Способ выполнения буровых работ и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК E21B7/00 E21B3/00 

Изобретение относится к области строительства в районах залегания скальных и мерзлых грунтов, в частности к работам по бурению и анкерных скважин при устройстве земляного полотна железных и автомобильных дорог, котлованов под искусственные сооружения и специальные задачи, а также под опоры линий электропередач.

Известен способ выполнения буровых работ, включающий разметку места заложения скважин на обуриваемой площади, монтаж бурового оборудования на месте заложения первой скважины, бурение этой

скважины и перемещение по площадке бурового оборудования к очередному месту стоянки для бурения последующих сква-, жин.

Недостаток известного способа заключается в том, что ок не обеспечивает высокую производительность буровых работ, особенно в районах с горным рельефом местности. Это объясняется тем, что данный способ основан на использовании тяжелого и громоздкого бурового оборудования (13 - 25 т), для доставки которого в условиях труд- нодоступности приходится прокладывать специальные дороги и качественно провоN1СО

(Л (Л О

дить работы по планировке площадки. Кроме этого, на спланированной площадке требуется проводить разметку мест бурения скважин, а в процессе бурения много времени расходуется на перевод бурового оборудования из транспортного положения в рабочее и обратно.

Известно буровое оборудование, содержащее гусеничный трактор, в задней части которого консольно смонтировано буровое оборудование с двумя рабочими органами. Несмотря на то, что данное оборудование имеет возможность одновремен- но бурить две скважины, оно малопроизводительно из-за сложности его доставки на объект работ, необходимости тщательно планировать рабочую площадку и больших затрат времени на перевод буро- . вого оборудования из транспортного положения в рабочее и обратно.

Известно также переносное устройство для бурения скважин при подготовке котлована под фундамент различных сооруже- ний в скальных и мерзлых грунтах, содержащее основание с аутриггерами и поворотным кругом, на котором смонтирована поворотная станина, несущая подат- чик с бурильной головкой.

Несмотря на то, что это известное бурильное устройство легкоразборное и имеет поворотную станину, что позволяет с одной установки бурить четыре скважины, непосредственно без усовершенствований использовать его при реализации предлагаемого способа нецелесообразно из-за присущих данному оборудованию следующих недостатков, существенно снижающих производительность буровых работ:

1.фиксированное расположение кондукторов бурового органа не позволяет менять расстояние между скважинами, в то время, как в реальных условиях в зависимости от типа грунта указанное расстояние требуется менять даже в пределах одной рабочей площадки;

2.для обеспечения работы этого оборудования требуется предварительная разметка скважин;

3.из-за невозможности транспортировки по площадке оборудования в собранном виде затрачивается время на его демонтаж перед операцией перемещения с одного места на другое и монтаж на новом месте (то же при транспортировке с одной буровой площадки на другую).

Цель изобретения - повышение производительности буровых работ за счет сокращения операций в технологическом цикле при бурении скважин, а именно при разметке мест бурения скважин и переводе бурового оборудования из транспортного положения в рабочее и обратно.

Поставленная цель достигается применением способа выполнения буровых работ,

включающих разметку места заложения скважин на обуриваемой плащади, монтаж бурового оборудования на месте заложения первой скважины, бурение этой скважины и перемещение по площадке бурового обору0 дования к очередному месту стоянки для бурения последующих скважин; при этом разметку производят только для первых скважин начального ряда, в зоне которых монтируют буровое оборудование, произво5 дят бурение первых скважин начального ряда, после чего смещают буровое оборудование в сторону от пробуренных скважин, в которых закрепляют анкерную траверсу трособлочной системы для подачи

0 и перемещения бурового оборудования в начальном ряду от одного места стоянки к другому, причем на каждом очередном месте стоянки осуществляют при необходимости оперативную корректировку места

5 заложения очередных скважин, а после бурения скважин начального ряда осуществляют перемонтаж подающей трособлочной системы для бурения скважин в следующем ряду обуриваемой площади.

0 Для достижения указанной цели предлагается устройство, содержащее основание с аутриггерами и поворотным кругом, на котором смонтирована поворотная станина, несущая податчик с бурильной головкой,

5 которое (устройство) снабжено трособлочной системой подачи, включающей анкерную траверсу с обводным блоком и лебедки, трос которой охватывает обводной блок и закреплен на основании, при этом поворот0 ная станина имеет телескопическую подвижную в радиальном направлении балку, на которой смонтирован податчик с бурильной головкой, а опоры аутриггеров выполнены в виде лыж.

5 На фиг. 1-3 показаны рабочие площадки в момент проходки начального ряда сква- жин, второго и последующих рядов скважин, план; на фиг. 4 - устройство, поясняющее способ, общий вид; на фиг. 5 и 6 0 основание буровой установки, поясняющее свойства выдвижной балки в процессе бурения на одном месте; на фиг. 7 и фиг. 8 - то же, но с большими расстояниями (для мерзлых грунтов).

5

Предлагаемый способ выполнения буровых работ, в частности на строительных объектах в районах залегания скальных или мерзлых грунтов, реализуется следующими операциями.

Традиционными операциями являются; разметка места заложения скважин 1 на обуриваемой площади 2, монтаж бурового оборудования 3 на месте заложения первой скважины 4, бурение последней и перемещение по площадке бурового оборудования 3 к очередному месту стоянки для бурения последующих скважин.

В предлагаемом способе разметку производят только для первых скважин А начального ряда 5, в зоне б которых монтируют буровое оборудование 3. Затем производят бурение первых скважин 4 начального ряда 5, смещают оборудование 3 в сторону от скважин 4. В этих скважинах закрепляют анкерную траверсу 7 трособ- лочной системы 8 для подачи и перемещения бурового оборудования в начальном ряду от одного места стоянки к другому. При этом на каждом очередном месте стоянки осуществляют при необходимости оперативную корректировку места заложения очередных скважин 1, а после бурения скважин начального ряда 5 осуществляют перемонтаж подающей трособлочной системы 8- для бурения скважин в следующем ряду 9 обуриваемой площади 2. Перемещение оборудования от од; юго места бурения к другому производят в собранном виде с помощью трособлочной системы 8, приводимой от установленной с одной стороны площади лебедки 10 и включающей обводной блок 11, закрепленный анкерным способом посредством траверсы 7, в крайних скважинах 4 с противоположной от лебедки 10 стороны площадки при проходке каждого очередного ряда скважин. При этом за одну остановку на очередном месте бурения выполняют не менее чем четыре скважины 1 (на фиг. 5 и 6 показано шесть) при условии возможности оперативного изменения расстояния между ними.

Указанная лебедка может быть смонтирована на бульдозере, автомобиле. Трособ- лочная система, а точнее ее натянутый трос 8, служит не только тяговым органом, но и является направляющей при перемещениях бурового оборудования 3 от одного места бурения к другому. Чтобы пробурить очередную пар: тию скважин 1, буровое оборудование останавливают в точке, лежащей посередине между этими скважинами (фиг. 3, 5, 6).

После проходки начального ряда 5 производят бурение остальных перпендикулярных ему рядов 9 (фиг. 3), для чего анкерную траверсу 7 крепят в скважинах начального ряда 5, а перемещение оборудования осуществляют челночным методом. Возможен и другой порядок прохождения рядов 9, т. е. другая организация работ.

Данный способ предусматривает операцию быстрого изменения расстояния между скважинами, что очень важно в условиях, когда рабочие площадки значитель- 5 ных размеров (А В 20 м и более - фиг. 1) имеют грунты различной твердости, а также для компенсации неточности установки оборудования на месте очередного бурения скважин.

0 Устройство для выполнения буровых работ, с помощью которого реализуется предлагаемый способ, содержит основание 12 с аутриггерами 13 и поворотным кругом 14. на котором смонтирована посредством роли5 ков поворотная станина 15, несущая на себе податчик. Последний выполнен в виде направляющих 16 и подкоса 17 изменяемой длины. На податчике установлена бурильная головка 18, соединенная тросом с ле0 бедкой 19.

Устройство снабжено трособлочной системой, включающей тяговый трос 8, концы которого закреплены на основании 12 бурильной установки, и который перекинут че5 рез обводной блок 11 анкерной траверсы 7 и связан с барабаном лебедки 10. Этот барабан может выполнять роль канатоведуще- го блока.

Поворотная станина 15 устройства име0 ет телескопическую подвижную в радиальном направлении балку 20; опоры 21 аутриггеров 13 выполнены в виде лыж.

Все бурильные механизмы и узлы под- атчика ( поз. 18-21) смонтированы на теле5 скопической балке 20,

На чертежах не показаны механизм разворота станины 15 относительно основания 12, который может быть выполнен также, как в прототипе в виде зубчатого венца на

0 поворотном круге 14 и приводной шестерни.

Концы троса 8 на основании 12 закрепляются посредством быстроразьемных элементов 22, выполненных, например, в виде

5 шкворневого соединения.

Станина 15 имеет фиксаторы (не показаны) положений балки 20, например, в виде винтов с контрэлементами, а сама балка - отверстие (кондуктор) 23 для бурового орга0 на и дополнительный аутриггер 24, а также ручки (петли) для воздействия на балку 20 при ее выдвижении (не показано).

К бурильной головке 18 подсоединяют- 5 ся энергоподводящие коммуникации 25.

Траверса 7 снабжена анкерами 26, которые установлены с возможностью перемещения вдоль нее.

Устройство работает следующим образом.

Буровое оборудование собирается и устанавливается на рабочей площадке 2 в зоне 6 бурения первых двух скважин 4 начального ряда 5 ( фиг. 1 и 2). При этом горизонтальное положение основания 12 устанавливается с помощью винтов аутригеров 13, а требуемое расстояние между стартовыми скважинами 4, также как и между продольными рядами скважин вообще, обеспечивается выдвижением балки 20. Станина 15 механизмом поворота разворачивается до совпадения оси кондуктора с осью будущей скважины, причем это совпадение корректируется за счет выдвижения балки 20, а затем с помощью фиксаторов и аутриггера 24 буровое оборудование фиксируется в рабочем положении. Те же действия производят перед бурением каждой очередной скважины, если потребуется оперативная корректировка неточностей дислокации бурового оборудования, Включается источник энергии (например, компрессор), и производится бурение скважины, например, термомеханическим способом. После окончания бурения головка 18 переводится в верхнее положение, аутриг- гер 24 поднимается, станина 15 разворачивается для бурения второй стартовой скважины А (или любой очередной скважины), и описанный цикл повторяется. В пробуренных стартовых скважинах 4 начального ряда 5 закрепляется анкерная траверса 7 с помощью анкеров 26. Затем производится монтаж тродоблочной системы, т. е. тягово-направляющего приспособления, для чего трос 8 перекидывается через обводной блок 11 траверсы 7, и концы троса закрепляются на основании 12 с помощью элементов 22. Что касается соединения троса с барабаном лебедки, то обычно это делается заранее.

Производится натяжение троса и его ориентация относительно ряда бурильных скважин некоторого продольного и поперечного смещения лебедки. После этого устройство готово для бурения продольных рядов скважин, не требующего их предварительной разметки. На каждом месте стоянки бурового оборудования нет необходимости в разметке расстояния между рядами скважин в, поскольку оно задается положением телескопической балки 20 (фиг. 1 и 2). Расстояние между скважинами в продольном направлении а обеспечивается известным приемом, который заключается, например, в использовании съемного (переставного) упора (не показано), устанавливаемого на наматываемой ветке троса 8 и взаимодействующего с конечным выключателем привода лебедки 10.

Для того, чтобы удовлетворить требования при проведении буровзрывных работ как в скальных, так и в мерзлых грунтах, предлагаемое устройство предусматривает

возможность бурения скважин со значительным разбросом величины расстояния между ними. Для скального грунта характерны малые расстояния а 1 и в 1 (фиг. 5 и 6), которые, в частности, могут быть мень0 ше диаметра основания буровой установки, и поэтому потребуется бурение внутри поворотного круга, в том числе, вполне возможно и в центре его, причем станина 15 для возможности бурить в пределах основания

5 имеет сверху и снизу продольную прорезь для прохода рабочего органа буровой установки. Аутриггер 24 установлен с возможностью быстрого монтажа-демонтажа. Из фиг. 7 и фиг. 8 понятно, как обеспечивается буре0 ние скважин со значительными, примерно, два раза превышающими диаметр основания, расстояниями между скважинами а 2 и в 2.

После прохода всей площадки устройст5 во (буровое оборудование, трос, траверса) и прочее вспомогательное оборудование демонтируется и перевозится на другую рабочую площадку.

Предлагаемые способ и устройство вы0 полнения буровых работ при подготовке котлована под фундамент различных сооружений в твердых грунтах по сравнению с известными аналогичными техническими решениями позволяют так организовать бу5 ровые работы, что оказалось возможным существенно сократить продолжительность всего цикла подготовки котлована.

Применение устройства для бурения, отличающегося легкостью и возможностью

0 практически на ходу менять продольно- поперечный шагскважин и снабженного направляющей в виде тяговоблочной системы позволило отказаться от предварительной разметки скважин, кроме нескольких стар5 товых. Дополнительный эффект заключается в снижении металлоемкости всего оборудования как по сравнению с вариантом самоходной бурильной установки на гусеницах или колесах, так и с вариантом,

0 когда применяются рельсовые направляющие и тяговая лебедка. Это относится как к способу, так и к устройству. Таким образом, получаемый эффект (снижение трудоемкости и сроков работ, а также металлоемкости

5 оборудования) образуется не просто суммой составляющих от использования отдельных технических приемов и решений, а их взаимосвязанной композицией с получением добавочного результата. Действительно, использование анкерной траверсы и

троса - струны вместо самоходной буровой установки или рельсовых направляющих однозначно не может повлечь за собой существенное уменьшение трудоемкости буровых работ, так как, если не применять предлагаемое устройство с выдвижной балкой, дополнительно потребуются трудоемкие операции с соответствующей разметкой и передвижкой буровой установки в продольном и поперечном направлениях (под- цепление тросами основания как вдоль, так и поперек ряда скважин, соответствующий разворот лыж аутриггеров, перемещение лебедки с продольного на поперечное направления движения буровой и обратно и другие сопутствующие операции).

Но если на эффект от применения быс- тропереставной траверсы с тяговым тросом-направляющей дополнительно наложить эффект от использования выдвиж- ной балки станины, заключающийся в возможности практически на ходу, в зависимости от изменяющихся прочностных свойств грунта, корректировать шаг скважин, то получается не просто суммар- ное качество от использования отдельных признаков объекта, но новый неожиданный эффект.

Применение предлагаемого способа выполнения буровых работ позволит увели- чить производительность работ не менее чем на 30 % и значительно сократить затраты на их выполнение. Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения только от одного комплекта предлагаемого бурово- го оборудования при разработке котлована под фундамент опоры ЛЭП в районах залегания скальных и мерзлых грунтов составит около 86 тыс.рублей.

Преимущества предлагаемого способа бурения и устройства его реализующего проиллюстрируем на примере разработки котлована под фундамент опоры линии электропередач (ЛЭП) в районах с горным рельефом местности. В этих районах опоры ЛЭП, как правило, сооружаются на возвышенностях через каждые 400 - 600 м, при этом котлованы под их фундаменты разрабатывают квадратной формы (фиг. 1) глубиной до 3 м.

Продолжительность комплекса буровых работ при разработке котлована под фундамент ЛЭП определяется по следующей формуле

Т ti +12 +13 +14.

где ti - продолжительность доставки бурового и вспомогательного оборудования на место разработки котлована;

t2 - продолжительность планировки площадки;

1з - продолжительность разметки мест бурения скважин;

Ы - продолжительность бурения скважин.

В указанных условиях доставки известного бурового и вспомогательного оборудования от одного места разработки котлована к другому весьма проблематична и в среднем длится 10 - 12 ч. Предлагаемое буровое оборудование в разобранном виде монтируется на мобильном бульдозере, дополнительно оснащенном компрессором и лебедкой. Для транспортирования такого технического средства (общей массой приблизительно в 2 раза меньше массы буровой машины-аналога) не требуется проведения большого объема подготовительных работ и поэтому продолжительность его доставки на объект работ составит в среднем 2 - 3 ч.

Продолжительность операции по планировке площадки при выполнении буровых работ известным способом составляет примерно 2 - 2,5 ч, так как для работы известной буровой машины уклон поверхности земли на площадке не должен превышать 3° (1). При работе предлагаемого бурового оборудования такой ровной площадки не требуется, в связи с этим продолжительность этой операции меньше в 2 - 3 раза.

Разметка мест бурения скважин (в нашем случае их 100 шт) в известном способе выполнения буровых работ составляет 1,5 - 2 ч, а в предлагаемом-максимум 0,3 ч. Если учесть время сборки бурового оборудования в зоне бурения первых двух скважин начального ряда и суммарную продолжительность переустановки анкерной траверсы в процессе бурения скважин, то можно принять в предлагаемом способе т,,5- 2ч.

Последняя операция по бурению скважин при известном способе осуществляется в следующей последовательности (1): перемещение буровой машины к месту бурения скважины, установка ее в горизонтальное положение, перевод бурового оборудования из транспортного в рабочее (25 мин); одновременное бурение двух скважин (20 мин); перевод бурового оборудования из рабочего в транспортное (15 мин). Итого - на бурение двух скважин затрачивается 60 мин.

В случае применения предлагаемого бурового оборудования продолжительность этой операции составит: 15 мин - перемещение бурового оборудования и установка его основания в горизонтальное положение, а также 80 мин - на поочередное бурение 4 скважин. Итого на бурение 4 скважин затрачивается 95 мин.

Продолжительность комплекса буровых работ при разработке котлована под фундамент ЛЭП для известного способа составит

Т 12 + 2,5 + 2 + предлагаемого Т 3+1+2+

100

. 60 66,5 ч, а для

100

.95 45,54.

Итак во втором случае Т на 21 ч меньше, причем это значение еще уменьшается, если с одной установки бурового оборудования бурить поочередно сразу 6 скважин (фиг. 5 и 6).

Такое уменьшение продолжительности буровой операции особенно важно при бу- рении мерзлых грунтов, так как после образования скважин происходит заполнение их водой и их закупорка за счет обвала грунта, что приводит к необходимости перебура.

Таким образом, если дополнительно учесть, что во втором случае намного меньше капитальные вложения и эксплуатационные расходы, проще и надежнее конструкция бурового оборудования, меньше его масса и выше мобильность, то преимущества пред- лагагмого способа выполнения буровых работ и устройства для осуществления неоспоримы.

Формулаизобретения

1. Способ выполнения буровых работ, включающий разметку места заложения скважин на обуриваемой площади, монтаж бурового оборудования на месте заложения первой скважины, бурение этой скважины и перемещение по площадке бурового оборудования к очередному месту стоянки для бурения последующих скважин, отличаюа

10

15

20 25

30

35

п

Щ и и с я тем, что, с целью повышения производительности буровых работ за счет сокращения операций в технологическом цикле при бурении скважин по площади, разметку производят только для первых скважин начального ряда, в зоне которых монтируют буровое оборудование, производят бурение первых скважин начального ряда, после чего смещают буровое оборудование в сторону от пробуренных скважин, в которых закрепляют анкерную траверсу трособлочной системы для подачи и перемещения бурового оборудования в начальном ряду от одного места стоянки к другому, прмчем на каждом очередном месте стоянки осуществляют при необходимости оперативную корректировку места заложения очередных скважин, а после бурения скважин начального ряда осуществляют перемонтаж трособлочной системы для бурения скважин в следующем ряду обуриваемой площади.

2. Устройство для выполнения буровых работ, содержащее основание с аутриггера- ми и поворотным кругом, на котором смонтирована поворотная станина, несущая податчик с бурильной головкой, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности работы, оно снабжено трособлочной системой подачи, включающей анкерную траверсу с обводным блоком и лебедки, трос которой охватывает обводной блок и закреплен на основании, при этом поворотная станина имеет телескопическую подвижную в радиальном направлении балку, на которой смонтированы податчик с бурильной головкой, а опоры аут- риггеров выполнены в виде лыжи.

у

О О/ О О О О О

Использование: бурение взрывных скважин на больших площадях при строительстве земляного полотна авто- и желез- ных дорог, котлованов. Сущность изобретения: производят разметку первых скважин начального ряда. Монтируют буровое оборудование в зоне этих скважин и бурят их. Буровое оборудование смещают в сторону от пробуренных скважин, в которых закрепляют анкерную траверсу трособлоч- ной системы. Добуривают начальный .ряд скважин, перемещая буровое оборудование по траверсе. Последовательно закрепляя анкерную траверсу в скважинах начального ряда, бурят перпендикулярно ему следующие ряды скважин с челночным, например, перемещением бурового оборудования. Устройство для выполнения буровых работ содержит основание с аутриггерами и поворотным кругом, на котором смонтирована поворотная станина, несущая подат- чик с бурильной головкой. Оно снабжено трособлочной системой подачи, включающей анкерную траверсу с обводным блоком и лебедку, трос которой охватывает обводной блок и закреплен на основании. Поворотная станина имеет телескопическую подвижную в радиальном направлении балку, на которой смонтирован податчик с бурильной головкой. Опоры аутриггеров выполнены в виде лыж. 2 с.п. ф-лы, 8 ил.

- О 9О--в -О- «t

-1 9

ю

Фиг. 2

Физ.З

Cs

Фиг. б

Фиг. 8