УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОХОДКИ СКВАЖИН И РАСШИРЕНИЯ СУЩЕСТВУЮЩИХ ОТВЕРСТИЙ Российский патент 2004 года по МПК E02F5/18 E21B7/26 E21B7/30 

Изобретение относится к устройствам для проходки скважин и расширения существующих отверстий и может быть использовано в строительстве, например, при прокладке подземных коммуникаций.

Известно устройство для проходки скважин, содержащее приводной вал и рабочий орган, состоящий из ряда конических катков, установленных эксцентрично один за другим на общем валу (см. Свирщевский В.К. Проходка скважин в грунте способом раскатки. - Новосибирск. 1982.- с.25; Бобылев Л.М., Бобылев А.Л.. Прохоренко Г.К. Раскатчики скважин в сфере бестраншейных технологий. - РОБТ.- 2001.- №5.- с.36-39).

При вращении и осевой подаче вала рабочего органа катки обкатываются по своим забоям, формируя стенки скважины. Каждый последующий каток входит в раскатанный предыдущим катком участок скважины, увеличивая диаметр последней. При реверсировании привода устройства рабочий орган выходит из скважины.

При обратном ходе данного устройства его сцепление с грунтом, осуществляемое через посредство задней кромки последнего катка, незначительно, поэтому при выводе из скважины рабочий орган склонен к проскальзыванию, что существенно затрудняет и замедляет его вывод из скважины.

Кроме того, жесткая неразборная конструкция известного устройства не позволяет осуществлять его сборку/разборку непосредственно на месте производства работ, что в определенных ситуациях, например, при необходимости оперативного увеличения или уменьшения диаметра скважины, требует приостановки работ и, в конечном счете, приводит к увеличению продолжительности проходки.

Известно устройство для проходки скважин, включающее привод, связанный посредством вала с рабочим органом, состоящим из развернутых и эксцентрично установленных относительно оси вращения конических для прямого хода и цилиндрических для реверса катков (см. Свирщевский В.К. Проходка скважин в грунте способом раскатки. - Новосибирск. 1982.- С.25-26).

Оси катков развернуты в поперечной и смещены в продольной плоскости относительно оси рабочего органа таким образом, что при вращении последнего катки катятся по винтовой линии, и рабочий орган ввинчивается в грунт, образуя скважину. При реверсировании устройства специальные реверсивные катки, определенным образом расположенные относительно оси вращения, перемещаются по стенкам скважины по обратной винтовой линии, за счет чего эффективность вывода устройства из скважины повышается.

Однако на практике стенки скважины в зависимости от типа и влажности грунта в той или иной степени склонны к потере формы, “плывут” и осыпаются, поэтому при обратном ходе рабочего тела реверсивные катки цилиндрической формы часто заклинивает, что приводит к остановке проходки и непроизводительным потерям энергии, снижению производительности работ и к поломкам устройства.

Кроме того, в конструкции известного устройства не предусмотрена возможность оперативной сборки/разборки рабочего органа непосредственно на месте работ (например, для замены катков, мелкого ремонта и т.п. операций), что, учитывая время на транспортировку устройства в мастерскую и обратно, увеличивает продолжительность проходки.

Задачей настоящего изобретения является повышение производительности проходки за счет исключения проскальзывания и заклинивания устройства при его выводе из скважины и обеспечения возможности его оперативной сборки/разборки непосредственно на месте проведения работ.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для проходки скважин и расширения существующих отверстий, включающем привод, соединенный посредством промежуточного вала с рабочим органом, содержащим последовательно развернутые и эксцентрично установленные относительно оси вращения конические и цилиндрические катки, рабочий орган составлен из последовательно установленных на оси вращения съемных модулей - модуля обратного хода, формирователя скважины, модуля прямого хода и наконечника, при этом формирователь скважины выполнен из цилиндрических катков одинакового диаметра, а модули прямого и обратного ходов выполнены из цилиндрических катков различного диаметра или конических катков, причем катки модулей установлены в порядке уменьшения их диаметров в направлении концов рабочего органа.

Формирователь скважины и модули прямого и обратного ходов состоят, по меньшей мере, из двух катков каждый.

Наконечник рабочего органа, в зависимости от типа грунта и/или вида выполняемых работ, выполнен в виде конуса, бурава.

Промежуточный вал привода выполнен телескопическим или состоит из сочленяемых штанг, обеспечивающих возможность наращивания его длины.

Двигатель привода установлен на направляющих с возможностью перемещения по ним в направлении скважины.

На чертеже представлен общий вид устройства.

Устройство содержит двигатель 1, направляющие 2, промежуточный вал привода 3, рабочий орган, состоящий из наконечника 4, модуля прямого хода 5, формирователя скважины 6 и модуля обратного хода 7.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы в центр устья будущей скважины втыкают в грунт наконечник 4 рабочего органа, соединяют последний непосредственно или через посредство промежуточного вала 3 с двигателем 1 (в качестве двигателя может быть использована обычная электродрель), после чего, нажимая с некоторым усилием на рабочий орган в продольном направлении, включают двигатель и выполняют первоначальное забуривание рабочего органа в грунт.

При вращении рабочего органа катки модуля рабочего хода 5 катятся по своим забоям, раскатывая скважину, и одновременно перемещаются по закручивающейся винтовой линии, обеспечивая самоподачу рабочего органа. Цилиндрические катки формирователя скважины 6 формируют и уплотняют стенки скважины.

С целью повышения точности проходки и обеспечения удобств эксплуатации устройства двигатель устанавливают на направляющие 2, длина которых равна длине, по меньшей мере, одной штанги промежуточного вала. По мере углубления рабочего органа в скважину двигатель останавливают, отсоединяют его от промежуточного вала и отводят по направляющим назад, после чего путем подсоединения к промежуточному валу 3, по меньшей мере, одной удлинительной штанги наращивают его длину, подсоединяют к валу двигатель и продолжают проходку.

Для вывода рабочего органа из скважины реверсируют двигатель устройства. При вращении рабочего органа в обратном направлении катки модуля обратного хода 7 перекатываются по раскручивающейся в направлении устья скважины винтовой линии, обеспечивая вывинчивание рабочего органа из скважины. Выполнение катков модуля 7 в виде усеченного конуса, меньшее основание которого направлено в сторону устья скважины исключает заклинивание рабочего органа при его обратном ходе даже при наличии дефектов скважины (деформации и оплывания стенок, осыпании грунта и др.). Вместе с тем, равенство диаметров больших оснований реверсивных катков диаметру скважины исключает проскальзывание рабочего органа, что, в конечном счете, обеспечивает надежный вывод последнего из скважины.

Выполнение рабочего органа из функциональных легкосъемных модулей за счет сокращения непроизводительных затрат времени на его сборку/разборку обеспечивает повышение производительности проходки.

Известно, что на практике структура и свойства грунта по длине скважины могут существенно изменяться. Как следствие, в процессе проходки часто требуется изменять конфигурацию рабочего органа (форму, размеры и взаиморасположение катков, тип наконечника и т. п.). В отличие от известных проходчиков конструкция предлагаемого устройства обеспечивает возможность оперативного модифицирования рабочего органа в соответствии с изменяющимися условиями проходки непосредственно на рабочем месте, что, в конечном счете, увеличивает производительность проходки.

При прокладке подземных коммуникаций в пройденную скважину, как правило, требуется завести кабель, трос или трубу. Для выполнения указанной операции модули прямого хода и формирователь скважины могут быть исключены из состава рабочего органа, а вместо наконечника устанавливается захватное приспособление, с помощью которого в скважину при обратном ходе рабочего органа заводится требуемый объект. При этом снижается потребление энергии рабочим органом и повышается к.п.д. устройства в целом.

Технические и технологические возможности заявляемого устройства иллюстрирует нижеследующий пример его практического применения.

Состав устройства: рабочий орган длиной 630 мм, диаметром 86 мм: электропривод мощностью 1500 Вт: промежуточный вал, состоящий из штанг длиной по 750 мм каждая.

Цель проводимых работ: направленный прямолинейный прокол грунта (суглинок) протяженностью 12 м под автодорогой на глубине 3 м.

После определения направления скважины, включения электропривода и первоначального поджатия оператором рабочего органа последний надежно ввинчивался в грунт, перемещая за собой штанги промежуточного вала и электропривод, без приложения внешних усилий.

Результаты испытаний:

- вертикальное и горизонтальное смещение центра скважины от расчетного направления на длине проходки не превысило 10 мм:

- время проходки с учетом технологических остановок - 75 мин;

- скорость проходки - 12 м/час при числе оборотов двигателя 60 об/мин:

- по всей длине проходки диаметр скважины не менее 80 мм, скважина свободна от грунта и имеет уплотненные стенки.

Изобретение относится к устройствам для проходки скважин и расширения существующих отверстий и может быть использовано в строительстве, например, при прокладке подземных коммуникаций. Устройство включает привод, соединенный посредством промежуточного вала с рабочим органом, содержащим последовательно развернутые и эксцентрично установленные относительно оси вращения конические и цилиндрические катки. Рабочий орган выполнен в виде последовательно установленных на оси вращения съемных модулей - модуля обратного хода, формирователя скважины, модуля прямого хода и наконечника. Формирователь скважины выполнен из цилиндрических катков одинакового диаметра. Модули прямого и обратного ходов выполнены из цилиндрических катков различного диаметра или конических катков, причем катки модулей установлены в порядке уменьшения их диаметров в направлении концов рабочего органа. Изобретение обеспечивает повышение производительности проходки. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для проходки скважин и расширения существующих отверстий, включающее привод, связанный посредством промежуточного вала с рабочим органом, содержащим конические и цилиндрические катки, последовательно развернутые и эксцентрично установленные относительно оси вращения, отличающееся тем, что рабочий орган составлен из последовательно установленных на оси вращения съемных модулей - модуля обратного хода, формирователя скважины, модуля рабочего хода и наконечника, при этом формирователь скважины выполнен из цилиндрических катков одного диаметра, а модули рабочего и обратного ходов выполнены из цилиндрических катков различных диаметров или конических катков, причем катки модулей установлены в порядке уменьшения их диаметров в направлении концов рабочего органа.2. Устройство для проходки скважин и расширения существующих отверстий по п.1, отличающееся тем, что наконечник рабочего органа выполнен в виде бурава.3. Устройство для проходки скважин и расширения существующих отверстий по п.1, отличающееся тем, что наконечник рабочего органа выполнен в виде конической насадки.