БУРОВОЕ ТОННЕЛЕПРОХОДЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО И СИСТЕМА ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ОТВОДА БУРОВОЙ МЕЛОЧИ, А ТАКЖЕ СИСТЕМА ДЛЯ СОЗДАНИЯ СТАБИЛЬНОГО ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ БУРОВОЙ ЖИДКОСТИ В ОБЛАСТИ РОТОРНОГО ДИСКА БУРОВОГО ТОННЕЛЕПРОХОДЧЕСКОГО УСТРОЙСТВА Российский патент 2019 года по МПК E21D9/13 

Изобретение относится к буровому тоннелепроходческому устройству для сооружения бурового отверстия от начальной точки до конечной точки в грунте вдоль заданной линии бурения посредством продвижения вперед бурового тоннелепроходческого устройства для сооружения тоннеля или для прокладки трубопровода в грунте, имеющему буровой инструмент для отделения грунта, по меньшей мере один питающий трубопровод для подачи буровой жидкости к буровому инструменту, по меньшей мере один расположенный на обратной стороне бурового инструмента участок для размещения имеющего форму буровой мелочи отделенного грунта, причем область бурового инструмента и по меньшей мере один участок заполнены по существу буровой жидкостью, и в области бурового инструмента и внутри по меньшей мере одного участка предусмотрена буровая жидкость с давлением, соответствующим по существу имеющемуся в грунте на груди забоя давлению, по меньшей мере один насос для отвода смешанной с буровой мелочью буровой жидкости из участка, по меньшей мере один отводящий трубопровод для отвода смешанной с буровой мелочью буровой жидкости из бурового отверстия, который соединен с напорной стороной по меньшей мере одного насоса, и причем по меньшей мере один насос соединен по меньшей мере с одним участком через по меньшей мере один отсасывающий трубопровод. Помимо этого, изобретение относится к системе для гидравлического отвода буровой мелочи. Помимо этого, изобретение относится к системе для создания стабильного гидравлического давления буровой жидкости в области роторного диска предназначенного для мокрого бурения бурового тоннелепроходческого устройства на груди забоя.

При проведении выработки буровых отверстий от начальной до конечной точки вдоль заданной линии бурения в зависимости от имеющегося грунта или породы используются различные буровые машины для проходки тоннелей. Подобные буровые машины для проходки тоннелей применяются, когда буровая машина для проходки тоннеля передвигается при проходке в бурении без лидерной скважины или т.п. вдоль линии бурения. Передвижение может происходить или посредством продавливание вперед путем опирания в пяту свода в уже сооруженном тоннеле или посредством продвижения вперед или же надвигания самих трубных сегментов вне сооруженного тоннеля. Даже целые трубопроводы можно при случае лишь в частично подготовленном виде применять для продвижение вперед. Такое продвижение вперед происходит тогда посредством подающего устройства, например так называемого доталкивателя или станины пресса, если отдельный трубные сегменты вдавливаются в грунт. Отделение грунта происходит при этом буровым инструментом, например роторным диском. Отделенная буровая мелочь пропускается через буровой инструмент в область позади роторного диска и отводится оттуда.

Выбор вида буровой машины для проходки тоннеля происходит в зависимости от геологии. Если грунт, в котором должен быть сооружен тоннель, состоит по существу из нестойкой породы, используется мокрый способ бурения, при котором применяется пригрузка забоя для стабилизации бурового отверстия и прилежащего грунта. Для этого буровая жидкость вводится в область роторного диска, и пространство между грудью забоя и роторным диском заполняется буровой жидкостью. К буровой жидкости, предусмотренной в области бурового инструмента, прилагается давление, чтобы противодействовать существующему в породах давлению воды и, тем самым, стабилизировать грудь забоя.

Для этого известны буровые машины для проходки тоннелей, при которых грудь забоя и расположенный позади бурового инструмента участок для размещения буровой мелочи заполнен буровой жидкостью в качестве бурового раствора. В случае буровой жидкости речь идет чаще всего о бентонитовой суспензии. Посредством центробежного насоса смешанная с буровой мелочью буровая жидкость из участка по отсасывающему трубопроводу отсасывается и через тоннель позади буровой машины для проходки тоннеля по отводящему трубопроводу подается на поверхность. Также имеется питающий трубопровод, по которому посредством насоса буровая жидкость подается к груди забоя.

Если имеются прочные породы, работы можно вести без пригрузки забоя. Это значит, что область груди забоя и участок позади бурового инструмента не полностью заполняются водой. Вместо этого буровая жидкость используется для улавливания пыли и буровой мелочи. Отвод из участка может происходить различным образом. Среди прочего для этого применяются шнековые транспортеры или ленточные транспортеры.

Другой возможностью отвода отделенной буровой мелочи является применение струйных насосов, расположенных в участке сразу позади бурового инструмента. Буровая мелочь падает в своего рода воронку над струйным насосом, из которой затем струйный насос отсасывает буровую мелочь. Буровая мелочь смешивается затем в смесительной камере струйного насоса с вытесняющей средой для приведения в действие струйного насоса (вытесняющая жидкость (то есть, предназначенная для размыва породы жидкость - прим. переводчика) чаще всего идентична буровой жидкости) и затем отводится. Для этого необходимо предусмотреть трубопровод вытесняющей жидкости, по которому затем вытесняющая среда, как таковая, подается на струйный насос.Получившая ускорение посредством сопла в струйном насосе, имеющая высокую скорость струя вытесняющей среды уносит с собой буровую мелочь из воронки. Буровая мелочь и вытесняющая жидкость смешиваются в смесительной камере и поступают оттуда по смешивающей трубе в отводящий трубопровод.

Следующая возможность для отсасывания в случае струйного насоса возникает посредством открытой системы баков, в которой воронка выполнена как открытый резервуар в области отсасывания струйного насоса с предусмотренной буровой жидкостью. Во время работы струйного насоса в резервуар подается буровая жидкость, так что резервуар, несмотря на отсасывание и отбор струйным насосом, не осушается. Отделенная буровая мелочь и уловленная пыль падают в резервуар и всасываются оттуда струйным насосом. Такое устройство для прочных пород известно из ЕР 0208816 В1. Также такие устройства для прочных пород известны из JP Н04-49274 Y2, JP Н09-132994 A, JP Н02-32437 В, JP Н07-6238 Y и JP 2001- 182486 А.

JP Н07-6238 Y и JP 2001-182486 А раскрывают дополнительно соответственно буровую машину для проходки тоннеля, применение которой возможно как в прочных породах описанной выше открытой системой в сочетании со струйным насосом, так и в качестве альтернативы в непрочных породах, нуждающихся в пригрузке забоя посредством промывочной жидкости. При этом предусмотрено, что в прочных породах буровая мелочь отводится посредством вмонтированного в участке позади бурового инструмента струйного насоса. В непрочных породах, в которых применяется пригрузка забоя, вместо этого струйный насос запирается и подача проводится посредством расположенного в питающем трубопроводе центробежного насоса, который в JP 2001-182486 А расположен вне тоннеля, например в шахте или на поверхности. Центробежный насос качает питающую жидкость в область бурения, а затем по отводящему трубопроводу смешанный с буровой мелочью буровой раствор по отводящему трубопроводу из области бурения. Применение струйного насоса в мокром способе не раскрыто.

DE 69708852 Т2 раскрывает, что струйный насос, явно относящийся к прочным породам, может быть заменен центробежным насосом при сухом способе. Согласно DE 69708852 Т2, струйный насос при сухом способе на прочных породах эффективен только при малых диаметрах бурения. При бОльших диаметрах бурения струйный насос вследствие возникающих в нем потерь не может эксплуатироваться экономично. Также струйные насосы имеют, согласно этому документу, тот недостаток, что производительность насоса не является изменяемой и ее нельзя просто увеличить до бОльшего значения, когда это необходимо.

Описанные открытые системы со струйными насосами раскрывают далее отделение воздуха, который из-за открытой системы имеется в смешанной с буровой мелочью буровой жидкости. Для этого раскрыта сепарация уже на короткой дистанции в самом тоннеле, на которую осуществляет подачу струйный насос. Если в отводящем трубопроводе имеется воздух, буровая мелочь в воздушных пузырьках может спонтанно оседать в отводящем трубопроводе и закупоривать его. Далее таким образом высокие потери напора в струйном насосе можно минимизировать посредством того, что только небольшие расстояния доставки должны покрываться струйным насосом, который может поддерживать более низкое давление в трубопроводе вытесняющей жидкости. Откачка буровой мелочи из сепараторного бака может происходить тогда центробежным насосом.

Практика показала, что целесообразно предусматривать центробежные насосы для отвода насыщенной буровой мелочью буровой жидкости в тоннеле позади участка, чтобы получать отсасывание на короткое расстояние и достигать соответственно высокие производительности насоса, которые необходимы при сооружении бурового отверстия. При известных условиях необходимо предусмотреть дополнительные насосы в тоннеле или же в трубопроводе, чтобы увеличить производительность насоса. Как раз в случае небольших диаметров, которые при необходимости недоступны для прохода, трудно предусмотреть мощные центробежные насосы, которые при необходимости могут размещаться в ограниченном диаметре трубопровода с учетом конструктивной высоты. Кроме того, центробежные насосы требуют тщательного техобслуживания. По этой причине с давних пор в буровых отверстиях малого диаметра принято предусматривать центробежные насосы вне бурового отверстия, чтобы иметь возможность обеспечить соответственно досягаемость насоса в целях техобслуживания или же получать достаточную производительность с центробежным насосом. Недостаток этого в том, что расстояния проходки вследствие ограничения производительности центробежного насоса при отсосе ограничены.

Задача состоит в том, чтобы предоставить буровую машину для проходки тоннеля и систему для гидравлического отвода буровой мелочи, с помощью которой именно в случае небольших диаметров, прежде всего в случае недоступных для прохода диаметров, достижимы довольно большие расстояния проходки.

Далее, для этого известны буровые машины для проходки тоннелей, при которых грудь забоя и расположенный позади бурового инструмента участок для размещения буровой мелочи заполнена буровой жидкостью в качестве бурового раствора. В случае буровой жидкости речь идет чаще всего о бентонитовой суспензии. Посредством питающего насоса по питающему трубопроводу буровая жидкость вводится в область груди забоя, и буровая жидкость под необходимым давлением используется для пригрузки груди забоя. В случае пригрузки забоя важно, чтобы давление пригрузки забоя поддерживалось постоянным, прежде всего, чтобы при малом перекрытии предотвращать продувочные свечи на поверхности при слишком высоком давлении или прорывы жидкости из породы или же неконтролируемое протекание породы в буровое отверстие.

Помимо этого, из DE 4213987 А1 известно буровое тоннелепроходческое устройство с пригрузкой забоя, в котором участок для размещения буровой мелочи позади роторного диска разделен стенкой на две полости, соединенные друг с другом текучей средой. Обращенная к роторному диску полость, как и область груди забоя, заполнены буровой жидкостью. Частично отделенная полость лишь частично заполняется жидкостью. В эту полость вводится сжатый воздух как своего рода подушка. Она служит в качестве выравнивания давления для поддержания постоянства давления на груди забоя. Таким образом давление на груди забоя можно регулировать очень точно. В области роторного диска и в участке позади роторного диска соответственно предусмотрены датчики для контроля существующего давления.

При буровых работах смешанная с буровой жидкостью буровая мелочь посредством отводящего насоса всасывается из участка по отсасывающему трубопроводу и через тоннель позади буровой машины для проходки тоннеля по отводящему трубопроводу подается на поверхность. По возможности уже в тоннеле включаются промежуточные ступени очистки или используются несколько отводящих насосов, чтобы обеспечить общую подачу до земной поверхности. В качестве отводящих насосов используются центробежные насосы.

Подача буровой мелочи и отбор буровой жидкости из участка непосредственно влияет на давление на груди забоя. Необходимо обеспечить, чтобы можно было подавать, по меньшей мере, столько питающей жидкости, сколько отводится. Здесь также предусмотренная подушка сжатого воздуха служит как выравнивание давления. Конечно, необходимо соответственно предусмотреть систему подачи сжатого воздуха.

Однако пригрузка забоя возможна также и без предусмотренного сжатого воздуха в сочетании с разделением камеры. Здесь для беспрепятственной проходки в бурении необходимо, чтобы оператор бурового тоннелепроходческого устройства своевременно реагировал на изменения давления. Для этого скорость проходки, давления отведения или же производительность насосов, питающие давления и производительность питания должны достаточно контролироваться и регулироваться. Это требует от оператора устройства очень большого опыта и внимания.

Следующая задача состоит в том, чтобы предоставить буровую машину для проходки тоннеля и систему, посредством которых относительно простым образом возможно поддерживать постоянным давление буровой жидкости на груди забоя.

Относительно буровой машины для проходки тоннеля эти задачи решены за счет того, что насос является струйным насосом, который соединен с трубопроводом вытесняющей жидкости, по которому вытесняющая жидкость подается на струйный насос, что по меньшей мере один насос расположен вне по меньшей мере одного участка, и что по меньшей мере в одном отсасывающем трубопроводе предусмотрен запорный вентиль, посредством которого отсасывающий трубопровод является перекрываемым.

В отношении первой задачи неожиданно оказалось, что струйные насосы возможно, вопреки существующему среди специалистов мнению, применять также при мокром бурении посредством буровой машины для проходки тоннеля с пригрузкой забоя. Давление на груди забоя остается постоянным. Помимо этого, возможно струйным насосом осуществлять подачу насыщенной буровой мелочью буровой жидкости по отводящему трубопроводу до шахты или же до земной поверхности, не предусматривая дополнительный насос или промежуточную станцию.

В отношении следующей задачи неожиданно оказалось, что возможно путем предусматривания струйного насоса в сочетании по меньшей мере с одним дополнительным элементом регулирования поддерживать стабильным давление на груди забоя особенно простым образом. Помимо этого, возможно струйным насосом осуществлять подачу насыщенной буровой мелочью буровой жидкости по отводящему трубопроводу до шахты или же до земной поверхности, не предусматривая дополнительный насос или промежуточную станцию. Если давление на груди забоя устанавливается, и производительность отводящего насоса и питающего насоса устанавливаются, по меньшей мере, с большей подачей, чем необходимо для фактической скорости проходки, то неожиданно возникает возможность варьировать скорость проходки в зависимости от геологических условий внутри диапаобласть вверх и вниз, без необходимость одновременно согласовывать производительности насосов/давления отведения. Давление на груди забоя от этого не испытывает существенного влияния.

Другое техническое решение изобретение предусматривает, что между питающим трубопроводом и отсасывающим трубопроводом предусмотрен соединительный трубопровод, который, предпочтительно, является перекрываемым с помощью запорного вентиля. Путем предусматривания соединительного трубопровода становится возможным при пуске бурового тоннелепроходческого устройства предотвращать колебания или же пики или провалы давления на груди забоя и, тем самым, в давлении пригрузки забоя, которые могут возникать из-за резкого закрытия и открытия запорных вентилей в питающем и/или отсасывающем трубопроводе.

Еще одно техническое решение изобретение предусматривает, что в питающем трубопроводе предусмотрен запорный вентиль. За счет этого можно простым образом отделить область груди забоя от остальной системы трубопроводов.

Дальнейшее техническое решение изобретение предусматривает, что в трубопроводе вытесняющей жидкости предусмотрено регулирующее устройство, предпочтительно регулировочный вентиль, от которого отходит питающий трубопровод, причем посредством регулирующего устройства является регулируемым объемный расход буровой жидкости в питающем трубопроводе. За счет этого возможно только посредством трубопровода и насоса осуществлять питание струйного насоса вытесняющей жидкостью и одновременно также груди забоя питающей жидкостью.

Следующее техническое решение изобретение предусматривает, что насос трубопроводом вытесняющей жидкости соединен с насосом высокого давления. Путем получения высоких давления в трубопроводе вытесняющей жидкости возможно подавать буровую жидкость, смешанную с буровой мелочью, на большие расстояние по трубопроводу вытесняющей жидкости.

Последующее техническое решение изобретение предусматривает, что буровая жидкость и/или вытесняющая жидкость является бентонитовой суспензией. Она подготовлена посредством сепараторной установки для ее применения в цикле.

Первая задача решена относительно системы для гидравлического отвода от бурового тоннелепроходческого устройства, предпочтительно согласно одному описанному выше буровому тоннелепроходческому устройству, отделенной буровой мелочи, причем буровое тоннелепроходческое устройство предназначено для мокрого бурения с регулированием давления на груди забоя и имеет участок для размещения отделенной буровой мелочи, причем система имеет питающий трубопровод для подачи буровой жидкости к участку, отсасывающий трубопровод для отвода смешанной с буровой мелочью буровой жидкости, струйный насос для отвода смешанной с буровой мелочью буровой жидкости, трубопровод вытесняющей жидкости, который соединен с патрубком струйного насоса для трубопровода вытесняющей жидкости, причем вытесняющая жидкость подается насосом вытесняющей жидкости на струйный насос, соединительный трубопровод между питающим трубопроводом и отсасывающим трубопроводом, причем в отсасывающем трубопроводе, питающем трубопроводе и соединительном трубопроводе предусмотрен соответственно по меньшей мере один запорный элемент.

Следующая задача решена относительно системы для создания стабильного гидравлического давления буровой жидкости в области роторного диска предназначенного для мокрого бурения бурового тоннелепроходческого устройства, предпочтительно согласно одному описанному выше буровому тоннелепроходческому устройству, на груди забоя, которая присутствует при сооружении бурового отверстия от начальной точки до конечной точки в грунте вдоль заданной линии бурения посредством продвижения вперед бурового тоннелепроходческого устройства для сооружения тоннеля или для прокладки трубопровода, причем буровое тоннелепроходческое устройство имеет участок для размещения отделенной роторным диском буровой мелочи позади роторного диска, питающий трубопровод для подачи буровой жидкости к груди забоя, отсасывающий трубопровод для отвода смешанной с буровой мелочью буровой жидкости из участка, струйный насос для отвода смешанной с буровой мелочью буровой жидкости, трубопровод вытесняющей жидкости, который соединен с патрубком струйного насоса для трубопровода вытесняющей жидкости, причем вытесняющая жидкость подается насосом вытесняющей жидкости на струйный насос, соединительный трубопровод между питающим трубопроводом и отсасывающим трубопроводом, причем в отсасывающем трубопроводе, питающем трубопроводе и соединительном трубопроводе предусмотрен соответственно по меньшей мере один запорный элемент.

Ниже изобретение подробнее поясняется на основании варианта осуществления в сочетании с чертежом. Показано на:

фиг. 1 - схематическое изображение первой формы выполнения согласно изобретению,

фиг. 2 - увеличенное изображение согласно фиг. 1,

фиг. 3 - схематическое изображение второй формы выполнения согласно изобретению,

фиг. 4 - увеличенное изображение согласно фиг. 3,

фиг. 5 - схематическое изображение третьей формы выполнения согласно изобретению,

фиг. 6 - увеличенное изображение согласно фиг. 5,

фиг. 7 - схематическое изображение четвертой формы выполнения согласно изобретению,

фиг. 8 - увеличенное изображение согласно фиг. 7.

На фиг. 1 показана первая форма выполнения согласно изобретению бурового тоннелепроходческого устройства 10 согласно изобретению. На фиг. 1 схематически показана шахта 40. Помимо этого, показано надземное оборудование 30, а также уже выполненное буровое отверстие, сооруженный в ней тоннель и проложенный в нем трубопровод 50.

Буровое тоннелепроходческое устройство 10 содержит схематически показанный роторный диск 11 в качестве бурового инструмента. Позади роторного диска 11 предусмотрен участок 12, на котором собирается отделенная роторным диском 11 буровая мелочь (не показана). Область роторного диска 11 и участка 12 заполнена буровой жидкостью (не показана), здесь, например, в форме бентонитового раствора.

Область роторного диска 11 на груди забоя (не показана) и участок 12 соединены питающим трубопроводом 13. По питающему трубопроводу 13 в область роторного диска 11 и на участок 12 подается буровая жидкость. Далее, участок 12 соединен с отсасывающим трубопроводом 14. Отсасывающий трубопровод 14 соединен с всасывающим патрубком 16 струйного насоса 15. В отсасывающем трубопроводе 14 предусмотрен запорный вентиль 17. На отводящем патрубке 18 струйного насоса 15 предусмотрен отводящий трубопровод 19. Помимо этого, струйный насос 15 имеет патрубок 21 трубопровода вытесняющей жидкости для трубопровода 20 вытесняющей жидкости.

Питающий трубопровод 13 проходит от надземного оборудования 30 или же от шахты 40 по уже проложенному трубопроводу или же уже сооруженному тоннелю 50. В питающем трубопроводе 13 предусмотрен питающий насос 22. Он может быть предусмотрен в области надземного оборудования 30 или в шахте 40. С трубопроводом 20 вытесняющей жидкости соединен насос 23 вытесняющей жидкости, выполненный как насос высокого давления. Отводящий трубопровод 19 соединен с сепараторной установкой 31 для отделения буровой жидкости от буровой мелочи. Из сепараторной установки 31 питающий насос 22 и насос 23 вытесняющей жидкости снабжаются буровой жидкостью, каковые насосы затем по питающему трубопроводу 13 или же трубопроводу 20 вытесняющей жидкости снова подают ее к роторному диску 11 или же к струйному насосу 15.

При эксплуатации область роторного диска 11 на груди забоя и участок 12 через питающий насос 22 снабжаются буровой жидкостью по питающему трубопроводу 13. Струйный насос 15 посредством насоса 23 вытесняющей жидкости по трубопроводу 20 вытесняющей жидкости также снабжается буровой жидкостью. Вытесняющая жидкость через патрубок 21 трубопровода вытесняющей жидкости поступает в струйный насос 15. Вытесняющая жидкость поступает тогда к соплу 24 вытесняющей жидкости и через него, причем она ускоряется, в смесительную 25 камеру. Вследствие ускорения в сопле 24 вытесняющей жидкости буровая жидкость, заполняющая смесительную 25 камеру, транспортируется в смешивающую трубу 26. При этом ускоренная таким образом буровая жидкость увлекает за собой находящуюся во всасывающем патрубке 16 буровую жидкость и соответственно этому также буровую жидкость, которая находится в отсасывающем трубопроводе 14, в смесительную камеру 25, вследствие чего струйный насос 15 затем по отсасывающему трубопроводу 14 всасывает из участка 12 буровую жидкость и буровую мелочь. Тогда присутствующая в смесительной камере 25 в качестве вытесняющей жидкости буровая жидкость смешивается с жидкостью, состоящей из буровой мелочи и буровой жидкостью из отсасывающего трубопровода, и через смешивающую трубу 26 транспортируется в отводящий трубопровод 19.

Для пуска бурового устройства сначала закрывается запорный вентиль 17 в отсасывающем трубопроводе 14. Затем буровая жидкость в трубопроводе 20 вытесняющей жидкости насосом 23 вытесняющей жидкости подается в струйный насос 15. Вследствие ускорения, полученного буровой жидкостью в сопле 24 вытесняющей жидкости, буровая жидкость транспортируется в отводящий трубопровод и по нему до сепараторной установки 31. В области всасывающего патрубка 16 образуется, когда режим насоса установился, пониженное давление. Оно приводит к тому, что, если запорный вентиль 17 открыт, находящийся в отсасывающем трубопроводе 14 буровой раствор засасывается непосредственно в насос 15. Затем при проходке бурового тоннелепроходческого устройства 10 отделенная буровая мелочь транспортируется на участок 12 и в нем смешивается с буровой жидкостью. Смесь из буровой мелочи и буровой жидкости по отсасывающему трубопроводу 14 соответственно всасывается струйным насосом 15.

Для пуска бурового устройства сначала также закрывается запорный вентиль 17 в отсасывающем трубопроводе 14. Питающий насос 22 запускается и в область роторного диска 11 подается буровая жидкость, пока не будет нужного давления на груди забоя. Затем буровая жидкость в трубопроводе 20 вытесняющей жидкости насосом 23 вытесняющей жидкости подается в струйный насос 15. Вследствие ускорения, полученного буровой жидкостью в сопле 24 вытесняющей жидкости, буровая жидкость транспортируется в отводящий трубопровод и по нему до сепараторной установки 31. В области всасывающего патрубка 16 образуется, когда режим насоса установился, пониженное давление. Оно приводит к тому, что, если запорный вентиль 17 открыт, находящийся в отсасывающем трубопроводе 14 буровой раствор засасывается непосредственно в насос 15. Давление на груди забоя в случае необходимости подстраивается регулировкой питающего насоса. Затем при проходке бурового тоннелепроходческого устройства 10 отделенная буровая мелочь транспортируется на участок 12 и в нем смешивается с буровой жидкостью. Смесь из буровой мелочи и буровой жидкости по отсасывающему трубопроводу 14 соответственно всасывается струйным насосом 15. При этом увеличивается плотность, а также потеря напора на трение в отводящем трубопроводе 19. Одновременно падает производительность при отсосе струйного насоса 15, если давление на сопле остается постоянным. По этой причине должно быть или поднято давление посредством насоса 23 вытесняющей жидкости и, тем самым, объемный поток на сопле 24 вытесняющей жидкости, что требует прямой регулировки, чтобы поддерживать постоянным давление на груди забоя, или давление, предусмотренное посредством насоса 23 вытесняющей жидкости, устанавливается больше, чем возникающая потеря напора, так что потеря напора компенсируется, так что не возникает релевантное изменения давления на груди забоя. Если происходит изменение проходки, изменяется также плотность смеси из буровой жидкости и буровой мелочи. Оказалось, что такое изменение плотности не оказывает влияния на давление на груди забоя и не требует согласования объемного потока отведения, давления отведения, питающего объемного потока или питающего давления. Параметры подачи могут при этом максимально проявляться, например, в характеристике подачи отводящего насоса, что сопровождается энергетическими потерями при перекачке, или параметры подачи настраиваются выше обычно необходимых параметров подачи (давление и объемный поток), так что имеется соответствующий зазор. Если тогда превышено предельное значение, то требуется соответствующая регулировка.

После прекращения буровой проходки струйный насос 15 эксплуатируется далее до тех пор, пока в сепараторной установке 31 больше не остается буровая мелочь. Затем запорный вентиль 17 закрывается, подача питающего насоса 22 остановлена, и затем остановлена подача насоса 23 вытесняющей жидкости, вследствие чего подача буровой жидкости по отводящему трубопроводу 19 прекращается.

На фиг. 3 и фиг. 4 показана вторая форма выполнения устройства согласно изобретению. Она отличается от формы выполнения согласно фиг. 1, 2 тем, что питающий трубопровод 13 больше не проходит до шахты 40. Помимо этого, не предусмотрен питающий насос 22. Вместо него предусмотрен только насос 23 вытесняющей жидкости, который трубопроводом 20 вытесняющей жидкости соединен струйным насосом 15. В области бурового тоннелепроходческого устройства 10 в трубопроводе 20 вытесняющей жидкости предусмотрен регулировочный вентиль 27, от которого отходит питающий трубопровод 13. Питающий трубопровод 13 соединен, как до сих пор, с областью роторного диска 11 и участком 12.

При пуске буровая жидкость от насоса 23 вытесняющей жидкости струйного насоса 15 по трубопроводу 20 вытесняющей жидкости подается на патрубок 21 трубопровода вытесняющей жидкости. Регулировочный вентиль 27 и запорный вентиль 17 при этом закрыты, так что буровая жидкость, которая подается насосом 23 вытесняющей жидкости на струйный насос 15, по отводящему трубопроводу 19 снова подается в сепараторную установку 31. Сначала регулировочный вентиль 27 открывается настолько, чтобы в распоряжении имелся необходимый объемный поток буровой жидкости, который нужен в области роторного диска, например, чтобы подготовить нужное давление на груди забоя, и который должен подаваться на участок 12. Одновременно тогда открывается запорный вентиль 17, так что, как описано ранее, происходит подача буровой жидкости и буровой мелочи по отсасывающему трубопроводу 14. Согласование питающего объемного потока должно при этом происходить путем настройки/юстировки регулировочного вентиля 27.

При прекращении проходки тоннельного бурения область роторного диска 11 и участка 12 сначала далее наполняется буровой жидкостью, пока в сепараторной установке 31 не перестанет выпадать буровую мелочь. Затем регулировочный вентиль 27 и запорный вентиль 17 закрываются и подача буровой жидкости посредством насоса 23 вытесняющей жидкости останавливается.

На фиг. 5, 6 показан альтернативный вариант выполнения на фиг. 1, 2. При этом в питающем трубопроводе 13 предусмотрен запорный вентиль 28 в области участка 12. Аналогично ему расположен запорный вентиль 17. Между питающим трубопроводом 13 и отсасывающим трубопроводом 14 на участке 29 между запорным вентилем 17 и всасывающим патрубком 16 предусмотрен соединительный трубопровод 32, который имеет запорный вентиль 33. Для пуска и подготовки бурения запорные вентили 17 и 28 закрыты. Запорный вентиль 33 в соединительном трубопроводе открыт.Насос 23 вытесняющей жидкости и питающий насос 22 включаются и буровая жидкость по питающему трубопроводу 13 и соединительному трубопроводу 32 транспортируется к всасывающему патрубку 16 струйного насоса 15. Поданная по трубопроводу 20 вытесняющей жидкости буровая жидкость и поданная по питающему трубопроводу 13 буровая жидкость соединяются в смесительной камере 25 и удаляется по отводящему трубопроводу 19. Как только система установилась, оба запорных вентиля 17 и 28 открывается, а запорный вентиль 33 в соединительном трубопроводе 32 закрывается, так что струйный насос 15 теперь всасывает из участка 12 по отсасывающему трубопроводу 14, причем область груди забоя или же роторного диска 11 и участка 12 по питающему трубопроводу 13 соответственно наполняется буровой жидкостью.

Питающий насос 22 осуществляет подачу в область выемки и на грудь забоя, пока не будет преобладать соответствующее давление на груди забоя. При случае требуется подстройка посредством питающего насоса 22. Струйный насос 15 всасывает теперь из участка 12 по отсасывающему трубопроводу 14, причем область груди забоя или же роторного диска 11 и участка 12 по питающему трубопроводу 13 снова загружается отобранной буровой жидкостью. Буровые работы и поддержание постоянства давления на груди забоя происходят, как описано ранее.

После начала буровых работ снова, после того как в сепараторную установку 31 больше не поступает буровая мелочь, запорные вентили 17, 28, 33 снова переключаются в обратной последовательности.

На фиг. 7, 8 показана альтернативная форма выполнения для фиг. 3, 4. Здесь также аналогично предусмотрен соответствующий соединительный трубопровод 32 с запорным вентилем 33. Помимо этого, питающий трубопровод 13 также имеет запорный вентиль 28. При открытом запорном вентиле 33 и соответственно отрегулированном регулировочном вентиле 27 включается насос 23 вытесняющей жидкости, так что необходимый объемный поток вытесняющей жидкости по трубопроводу 20 вытесняющей жидкости на патрубке 21 трубопровода вытесняющей жидкости достигает струйного насоса 15. Одновременно соответственно настроенный посредством регулировочного вентиля 27 питающий объемный поток течет по соединительному трубопроводу 22 к всасывающему патрубку 16 струйного насоса 15. Когда система установилась, запорные вентили 17, 28 открываются и запорный вентиль 33 соединительного трубопровода 32 закрывается. За счет этого питающий объемный поток буровой жидкости транспортируется к роторному диску 11 или же к участку 12 и одновременно из участка 12, соответственно смешанная с буровой мелочью, по отсасывающему трубопроводу 14 подается к всасывающему патрубку 16 струйного насоса 15. Буровая жидкость вместе с буровой мелочью поступает в смесительную камеру 25 струйного насоса 15, смешивается там с объемным потоком из трубопровода 20 вытесняющей жидкости и по смешивающей трубе 26 и отводящему трубопроводу 19 подается на сепараторную установку 31. Прекращение буровых работ вызывает обратную последовательность включения запорных вентилей 17, 28, 33. Давление на груди забоя соответственно поддерживается постоянным, как описано ранее.

С помощью струйного насоса в качестве отводящего насоса неожиданно оказалось возможным компенсировать флуктуации плотности посредством захватывания/отсасывания/откачки буровой мелочи с буровой жидкостью в пределах параметров, так что давление на груди забоя по существу остается постоянным, несмотря на изменения скорости проходки или плотности буровой мелочи.

Соединительный трубопровод 32 и предусматривание запорных вентилей 17, 28, 33 вызывают решительное улучшение при пуске бурового тоннелепроходческого устройства 10 таким образом, что струйный насос 15 уже полностью находится в отрегулированном режиме, и на всасывающем патрубке 16 нет вакуума. Если теперь запорные вентили 17, 28, 33 переключаются, то моментально начинается прямая транспортировка буровой жидкости на участок 12 или же из него. Поскольку участок 12 уже соответственно заполнен буровой жидкостью, то тем самым предотвращается растворение вакуума, который имеется на запорном вентиле 17, если не предусмотрен соединительный трубопровод 32. Растворение вакуума посредством срабатывания запорного вентиля 17 вызывает ударное повышение давления в области груди забоя, что может быть соответственно предотвращено путем предусматривания соединительного трубопровода 32.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

10 буровое тоннелепроходческое устройство 11 роторный диск/буровой инструмент 12 участок 13 питающий трубопровод 14 отсасывающий трубопровод 15 струйный насос 16 всасывающий патрубок 17 запорный вентиль 18 отводящий патрубок 19 отводящий трубопровод 20 трубопровод вытесняющей жидкости 21 патрубок вытесняющей жидкости 22 питающий насос 23 насос вытесняющей жидкости/насос высокого давления 24 сопло вытесняющей жидкости 25 смесительная камера 26 смешивающая труба 27 регулировочный вентиль 28 запорный вентиль 29 участок 30 надземное оборудование 31 сепараторная установка 32 соединительный трубопровод 33 запорный вентиль 40 шахта 50 трубопровод/тоннель

Изобретение относится к буровому тоннелепроходческому устройству для сооружения бурового отверстия от начальной точки до конечной точки в грунте вдоль заданной линии бурения посредством продвижения вперед бурового тоннелепроходческого устройства для сооружения тоннеля или для прокладки трубопровода в грунте, имеющему буровой инструмент для отделения грунта, по меньшей мере один питающий трубопровод для подачи буровой жидкости к буровому инструменту, по меньшей мере один расположенный на обратной стороне бурового инструмента участок для размещения имеющего форму буровой мелочи отделенного грунта, причем область бурового инструмента и по меньшей мере один участок заполнены по существу буровой жидкостью, и в области бурового инструмента и внутри по меньшей мере одного участка предусмотрена буровая жидкость с давлением, соответствующим по существу имеющемуся в грунте на груди забоя давлению, по меньшей мере один насос для отвода смешанной с буровой мелочью буровой жидкости из участка, по меньшей мере один отводящий трубопровод для отвода смешанной с буровой мелочью буровой жидкости из бурового отверстия, который соединен с напорной стороной по меньшей мере одного насоса, и причем по меньшей мере один насос соединен по меньшей мере с одним участком через по меньшей мере один отсасывающий трубопровод. При этом предусмотрено, что насос является струйным насосом, который соединен с трубопроводом вытесняющей жидкости, по которому вытесняющую жидкость подают на струйный насос, что по меньшей мере один насос расположен вне по меньшей мере одного участка, и что по меньшей мере в одном отсасывающем трубопроводе предусмотрен по меньшей мере один запорный вентиль, посредством которого отсасывающий трубопровод является перекрываемым. Технический результат заключается в создании устройства для проходки тоннеля и системы, посредством которых возможно поддерживать постоянным давление буровой жидкости на груди забоя. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Буровое тоннелепроходческое устройство для сооружения бурового отверстия от начальной точки до конечной точки в грунте вдоль заданной линии бурения посредством продвижения вперед бурового тоннелепроходческого устройства для сооружения тоннеля или для прокладки трубопровода в грунте, имеющее буровой инструмент для отделения грунта, по меньшей мере один питающий трубопровод для подачи буровой жидкости к буровому инструменту, по меньшей мере один расположенный на обратной стороне бурового инструмента участок для размещения имеющего форму буровой мелочи отделенного грунта, причем область бурового инструмента и по меньшей мере один участок заполнены по существу буровой жидкостью, и в области бурового инструмента и внутри по меньшей мере одного участка предусмотрена буровая жидкость с давлением, соответствующим по существу имеющемуся в грунте на груди забоя давлению, по меньшей мере один насос для отвода смешанной с буровой мелочью буровой жидкости из участка, по меньшей мере один отводящий трубопровод для отвода смешанной с буровой мелочью буровой жидкости из бурового отверстия, который соединен с напорной стороной по меньшей мере одного насоса, и причем по меньшей мере один насос соединен по меньшей мере с одним участком через по меньшей мере один отсасывающий трубопровод, отличающееся тем, что насос является струйным насосом, который соединен с трубопроводом вытесняющей жидкости, по которому вытесняющую жидкость подают на струйный насос, что по меньшей мере один насос расположен вне по меньшей мере одного участка, и что по меньшей мере в одном отсасывающем трубопроводе предусмотрен по меньшей мере один запорный вентиль, посредством которого отсасывающий трубопровод является перекрываемым.

2. Буровое тоннелепроходческое устройство по п. 1, отличающееся тем, что между питающим трубопроводом и отсасывающим трубопроводом предусмотрен соединительный трубопровод, который, предпочтительно, является перекрываемым с помощью запорного вентиля.

3. Буровое тоннелепроходческое устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что в питающем трубопроводе предусмотрен запорный вентиль.

4. Буровое тоннелепроходческое устройство по одному из пп. 1-3, отличающееся тем, что в трубопроводе вытесняющей жидкости предусмотрено регулирующее устройство, предпочтительно регулировочный вентиль, от которого отходит питающий трубопровод, причем посредством регулирующего устройства является регулируемым объемный расход буровой жидкости в питающем трубопроводе.

5. Буровое тоннелепроходческое устройство по одному из пп. 1-4, отличающееся тем, что насос через трубопровод вытесняющей жидкости соединен с насосом высокого давления.

6. Буровое тоннелепроходческое устройство по одному из пп. 1-5, отличающееся тем, что буровая жидкость и/или вытесняющая жидкость является бентонитовой суспензией, которая, предпочтительно, является используемой в цикле в качестве подготовленной буровой суспензии.

7. Система для гидравлического отвода от бурового тоннелепроходческого устройства отделенной буровой мелочи, причем буровое тоннелепроходческое устройство предназначено для мокрого бурения с регулированием давления на груди забоя и имеет участок для размещения отделенной буровой мелочи, причем система имеет питающий трубопровод для подачи буровой жидкости к участку, отсасывающий трубопровод для отвода смешанной с буровой мелочью буровой жидкости, струйный насос для отвода смешанной с буровой мелочью буровой жидкости, трубопровод вытесняющей жидкости, который соединен с патрубком струйного насоса для трубопровода вытесняющей жидкости, причем вытесняющая жидкость подается насосом вытесняющей жидкости на струйный насос, соединительный трубопровод между питающим трубопроводом и отсасывающим трубопроводом, причем в отсасывающем трубопроводе, питающем трубопроводе и соединительном трубопроводе предусмотрен соответственно по меньшей мере один запорный элемент.

8. Система по п. 7, причем буровое тоннелепроходческое устройство является буровым тоннелепроходческим устройством по одному из пп. 1-6.

9. Система для создания стабильного гидравлического давления буровой жидкости в области роторного диска предназначенного для мокрого бурения бурового тоннелепроходческого устройства на груди забоя, которая присутствует при сооружении бурового отверстия от начальной точки до конечной точки в грунте вдоль заданной линии бурения посредством продвижения вперед бурового тоннелепроходческого устройства для сооружения тоннеля или для прокладки трубопровода, причем буровое тоннелепроходческое устройство имеет участок для размещения отделенной роторным диском буровой мелочи позади роторного диска, питающий трубопровод для подачи буровой жидкости к груди забоя, отсасывающий трубопровод для отвода смешанной с буровой мелочью буровой жидкости из участка, струйный насос для отвода смешанной с буровой мелочью буровой жидкости, трубопровод вытесняющей жидкости, который соединен с патрубком струйного насоса для трубопровода вытесняющей жидкости, причем вытесняющая жидкость подается насосом вытесняющей жидкости на струйный насос, соединительный трубопровод между питающим трубопроводом и отсасывающим трубопроводом, причем в отсасывающем трубопроводе, питающем трубопроводе и соединительном трубопроводе предусмотрен соответственно по меньшей мере один запорный элемент.

10. Система по п. 9, причем буровое тоннелепроходческое устройство является буровым тоннелепроходческим устройством по одному из пп. 1-6.