Устройство для образования скважин в мерзлом грунте Советский патент 1982 года по МПК E21B7/24 E02F5/30 

Изобретение относится к строительноаорожному машиностроению, в частности к рабочим органам машин аля образования скважин, и может найти применение в строительстве, а именно аля бурения скважин в мерзлых грунтах, а также аля образования скважин в прочных грунтах. Известно устройство аля образования скважин в мерзлом грунте, соаержащее установленный на штанге авухзахоцный сменный бур, оснащенный резцами и теркой 1 . Неаостатком известоого устройства является низкая произвоцитетность бурения скважин в мерзлых грунтах. Наиболее близким к преалагаемому по технической сущности и аостигаемому результату является устройство аля разрушения грунта высоким импульсным аав лением газа, соаержащее рабочий наконечник, соеаиненный с нич полый корпус имеющий выхлопние отверстия, емкость аля (-ж 1того газа и поапружиненный порII1PHI., расположенный в верхней части полого корпуса, оборуаованный перепускными клапанами и соеаннонный тяго( с выпускным клапаном. После заглубления аанирго устройства открытием выпускного клепала через выхлопные отверстия обеспечивается импульсный выхлоп газа, разрушающего посреаством волны сжатия грунт ВТ круг корпуса на глуби |у его внедрения f 2 . HepocTUTKoM известного устройства является неоозможность его применения аля бурения цилиндрических скважин. Это обусловлено тем, что устройство осуществляет только ямное разрушение грунта в виае конической воронки, ииамстр которой уменьшается с увеличением глубины. Поэтому при послеауюшем бурении не обеспечивается устойчивость стенок скважины в верхней части воронки, что привоаит к их обрушению. Это объясняется тем, что циаметр разрушения засч:ь больше аиамотра сквлжины. Диамртр txr ронки в нижней части меньшо пипметра скважины, что увешчивпот гоп ютипл. ii№ послеоующему бурению, снижая, гем самым, произвоаительность. Кроме того, известное устройство не гфиспособлено апя уцапения грунта из скважины. Цель изобретения - псжьпиение проиэвоаительности путем более эффективного разрыхления грунта вокруг загубленного Корпуса. Указанная цель постигается тем, что устройство аля образования скважин в мерзлом грунте, содержащее рабочий наконечник, соециненный с ним полый корпу имеющий вьалопные отверстия, емкость аля сжатого газа и поапружиненный поршень, расположенный в врехней части по ЛОГО корпуса, оборуаованный перепускными клапанами и соеаиненный тягой с выпускным клапаном, снабжено цвухзахоаным буром с резцами и трубой, установленной внутри полого корпуса концентрично к нему с образованием зазора межау внутренней поверхностью и цнише его, при этом выпускной,Клапан установлен в трубе с возможностью перекры тия зазора межау низом трубы и ани- тем корпуса, причем выхлопные отверстия корпуса выполнены на разньсх. уровн по высоте, выше которых на корпусе Концентрично к нему установлен цвухза- хоаный бур с резцами, Кроме того, выхлопные отверстия каж цого уровня смещены по отношению к выхлопным отверстиям слепующего уровня на 45®. На фиг. I изображено прецлагаемое устройство, общий виа; на фиг. 2 - то же, продольный разрез, без изображения цвухзахоцного бура; на фиг. 3 - разрез А -А на фиг. 2; на фиг. 4 - разрез ББ на фиг. 2. Устройство аля образования скважин в мерзлом грунте соаержит полый корпус 1, на котором жестко установлены емкость 2 аля сжатого газа и авухзахопный бур 3, оснащенный резцами 4. К нижней части полого корпуса I жестко прикреплен рабочий наконечник 5. В нижней части корпуса I на разных урс« нях по высоте выполнены в вице фильтров выхлопные отверстия 6. Поцача сжатого газа в емкость 2 обеспечивается посреаством треххоасжого крана 7. В верхней части полого корпуса расположен поапружиненный поршень 8, ход которого ограничен упорами 9. Поршень 8 оборудован перепускными ктепанами 10 и соединен тягой 11с выпускным клапаном 12, установленным подвижно в нижней части трубы 13. Труба 13 установлена внутри нижней части полого корпуса 1 концентрично к нему с образованием зазоров 14 межцу внутренней поверхностью и цнищем его. Труба 13 жестко закреплена в полом корпусе 1 с помощью шайбы 15. На пне полого корпуса I установлена герметизирующая проклаака 16. Устройство аля образования скважин в мерзлом грунте работает слеаующим образом. Оцновременно с заглублением устройства в грунт посреастБом привоаного механизма (не показан) емкость 2 че- реэ кран 7 заполняется сжатым газом, например, от компрессора высокого давления (не показан). Поршень 8, опускаясь до нижнего упора 9 под давлением поступающегогаза, перемещает вниз посредством тяги 11 выпускной клапан 12, герметизирующий при помощи прокладки 16 емкость 2. После заглубления корпуса I надпоршневое пространство посредством крана 7 ссобщается с ат- мосферой и давление газа наа поршнем 8 практически мгновенно падает. Пор шень 8, перемещаясь вверх, поа действием избыточного давления в емкости 2 открывает выпускной клапан 12, обеспечивая импульсное истечение газа из емкости 2 в зазоры 14. После заполнения и уравнивания давления на всех уровнях зазора 14 газ импульсно истекает через выхлопные отверстия 6 в массив грунта, производя разрыхление грунта вокруг устройства. При истечении газа через большое количество выхлопных отверстий 6, расположенньЕй на разнесенных по высоте уровнях, вокруг полого корпуса 1 образуется объем разрыхления, имеющий форму цилиндра. После газодинамического воздействия массив грунта в зоне скважины теряет свою сплошность и прочность иэ-за образования участков разрыхления. Выполнение выхлопных отверстий 6 в соседних уровнях со смещением на 45® (фиг. 3 и 4) позволяет улучшить разрыхленность зоны скважины по глубине за счет пространственного смешения участков разрькле- ния. При аальнейшем заглублении устройства разрыхленный грунт разрабатьшается резцами 4 бура 3, Удаление грунта из скважины осуществляется поаьемом и последующим ускоренным вращением бура 3. За счет центробежных сил грунт разбрасывается по дневной поверхности. Затем цикл работы по бурению скважины повторяется.

Использование предлагаемого усгройствв в сравнении с известными обеспечивает псаышение произвоцительностн бурения за счет грецварительного газо- цинамического разрыхления грунта в ао- не буримой скважины. Кроме того, сохраняются постоянными по всей глубине устойчивость стенок скважины и величина уменьшения согфотивлений бурению, что объясняется образованием после газодинамического воздействия цилиндрического объема разрыхленного грунта. Формула изобретения

I, Устройство для образования скважин в мерзлом грунте, содержащее рабочий наконечник, соединенный с ним полый корпус, имеющий выхлопные отверстия, емкость цля сжатого газа и подпружиненный поршень, расположенный в верхней части полого корпуса, оборудованный перепускными клапанами и соединенный тягой с выпускным клапшюм, отличающееся тем, что, с це лью псвьпления производительности путем более эффективного разрыхления

грунта вокруг заглубленного корпуса, оно снабжаю двухзаходным буром с ре цами и трубой, установленной внутри полого корпуса концёйтрично к нему с образованием зазора между внутренней поверхностью и днищем его, при этом выпускной клапан установлен в трубе с возможностью пер рытия зазора межоу низом и аншцем корпуса, причем ёыхлопные отверстия корпуса выполнены на разных уровнях по высоте, выше которых на Kqjnyce концентрично . к нему установлен двухзаходный бур с резцами. 2. Устройство по п. 1, отличают е е с я тем, что выхлопные отверстия каждого уровня смешены по отношению к выхлопным отверстиям следующего уровня на tS .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Суворов и др. Справочное пособие по строительным машинам. Машины для буровых и свайных работ. М., Стройиздат. 1972, вып. 4, с. 89, 91, 92.

2.Авторское свидетельство ,СССР N 621839, кл. Е 02F 5/30, 1977 (прототтп).