Устройство для разрушения мерзлых грунтов Советский патент 1991 года по МПК E02F5/32 

(Л

С

Изобретение относится к разработке грунтов и может быть использовано, в частности, для рыхления грунтои при строительстве различных сооружений. Цель изобретения - снижение энергоемкости разрушения грунта Устройство для разрушения мерзлых грунтов содержит рабочий орган для проведения опережающей скважины и кольцевой нож. Рабочий орган выполнен в виде полого корпуса с винтовой нарезкой элементом герметизации скважины и выхлопные отверстия. Полость рабочего органа связана с источником сжатого газа. Кольцевой нож установлен коаксиаль- но относительно рабочего органа. Витки винтовой нарезки выполнены с постоянно увеличивающимся наружным диаметром в направлении от нижнего конца. Выхлопные отверстия размещены непосредственно на предпоследнем витке винтовой нарезки. 3 ил.

Изобретение относится к разработке грунтов и может быть использовано, в частности, для рыхления грунтов при строительстве различных сооружений.

Цель изобретения - снижение энергоемкости разрушения грунта.

На фиг. 1 изображено устройство, общий вид; на фиг.2 - узел I на фиг.1, частичный разрез: на фиг.З - сечение А-А на фиг.2.

Устройство для разрушения мерзлых грунтов состоит из штанги 1, рабочего органа 2 с породоразрушающим наконечником 3. Рабочий органа 2 соединен с штангой 1 посредством тел 4 качения и уплотнитель- ных элементов 5 и имеет на внешней поверхности винтовую нарезку 6, витки которой выполнены с постоянно увеличивающимся наружным диаметром в направлении от нижнего конца, а выхлопные отверстия 7 размещены непосредственно на предпоследнем витке винтовой нарезки 6 В корпусе рабочего органа 2, в месте расположения выхлопных отверстий 7 выполнена полость 8, на уровне которой полая штанга 1 снабжена отверстиями 9, сообщающими источник сжатого газа с полостью 8 посредством коаксиального зазора 10 между полой штангой 1 и трубой 11. В зазоре между внутренней и внешней поверхностями рабочего органа 2 и штанги 1 соответственно расположены жестко связанные с рабочим органом 2 трапецеидальные выступы 12 механизма ограничения величины осевой нагрузки на породоразрушающий наконечник 3. Этот механизм содержит поршенько- вые фиксаторы 13 с трапецеидальной верхней частью и с демпфирующими отверстиями 14. Фиксаторы 13 вставлены пор- шеньковой частью с возможностью вертикального перемещения в цилиндричеО

ел

N

Јь

vj

ские стаканы 15, жестко закрепленные на штанге 1 и соединенные в нижней части замкнутым трубопроводом 16. о который встроены обратные клапаны 17, разделяющие между собой полости цилиндрических стаканов 15, относящихся к различным пор- шеньковым фиксатором 13. Вес зазоры, полости и замкнутый трубопровод 16 заполнены рабочей жидкостью 18. Количество поршеньковых фиксаторов 13 в два раза превышает количество трапецеидальных выступов 12. Полая штанга 1 установлена но оси обсадной трубы 19 с кольцевым ножом 20.,

Устройство для разрушения мерзльи грунтов работает следующим образом.

Устройство, полая штанга 1 которого установлена, например, в направляющих с внутренней резьбой под винтовую нарезку рабочего органа 2. опускается на грунт. При- кладывая с помощью привода крутящий момент к полой штанге 1, осуществляют ввинчивание рабочего органа 2, а благодаря создаваемому ей осевому усилию - заглубление породоразрушающего наконечника 3 в грунт. Вращение рабочего органа 2 происходит совместно с полой штангой 1, так как ее трапецеидальные выступы 12 упираются в трапецеидальные верхние части плр чень- ковыхфиксаторпп 13 При осложнении товых условий т.е. при встрече рабочим органом, например, скального включения, сопротивление грунта внедрении; породо разрушающего наконечника 3 во фагтает, увеличивая трение нарезки 6 о грунт и все более тормозя рабочий орган 2 отностелг,- но полой штанги 1. Выступы 12 рабочего органа 2 сдвигают поршенькопые фикса горы 13 в крайнее нижнее положение, рабочая жидкость через обратные клапаны 17, настроенные на определенное давление, со- ответствующе максимально допустимой осевой нагрузке на породоразрушающий наконечник 3, попадает в полости цилиндрических стаканов 15 последующих пор шеньковых фиксаторов 13, переводя их в верхнее положение. На пути к трапецеидальным верхним частям новых поршеньковых фиксаторов 13 выступы 12 рабочего органа 2 стравливают с определенным усилием рабочую жидкость 18 через демпфирующие отверстия 14 в соседние отсеки, чем достигается постоянная осевая нагрузка на породордзрушающий наконечник 3 и плавность работы устройства.

При встрече выступов 12 рабочего органа 2 с новыми поршеньковыми фиксаторами 13 цикл повторяется, т.е. вращение рабочего органа 2 остается замедленным по сравнению с вращением полой штанги 1,

ием достигается меньшая скорость проходки и снижение осевой нагрузки на породоразрушающий наконечник 3. При ввинчивании рабочего органа 2 в грунт винтопая канавка на стенке лидерной скважины все более расширяется и углубляется по мере ввинчивания витков винтовой нарезки 6 с постепенно увеличивающимся наружным диаметром, т.е. повышается напряжение

0 грунта, которое достигает максимальной величины при внедрении последних двух витков, образуя область напряжений - зону В (фиг.1). Столб грунта, образующийся внутри полой штанги, в процессе проходки лидер5 ной сксажины может удаляться любым из числэ извесжых способов, например с по- мощыо грузоподъемных устройств. Одновременно с проходкой лидерной скважины осуще твляется силовое воздействие на

0 грунт кольцевым нгжо 20 обсадной трубы 19, создавая им напряжения в грунте - зона Г. После проходки лидерной скважины на установленную гл/б. ну рыхления и внедрения в грунт кольцевого ножа 20 осуществля5 юг подачу сжатого газа от его источника. например компрессора высокого давления, через коаксиальный зазор Ю. отверстия 9 и полость 8 к выхлопным отверстиям 7, через Kdiupb j он попадает в камуфлетные поло0 гти, MIхлнически образованные винтовой нарглчой 6 и являющиеся концентраторами напряжений, так как имеют острый угол при српеи вершине и образованы в предварительно напряженном грунте. Грунт при та5 кой форме камуфлетных полостей разруш-четсч под действием растягивающих напряжении, которые в два-три раза меньше продельных напряжений на сжатие. Сжатый газ давит на наклонные стенки ка0 му| летной полости, раздвигая их, образуя трещины и разрушая грунт. Причем последним витком винтовой нарезки 6. действующим как защитный экран, осуществляют герметизацию зоны выхлопа сжатого газа,

5 т.е. перекрывая зазоры между боковой поверхностью скважины и корпусом устройства, ликвидирую, непроизводительные угечки сжатого газа при выхлопе. Формула изобретения

0Устройство для разрушения мерзлых

грунтов, включающее рабочий орган для проведения опережающей скважины, выполненный в виде полого корпуса с винтовой нарезкой, элементом герметизации

5 скважины и выхлопными отверстиями, по- юсть которого связана с источником сжатого газа, и коаксиально установленный относительно него кольцевой нож, отличающееся тем, что, с целью снижения энергоемкости разрушения грунта, витки

винтовой нарезки выполнены с постепенно увеличивающимся наружным диаметром в направлении от нижнего конца, а выхлопrs

Ж

ные отверстия размещена непосредственно на предпоследнем витке винтовой нерезки.

20

Риг,2

:

I т

Sf

VE