплена буровая штанга (4), выполненная в виде трубы, которая одним своим концом соединена с базовой машиной (на чертеже не показана), а на другом ее конце герметично закреплен породоразрушающий инструмент 5 с внутренним каналом 6 (например, шарошечное долото). При этом диаметр породоразрушающего инструмента превышает размер меньшего основания нижнего усеченного конуса 3. В корпусе нижнего усеченного конуса 3 рабочего органа 1 на расстоянии, не меньшем половины его высоты (h), выполнены входные отверстия 7, которые посредством патрубком 8 соединены с выходными отверстиями 9, выполненными в корпусе верхнего усеченного конуса 2 рабочего органа 1.

Буровой снаряд для уплотнения грунта в скважине можно использовать с типовыми серийно выпускаемыми буровыми установками типа ПБУ-1, СБУ-100 ГА и их модификациями, способными создавать вращающий момент и поступательное перемещение.

Буровой снаряд для уплотнения грунта в скважине работает следующим образом. Вначале буровой снаряд соединяют с приводом буровой установки и буровым насосом и устанавливают на поверхность грунта в месте предполагаемого бурения скважины. Буровому снаряду сообщают вращательное движение с вдавливающим усилием и одновременной подачей циркуляции под давлением бурового раствора по полости буровой штанги 4 с принудительным его выходом в забой скважины по внутреннему каналу 6 породоразрушающего инструмента 5. Вращаясь, пороразрушающий инструмент 5 погружается в грунт, разрушая его, а буровой раствор, подаваемый в забой скважины под давлением, выносит разрыхленный грунт в полость скважины. За счет избыточного давления буровой раствор частично инфильтруется в окружающий скважину грунт, увлажняя и частично уплотняя его, таким образом формирует скважину. Через отверстия 7 по патрубкам 8 избыток бурового раствора выходит в вышерасположенную часть скважины, засасывается буровым насосом и вновь подается на циркуляцию. Уплотнение грунта скважины с вытеснением его в боковые стенки происходит за счет расклинивающего действия конического снаряда при его погружении. Подача бурового раствора в забой скважины и циркуляции его вдоль поверхности снаряда при бурении обеспечивает снижение сопротивления разрушению грунта за счет избыточного порогового давления в нем и выполнения роли смазки между трущимися о грунт поверхностью бурового снаряда и самим грунтом. Это приводит к снижению материальных и трудовых затрат при уплотнении грунта вращающимися устройствами.

Источники информации

1. Патент России №2080442, кл, Е 02 F 5/20, БИ №17, 1997 г.

2. Авторское свидетельство СССР №1390339, кл. Е 21 В 7/28, БИ №15, 1988.