Устройство для рыхления мерзлого грунта перед экскавацией Советский патент 1992 года по МПК E02F5/20 E21B7/28 

Изобретение относится к строительной технике, используемой в строительстве различных ведомств для разрыхления и ослабления структуры мерзлых грунтов в суровых климатических условиях перед их экскавацией землеройными машинами в надводных условиях и оборудованием гидромеханизации в подводных при разработке различных траншей, дноуглубительных прорезей, выемок, геологических разрезов, карьеров полезных ископаемых, нерудных материалов и т.п.

Известно устройство, вращаемое в скважине при ее уширении, состоящее из двух соосных (один внутри другого) цилиндров с боковыми и торцовыми гидравлическими и окружающими их пневматическими соплами, двух трубопроводов, подводящих к ним поток очищенной высоконапорной воды (под напором 30-70 МПа) и сжатого воздуха (под напором 0,5-0,7 МПа). В процессе уширения скважины до требуемого диаметра производится подъем вращаемого устройства. При этом мерзлый грунт вокруг

скважины разрыхляется водяными струями, смешивается с водой и вытесняется наружу в виде пульпы выходящим в атмосферу сжатым воздухом.

Недостатки данного устройства - значительная энергоемкость и сложность конструкции, требующей для работы механизмов вращения, подъема, подвода к вращаемым соплам очищенной высоконапорчой воды я сжатого воздуха. Это снижает его надежность, усложняет эксплуатацию, удорожает стоимость разработки мерзлого грунта.

Наиболее близко к предлагаемому устройство для расширения скважины, включающее механизм вращения, дае закрытые снизу соосные трубы, одна внутри другой, из которых наружная является корпусом, несущим сверху выкидной патрубок, а внутренняя соединена с источником рабочей среды и на нескольких интервалах - с сопловой головкой, имеющей форму полого кольца, размещенного в полости корпуса, причем сопла ориентированы перпендикулярно боковой поверхности скважины, а в

сл

-ч

.N СЛ

со

Јь Q

стенках корпуса выполнены отверстия, расположенные по обе стороны сопел. Устройство разрыхляет грунт вокруг скважины, смешивает его с рабочей средой, которая действием остаточного напора вытесняет образующуюся смесь из скважины через отверстия в полость корпуса с выбросным патрубком.

Недостатки этого устройства - сложность, низкая надежность конструкции, высокая энергоемкость, связанная с необходимостью его вращения, с использованием высоконапорной рабочей среды для питания сопловых головок. Это обусловливает низкую эффективность и высокую стоимость разрыхления и удаления мерзлого грунта при расширении скважин.

Цель изобретения - повышение эффективности рыхления мерзлого грунта путем воздействия на стенки скважины нагретых воздушных струй, вызывающих образование в грунтах раковин-пустот, трещин и во- допневмогрунтовой смеси, удаляемой грунтовым насосом.

Указанная цель достигается тем, что устройство для расширения скважин, включающее цилиндрический, закрытый с торца корпус, на внешней поверхности которого через равные промежутки по высоте на длине параметра, перпендикулярно продольной оси расположены сопла, внутреннюю трубу, размещенную соосно корпусу внутри него, воздухопровод, сообщенный с полостями корпуса и сопел, и криволинейный патрубок для отвода пульпы, дополнительно снабжено воздухонагревательным и уплотни тельным приспособлениями, защитной решеткой и грунтовым насосом, полость которого сообщена через задвижку с воздухопроводом и внутренней трубой, а грунтозаборный орган размещен на торце внутренней трубы, расположенном ниже торца корпуса и огражденном защитной решеткой, размещенной концентрично выступающему концу внутренней трубы. При этом сопла верхних рядов направлены под углом к продольной оси, направленным вверх, а воздухонагревательное и уплотни- тельное приспособления размещены на верхнем конце корпуса, сообщенном, как и уплотнительное устройство, через задвижку с воздуховодом.

На чертеже показан вид сбоку в разрезе устройства для рыхления мерзлого грунта.

Устройство выполнено в виде двух соосно размещенных патрубков-труб наружного 1 и внутреннего 2. Патрубок 1 соединен через задвижку 3 с воздухопроводом А компрессора. На его верхнем конце смонтированы два приспособления: уплотнительное 5 и воздухонагревательное 6, например, резиновая камера авиаколеса и электрический кольцевой муфельный нагреватель. Перед

нагревателем к патрубку 1 присоединены трубопровод 7 с задвижкой 8 и трубопровод 9 с задвижкой 10, которые соединяют уплотнительное устройство 5 и рабочее сопло 11 пневмоэжектора 12 с воздухопроводом 4.

0 Нижний конец патрубка 1 заглушен и через него пропущена концевая часть патрубка 2 с открытым торцом длиной 0,1-0,2 м, огражденная защитной решеткой 13. Снаружи на патрубке 1, начиная от низа, через заданные

5 промежутки по высоте на длине периметра смонтированы под углом к продольной оси, направленным вверх, сменные сопла 14 с одинаковой либо различной площадью и формой выходного от верстия, позволяющей

0 изменять расход воздуха между отдельными соплами и зону их действия.

Верхней конец патрубка 2 соединен с приемным патрубком приемной камеры пнезмоэжектора 12. Напорный рукав 15 со5 единяет пневмоэжектор 12с местом складирования грунта.

Работает устройство следующим образом.

На месте предстоящей экскавации в за0 висимости от ширины участка разработки бурят скважины с превышением проектной отметки дна создаваемого сооружения на 0,2-0,3 м в один или несколько симметричных рядов. Расстояние между рядами и

5 скважинами в рядах устанавливают одинаковыми. Для разрыхления структуры мерзлого грунта на месте экскавации создают вокруг каждой скважины раковины-пустоты длиной не менее половины расстояния меж0 ду рядами и скважинами, и трещин, образуемых действием на нескольких уровнях радиальных горячих струй, истекающих из сопел 14 патрубка 1, на стенки скважины и удалением с ее дна через торец патрубка 2

5 пневмоэжектором 12 в отвал стекающей талой воды от растаявшего льда с частью оттаявших фракций грунта и охлажденным воздухом. Для этого устройство поочередно опускают в каждую скважину до касания

0 защитной решеткой 13 ее дна. Соединяют воздухопроводом 4 открытый торец патрубка 1 с компрессором, а воздухонагревательное приспособление б подсоединяют кабелем к источнику электроэнергии. Затем

5 включают в работу воздухонагревательное приспособление 6 и компрессор, с сжатый воздух из воздухопровода 4 через открытые задвижки3,8 и 10 направляют, после нагрева воздухонагревательным приспособлением б в патрубок 1, и трубо-.роводы 7 и 9,

питающие холодным сжатым воздухом уп- лотнительное приспособление 5, перекрывающее устье скважины, и пневмоэжектор 12.

Нагретый воздухонагревательным приспособлением 6 сжатый воздух выпускают из патрубка 1 через сопла 14 на стенки скважины. Под действием нагретых струй воздуха в мерз-лом грунте вокруг скважины образуются наклонные раковины-пустоты в виде вытянутых в направлении их действия диффузоров, и трещины от растягивающих усилий, возника ющих от перепада температур на границах действия струй.

Таким образом происходит разрыхление и ослабление структуры мерзлого грунта, достаточные для последующей экскавации. Образующаяся от растаявшего льда вода с частью смываемых ею мелких и крупных фракций и охлажденным воздухом стекает на дно скважины, где фракции, размеры которых превышают входное отверстие патрубка 2, задерживаются защитной решеткой 13, а прошедшая через нее пнев- могрунтовая смесь всасывается через торец патрубка 2 эжектором 12 и направляется по рукаву 15 на место складывания грунта

Разрыхление структуры мерзлого грунта вокруг каждой скважины продолжают до образования в нем радиальных раковин-пустот длиной не менее половины расстояния между скважинами и их рядами и трещин.

В надводных условиях для полного обезвоживания раковин-пустот откачку из скважин пульпы продолжают некоторое время после прекращения подачи горячего сжатого воздуха. В случаях, когда экскавация производится через значительное время, скважины сверху изолируют, например, засыпкой снега.

Формула изобретения

1. Устройство для рыхления мерзлого

грунта перед экскавацией, включающее цилиндрический закрытый с торца корпус, на внешней поверхности которого через равные промежутки по высоте перпендикулярно продольной оси расположены сопла, внутреннюю трубу, размещенную соосно корпусу внутри него, воздухопровод, сообщенный с полостями корпуса и сопел, и криволинейный патрубок для отвода пульпы, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности рыхления мерзлого грунта, оно снабжено воздухонагревательным и уплотнительным приспособлениями, защитной решеткой и

грунтовым насосом, полость которого сообщена через задвижку с воздухопроводом и внутренней трубой, а грунтозаборный орган размещен на торце внутренней трубы, расположенном ниже торца корпуса и огражденном защитной решеткой, расположенной концентрично выступающему концу внутренней трубы, при этом сопла верхних рядов расположены под углом к продольной оси, направленным вверх, а воздухонагревательное и уплотнительное приспособления размещены на верхнем конце трубы корпуса и сообщены через задвижку с воздухопроводом.

2. Устройство по п. 1, отл и ч а ю щеес я тем, что уплотнительное и воздухонагревательное приспособления выполнены в виде надувной колесной камеры и электрического кольцевого муфельного нагревателя.

Использование: строительная техника. Сущность изобретения: устройство имеет воздухонагревательное и уплотнительное приспособления, сообщенные с воздухопроводом через задвижки, защитную решетку для ограждения грунтозаборного органа, сопла, размещенные на корпусе, расположенные под углом к продольной оси, направленным вверх. Уплотнительное и воздухонагревательное приспособления могут быть выполнены в виде надувной колесной камеры и электрического муфельного нагревателя. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.