Категория:
Машины для рыхления грунтов
Станки ударного бурения
В строительстве и на открытых горных разработках наибольшее распространение получили ударный, вращательный, ударно-вращательный и термический методы бурения скважин.
Принцип ударного бурения состоит в следующем. При ударе по торцу бура лезвие долота сминает породу и внедряется в нее, образуя борозду. При сильном ударе его энергия через смятую породу передается на боковые поверхности щели и вызывает скалывание породы. После первого удара бур поворачивается на некоторый угол, затем производится новый удар и лезвие прокладывает в породе новую борозду. При достаточной силе удара порода, в пределах угла поворота бура, скалывается в момент образования второй борозды. Угол поворота бура не должен быть слишком большим, иначе при следующем ударе порода будет не скалываться, а сминаться лезвиями бура.
Эффективность разрушения при ударном бурении пород зависит от энергии единичного удара, частоты ударов, угла поворота инструмента после каждого удара. С увеличением крепости породы оптимальное значение энергии единичных ударов увеличивается. Одним из главных препятствий в реализации энергии единичного удара является пока недостаточная стойкость бурового инструмента.
Порода может разрушаться и при напряжениях, не достигших предела прочности. В этом случае имеет место усталостное разрушение пород, механизм которого заключается в том, что при напряжениях, превышающих предел усталости, но меньших предела прочности, в отдельных микрообъемах возникают напряжения, приводящие к образованию микротрещин. По мере увеличения числа циклов нагружения количество микротрещин растет, прочность породы снижается до значений действующих напряжений, и образцы разрушаются.
Энергия единичного удара может быть увеличена за счет увеличения массы ударника или его скорости. Установлено, что при постоянной энергии удара с повышением скорости приложения нагрузки эффект разрушения увеличивается для всех испытываемых образцов.
Характер изменения глубины погружения за удар при постоянной энергии единичного удара с изменением скорости приложения нагрузки показывает, что для каждой породы имеется оптимальная скорость, обратно пропорциональная крепости пород, превышение которой снижает эффект разрушения.
Изменение скорости приложения нагрузки влияет на эффект разрушения различных пород по-разному. Так, относительная крепость кварца при скорости нагружения 2,07 м/с оказывается выше, а при скорости 14,03 м/с — ниже крепости гранита. С увеличением скорости нагружения до 20 м/с и более зона пластической деформации кварца под штампом становится меньше, чем при статических испытаниях, а в мраморе при скорости 40 м/с пластические деформации вообще не обнаруживаются.
Опыты показывают, что при скорости нагружения до 2—3 м/с прочностные характеристики пород изменяются незначительно. Увеличение скорости приложения нагрузки свыше 8—10 м/с сложно из-за чрезмерных контактных напряжений в месте соударения. При разрушении пород недостаток элергии отдельных ударов не может быть компенсирован их количеством. Поэтому необходимо прежде всего увеличивать энергию единичного удара до пределов, определяемых прочностью бурового инструмента, и только после этого увеличивать частоту ударов.
Возможность увеличения частоты ударов должна рассматриваться с учетом санитарно-гигиенических требований к условиям труда рабочих. Работа на ручных бурильных молотках с частотой ударов более 2000 мин-1 вызывает опасные для здоровья вибронагрузки и создает недопустимо высокие шумы.
К машинам ударного бурения относятся перфораторы, станки ударно-канатного бурения, бурильные молотки.
Все типы перфораторов — ручные, колонковые, телескопные — работают по одному принципу и имеют много общего в своем устройстве. Буры для перфораторов изготовляют из специальной буровой стали высокого качества (обычно марки У7А) шестигранного или круглого сечения. Головки буров бывают различной формы, но чаще всего долотчатой и крестовой. Наряду с цельными бурами, широко применяют и буры со съемными коронками, которые соединяются с буровыми штангами при помощи специальной резьбы или за счет трения между коническими поверхностями.
Станки ударно-канатного бурения также имеют общий для всех видов принцип действия и аналогичную конструкцию основных узлов. Во время бурения в скважину подливается вода, и частицы разрушенной породы благодаря постоянному возвратно-поступательному движению бурового инструмента переходят во взвешенное состояние, образуя буровой шлам. Для удаления шлама периодически извлекают буровой снаряд, а на желоночном канате в скважину опускают желонку. После двух-трех опусканий желонки вновь продолжают бурение.
На станках ударно-канатного бурения устанавливают асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором и с контактными кольцами, позволяющими менять число оборотов. Оптимальная скорость бурения соответствует определенной высоте подвески долота над забоем скважины. Лабораторией открытых горных пород ИГД АН СССР разработано устройство для полуавтоматического регулирования высоты подвески бурового снаряда станка БУ-2, дающее возможность увеличить скорость бурения на 20—30%.
Советскими учеными разработан инженерный метод расчета, позволяющий определить главные величины, от которых зависит эффективность ударного бурения: вес бурового инструмента, силу удара, глубину внедрения в породу и угол поворота долота.
Необходимо отметить, что теоретические предпосылки учитывают далеко не все факторы, определяющие процесс бурения. Так, эффективность бурения зависит от того, какой объем породы раздавливается и какой скалывается, как накладываются удары по породе один на другой, производя ее измельчение, какова высота бурового шлама и его плотность в скважине и др.
При внедрении долота в твердую горную породу ее структура нарушается, поэтому форма разрушения не является точным отпечатком граней лезвия долота.
Читать далее: Машины вращательного бурения
Категория: - Машины для рыхления грунтов
stroy-technics.ru
stroy-server.ru
Принцип ударно–канатного бурения заключается в сбрасывании бурового снаряда, подвешенного к канату, на дно скважины и разрушении таким образом грунта. Для равномерного разрушения грунта и придания забою круглой формы при обратном ходе буровой инструмент поворачивается вокруг своей оси на некоторый угол.
Станки ударно–канатного бурения предназначены для бурения вертикальных скважин глубиной до 500 м и диаметром до 900 мм в грунтах разной крепости.
Рис. 9.4 Станок ударно-контактного бурения.
Станки ударно–канатного бурения обычно выпускают прицепными и самоходными. Первые устраивают на колесах и передвигаются с помощью тягача. Самоходный станок (рис. 9.4) имеет свой гусеничный механизм 19 передвижения. На несущей раме 17 устанавливается складывающаяся мачта 7 и двухбарабанная лебедка с двигателем 16. В вертикальном положении мачта удерживается раскосами 8. Канат 6, закрепленный одним концом на барабане 15, обогнув блоки 11, 9 и 5 вторым концом соединяются посредством замка 3 с буровой штангой 2, которая на нижнем конце снабжена долотом 1. Блоки 11 и 5 установлены на неподвижных осях. Блок 9, будучи связан посредством шатуна 12 с зубчатым колесом 13 через кривошип и с осью блока 11 через раму 10, совершает качательные движения занимая крайние положение положения І и ІІ (рис. 9.4 б). При этом штанга 2 соответственно поднимается и падает в забой, разрушая его. В зависимости от высоты подъема штанги число ударов ее меняется в пределах 45-60 в минуту.
После проходки скважины на глубину 0,5 – 0,7 м образовавшийся в ней шлам смешивается с поданной в забой водой и удаляется с помощью желонки. Желонка представляет собой обечайку 6 (рис. 9.5 г) цилиндрической формы, к которой прикреплена сверху вилка 5 для соединения с канатом, а снизу режущий башмак 8 с плоским или полусферическим клапаном 7.
Рис. 9.5 Рабочий инструмент для ударного бурения.
Подъем и опускание желонки осуществляется канатом 4, наматываемым на барабан 13, который приводится от двигателя посредством шестерни 14.
При бурении станок опирается на грунт четырьмя домкратами 18.
Рабочий инструмент (долото) для ударного бурения (рис. 9.5, а, б) состоит из головки 1, тела 2 и конического хвостовика 4 с винтовой нарезкой для соединения долота со штангой (рис. 9.5, в). Для захвата ключом при навинчивании долото имеет лыски 3.
По форме головки различают долота зубильные (рис. 9.5, а), крестовые (рис. 9.5, б) и фасонные.
Зубильными долотами бурят однородные породы; они обеспечивают наибольшую производительность, однако в трещиноватых породах часто заклиниваются или искривляют скважину. Крестовые и фасонные долота используют для бурения абразивных пород средней и высокой крепости.
Дата добавления: 2016-06-29; просмотров: 717; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
poznayka.org
Категория:
Машины и оборудование для буровых работ
Станки для буровых работ
Для бурения скважин диаметром более 75 мм и глубиной свыше 8—10 мм применяют специальные бурильные станки. Наибольшее распространение в строительстве -получили станки ударно-канатного, вращательного и огневого (термического) бурения.
Станки ударно-канатного бурения. Сущность работы станка ударно-канатного бурения заключается в том, что буровой снаряд массой 500—3000 кг, подвешенный к канату, периодически поднимаясь и опускаясь, наносит от 40 до 60 ударов в минуту по забою скважины и разрушает породу. Рабочим инструментом бурового снаряда является долото. После нанесения удара буровой инструмент, поднимаясь, поворачивается в скважине на некоторый угол вследствие свойства стального каната раскручиваться под нагрузкой, и, таким образом, забой скважины равномерно разрушается по всей площади. Буровая мелочь смешивается с водой, образуя шлам, который периодически извлекается из скважины желонкой.
Станки ударно-канатного бурения (рис. 167) применяют для бурения скважин диаметром до 300 мм. Эти станки монтируют на колесном или гусеничном ходу.
Рис. 167. Схема станка
Буровой снаряд подвешен на ударно-канатного бурения канате, который проходит через блок на мачте станка, оттяжной и направляющий блоки, и закрепляется на барабане. Оттяжной блок установлен на балансире, который под действием кривошипно-шатунного механизма, состоящего из шатуна и зубчатого колеса с кривошипом, может совершать колебания вокруг оси направляющего блока. При ходе балансира вниз буровой снаряд поднимается, а при ходе балансира вверх снаряд падает и ударяет по породе, разрушая ее.
По мере углубления скважины оттормаживают барабан 6 и сматывают канат, давая возможность буровому снаряду опускаться ниже.
Все станки ударно-канатного бурения имеют следующие основные узлы: раму, мачту, ходовой механизм (гусеничный), механическое и силовое оборудование и буровой инструмент. Принцип действия и конструкция основных узлов для всех станков аналогичны.
Высота падения (подъема) бурового снаряда составляет обычно 0,8—1 м. Поэтому число ударов не может быть выбрано произвольно и составляет 45—60 в минуту в зависимости от высоты подъема снаряда. Невысокая частота ударов ограни-чивает скорость бурения. Кроме того, при этом способе бурения на производительность станка существенно влияют и производственные трудности, связанные с доставкой к забоям воды и тяжелого бурового инструмента.
Длительный опыт использования станков канатно-ударного бурения показал, что они имеют низкую производительность (в среднем от 3 до 10 м в смену) и недостаточно эффективны. Поэтому в гидротехническом строительстве переходят к применению более прогрессивных типов бурильных станков, которыми являются станки вращательного и огневого бурения.
Станки вращательного бурения в зависимости от способа подачи бурового инструмента подразделяют на станки с рычажной, дифференциальной, гидравлической и рычажно-дифференциальной подачей. Проходка скважин станками вращательного бурения в значительной мере повышает скорость бурения по сравнению с бурением канатно-ударными станками. Такие станки с пневматической продувкой скважин и статическим осевым нажатием на буровой инструмент в 3—4 раза производительнее станков ударно-канатного бурения. Станки вращательного бурения применяют для бурения скважин диаметром от 300 мм в мягких, средних и крепких породах.
В настоящее время наша промышленность выпускает значительное количество различного типа станков для вращательного бурения. Наиболее распространенными из них являются станки шнекового бурения. Шнековое бурение аналогично бурению шпуров электросверлами. Наконечник бурового инструмента (резец) скалывает и сверлит породу, а образующаяся при этом мелочь удаляется шнековым устройством буровых штанг. Буровой инструмент вставляют в шпиндель редуктора, вращающий его со скоростью 120—300 об/мин пои осевом давлении 2—10 кн (200—1000 кГ).
На рис. 168 приведены общий вид и кинематическая схема станка вращательного бурения. Станок (рис. 168, а) состоит из следующих частей: механизма передвижения, лебедки для подъема бурового инструмента, электродвигателя 3 лебедки, рычагов управления блокировки 4 и вращателя, состоящего из редуктора и электродвигателя.
Принцип действия станка показан на рис. 168, б. К вертикальной раме станка (не показанной на рисунке) при помощи каната приводной лебедки подвешивается на полиспасте рама подвески, которая может перемещаться по вертикальным стойкам рамы станка. На раме подвески расположены электродвигатель и двухступенчатый редуктор, к валу которого прикрепляется спиральная штанга с буровым инструментом, состоящим из буровой головки, а также хвостовиков и патронов для соединения штанг и буровой головки при помощи пальцев с шайбами. Рабочим органом является литая буровая головка с режущими лопастями и хвостовиком. Режущие кромки лопастей наплавляют твердым сплавом. Для бурения особо крепких пород буровая головка оснащается алмазами.
Рис. 168. Станок вращательного бурения а — общий вид; б — кинематическая схема
Бурение скважины может продолжаться непрерывно только на глубину одной штанги, после чего двигатель вращателя выключают, штангу отсоединяют от шпинделя вращателя и лебедкой вращатель поднимают вверх. Инструмент наращивают новой штангой, присоединяют ее к вращателю, и бурение продолжается. Подача инструмента на забой происходит за счет силы тяжести вращателя, перемещающегося по направляющим мачты и штанг.
Характерным для станков шарошечного бурения является то, что шарошечные долота требуют значительно больших усилий подачи, чем обычные коронки вращательного бурения. Поэтому станки шарошечного бурения выполняют с гидравлическими механизмами подачи, так как вес вращателя и штанг недостаточен для создания необходимого усилия подачи.
При шарошечном бурении буровой инструмент состоит из буровых труб (штанг) и шарошечных долот. Наибольшее распространение получили трехшарошечные долота (рис. 169), в которых различают тело долота, три лапы с цапфами, шарико-роликовые опоры, три конические шарошки, запорный палец и промывочную плиту. Сжатый воздух для продувки поступает к опорам шарошек через центральный канал, образованный лапами, и, кроме того, через специальные каналы, проходящие через лапу. Для бурения наиболее крепких пород в конце шарошек вместо зубьев вставляют цилиндрики из твердых сплавов. В отдельных случаях буровые коронки армируют мелкими алмазами.
На рис. 170 приведен буровой самоходный станок враща-тельно-шарошечного бурения вертикальных и наклонных скважин диаметром 200 мм. Станок предназначен для бурения особо крепких пород. Основными частями станка являются гусеничный ходовой механизм, напорный механизм, мачта, механизм подачи штанг, компрессор, буровой став и гидродомкраты. Конструкцией станка предусмотрены автоматизация процесса бурения, подача бурового става на забой скважины, изменение величины осевого давления в зависимости от коэффициента крепости буровых пород. Наращивание и разборка става буровых штанг механизированы. Установка ставка в горизонттальное положение, подъем и опускание мачты, регулирование усилия нажатия на забой и управление патроном при перехвате штанг осуществляются при помощи гидравлической системы. Буровая мелочь удаляется сжатым воздухом при помощи установленных на станке двух компрессоров общей производительностью 18 MS/MUH. Скорость вращения долота регулируется в пределах 30—3000 об/мин при осевом давлении на забой скважины 19 т.
Рис. 169. Трехшарошечные долота
Станки вращательного бурения являются самоходными машинами на гусеничном или шагающем ходу. Кинематическая схема такого станка обычно
обеспечивает выполнение следующих основных операций: а) вращения бурового инструмента; б) регулирования его подачи (осевого нажатия на инструмент);
в) опускания и подъема инструмента и г) удаления из скважины продуктов бурения.
Оптимальный режим бурения определяется рациональным соотношением скорости вращения инструмента и величины осевого нажатия на него при оптимальной скорости удаления продуктов бурения из скважины. Поэтому вращательные станки должны обеспечивать различный режим бурения в соответствии с характером породы.
Рис. 170. Станок вращательно-шарошечного бурения
Основные параметры станков вращательного бурения — осевое давление, скорость вращения, расход сжатого воздуха и мощность, затрачиваемая на бурение, — определяются диаметром скважины и крепостью пород.
Наиболее эффективным способом удаления из скважины продуктов бурения является продувка скважин сжатым воздухом, скорость бурения при этом повышается на 10—25%, а в некоторых случаях на 50%.
Станки вращательного бурения по способу воздействия бурового инструмента на скважину могут рассматриваться как ударные и как режущие. Шарошечные долота получают вращательное движение и передают его на забой. Коронки долота при вращении передают на забой статическую нагрузку в виде осевого давления и работают как режущий или истирающий породы орган. Таким образом, при одинаковой кинематической схеме станка, обеспечивающей вращение инструмента, можно разрушать породу ударом или резанием.
Вращательное бурение более эффективно, чем ударно-канатное. Станки вращательного бурения более производительны, допускают возможность бурения горизонтальных и наклонных скважин, просты по конструкции и в обслуживании, меньше по весу и не требуют промывки скважин.
Средняя производительность станков вращательного бурения с пневматической продувкой скважин диаметром 180—200 мм составляет при бурении мягких пород 94 м/смену и при бурении твердых пород 216 м/смену. Для продувки скважин в различных породах в условиях рационального режима бурения при диаметре скважин до 200 мм необходимо 12—14 ж3 воздуха в минуту, а для скважин диаметром 100—300 мм — от 28 до 30 м.
Повышение производительности вращательного бурения и его применение для крепких и весьма крепких пород стали возможными за счет использования мощных станков с большим (до .20— 30 г) осевым нажатием на долото и пневматической продувкой скважин. Осевое давление на буровой инструмент осуществляется при помощи гидравлических цилиндров или гидропривода с шестеренно-реечной передачей, размещаемого на подвеске станка совместно с приводом вращения бурового инструмента.
Скорость вращения бурового инструмента в современных станках регулируется гидравлической системой и в зависимости от режима работы станка колеблется в пределах 30—200 об/мин.
Станки огневого (термического) бурения в качестве рабочего органа имеют термобур с реактивной горелкой. Принцип действия термобура заключается в следующем. Распыленное при помощи центробежных форсунок жидкое топливо (бензин, керосин, дизельное топливо), смешиваясь в камере сгорания термобура с окислителем — газообразным кислородом, образует в результате сгорания газы, температура которых достигает 2500—3500 °С. Раскаленные газы, вырываясь из реактивного сопла с большой скоростью (1800 м/сек и более), ударяются в забой скважины и разрушают породу. Используемая для охлаждения камеры сгорания вода, превращаясь в пар, подхватывает и выносит из скважины частицы разрушенной породы.
Термический способ наиболее эффективен при бурении крепких пород с кристаллической структурой, которые лучше поддаются термическому воздействию, чем породы аморфные. С увеличением крепости кристаллических пород и уменьшением их трещинова-тости производительность агрегатов термического бурения возрастает.
Выпускаемый отечественной промышленностью станок термического бурения представляет собой самоходную буровую установку на гусеничном ходу. Для прожигания скважин используются жидкое топливо (нефть, керосин, бензин), газообразный кислород и вода.
На рис. 171, а приведена схема рабочего органа станка. Термобур состоит из подводящего устройства, разрезной переходника и огнеструйной горелки (рис. 171,6) являются корпус, днище с сопловым отверстием, чехол и башмак.
Рис. 171. Станок огневого бурения: а — рабочий орган; б — горелка
В верхнюю часть форсунки подается кислород и керосин. Кислород из камеры форсунки, проходя по косым каналам завихрителя, направляется через узкий кольцевой зазор в верхнюю часть конического корпуса. В днище камеры сгорания расположены сопловые отверстия, каналы охлаждения и связанные с ними внутренние полости, служащие промежуточными водоприемниками. В коническом корпусе имеются отверстия для прохода охлаждающей воды.
Станок предназначен для бурения скважин в наиболее крепких и абразивных породах глубиной до 17 ж и диаметром да 250 мм. Для бурения в трещиноватых, очень крепких породах применяют трехсопловые горелки. Средняя скорость прожигания составляет от 2,4 до 11 м/ч.
К недостаткам термического способа бурения следует отнести значительный расход кислорода и горючего, громоздкость установок и большой объем образующихся во Бремя работы газов и паров, что ограничивает применение этого способа бурения преимущественно на открыты» разработках.
При использовании станков термического бурения необходимо соответствующими приборами обеспечить контроль за процессом горения в реактивной горелке, а также за скоростью вращения и подачи бурового инструмента.
В табл. 19 приведены ориентировочные скорости бурения скважин бурильными станками различных типов.
Таблица 19.
Бурильные станки для бурения скважин должны иметь высокую производительность, быть самоходными, а также устойчивыми как при перемещении, так и в рабочем положении. Станок должен быть простым и надежным в работе, его механизмы должны допускать регулирование числа ударов или числа оборотов шпинделя, а термических станков — регулирование скорости вращения реактивной горелки. Все вращающиеся части станка должны быть защищены для безопасности обслуживания и доступны для осмотра и ремонта. Буровые работы требуют налаженного -компрессорного хозяйства, бурозаправочных станций, складов хранения взрывчатых .веществ и других подсобных цехов.
Разработка скальных пород с предварительным взрывом их представляет опасность для рабочих и населения. Эти работы производятся в строгом соответствии с установленными правилами техники безопасности и охраны труда. Место производства взрывных работ должно быть ограждено сигналами и оцеплено охраной, а для рабочих должны быть отведены безопасные укрытия.
Читать далее: Машины для свайных работ
Категория: - Машины и оборудование для буровых работ
stroy-technics.ru
Бурение скважин станком УКС. При ударно-канатном бурении порода разрабатывается бурильным инструментом —долотом, который периодически сбрасывается в забой с высоты 0,4— 1 м. При каждом следующем падении долото поворачивается на 5—10°. Это происходит за счет упругого раскручивания свивки троса при его натяжении в момент подъема долота. Поворот долота при каждом ударе обеспечивает равномерную разработку породы по площади забоя. В зависимости от размера скважины для ударно-канатного бурения применяют различные виды станков, которые по грузовым характеристикам делятся на три типа: легкие, средние и тяжелые. В мостостроении применяют только тяжелые станки. При весе долота 3 m требуется усиление станка: укородение мачты до 12 м, усиление подкосов и других рабочих органов. В числителе даны габаритные размеры в рабочем положении, а в знаменателе—в транспортном положении. Все ударно-канатные станки имеют много общего. Станок УКС-30 имеет следующие основные узлы: раму станка, на которой смонтированы все механизмы, мачта и рычаги управления, а также электродвигатель с редуктором; ударный механизм, состоящий из оттяжной рамы и кривошипа и служащий для сообщения возвратно-поступательного движения долоту в скважине; инструментальную лебедку, обслуживающую долото; желоночную лебедку, применяемую для подъема и спуска желонки и обсадных труб; рычаги управления механизмами станка; механизмы для подъема мачты; мачты. Рис. 1. Буровой станок УКС-30 Электродвигатель, установленный на станке, при помощи клино-ременной передачи приводит во вращение приводной вал. От приводного вала через зубчатые передачи получают вращение ударный механизм, желоночный и талевый барабаны. Каждый из них приводится в движение при помощи соответствующих дисковых фрикционных муфт. Ударный механизм снабжен шатунами, кривошипом и балансирной рамой. При вращении ударного механизма долото поднимается и опускается. ‘Канат инструментального барабана, огибая направляющий и оттяжной ролики внизу и инструментальный ролик наверху, соединяется с бурильным инструментом. Электродвигатель имеет сменные шкивы разных диаметров, чтобы можно было регулировать число оборотов приводного вала, т. е. число ударов бурового инструмента. По мере углубления скважины канат, соединенный с долотом, сматывают с инструментального барабана при медленном вращении штурвала, связанного червячным регулятором. После разбуривания породы долото вынимают из скважины и опускают желонку с притормаживанием при выключенном желоночном барабане. Желонка, падая, врезается в разбуренную породу. При подъеме желонки дно ее закрывается сферическим клапаном. При ударно-канатном бурении обсадная труба служит для предохранения стенок от обвалов. Трубу погружают забивным снарядом, который подвешивается на канате и приводится в движение ударным механизмом станка. В мягких породах труба иногда опускается в забой под действием собственного веса. Обсадные трубы диаметром до 426 мм соединяются между собой при помощи муфт. В этом случае верхний конец трубы защищают забивной головкой, которую ввинчивают в муфту. Обсадные трубы диаметром более 426 мм, выпускаемые без резьбы, соединяют между собой сваркой. Талевый механизм состоит из кронблока, талевого блока, талевого каната и мачты (или вышки). Кронблок состоит из двух или трех роликов и является неподвижным узлом талевого механизма. Его монтируют на верхнем основании мачты на под-кронблочных брусьях. Талевый блок, который является подвижным механизмом, имеет несколько роликов (на один ролик меньше, чем в кронблоке) и крюк. В комплект бурового станка входит также мерник для контроля формы скважины. Мачта станка УКС-30 телескопическая, т. е. она состоит из двух частей. Верхняя часть в рабочем положении выдвигается из нижней при помощи лебедки. Для подъема и опускания мачты имеется ручная червячная лебедка. Мачта снабжается также стрелой-укосиной для обслуживания вспомогательных работ. Мачта станка УКС-54 состоит из цельного ствола и в транспортном состоянии укладывается в горизонтальное положение, так же как УКС-30. Станки УКС-30 и УКС-54 смонтированы на колесном ходу. В мостостроении ударно-канатное бурение применяют в плотных глинах, в грунтах, содержащих валуны, а также в скальных породах. В плотных глинах применяют двутавровое долото. Чтобы лучше выбирать породу желонкой, в скважину после каждого долбления рекомендуется подливать воду (если скважина сухая). Бурить скважины в грунтах, содержащих валуны, тяжело, особенно если валуны встречаются в рыхлой породе. В этом случае надо стремиться не разбивать валуны, а сбить их в сторону. Для этого применяют пирамидальное долото. Валуны в твердых породах менее опасны, так как они легко разбиваются. Валуны способствуют искривлению скважины, поэтому бурение требует от бурильщика большого опыта и внимания. Для бурения скальных пород применяют тяжелые трех- и четырехперые долота из высокопрочной стали. Трехперые долота применяют для бурения прочных пород. Вес долота, применяемого в мостостроении, доходит до 7—10 т. Чистку скважины от выбуренной породы производят желонкой 2—3 раза подряд. В первый момент после чистки забоя долото работает наиболее эффективно. По мере накопления буровой грязи (шлама) скорость проходки уменьшается. Чтобы увеличить скорость бурения, в прочных породах применяют глинистый раствор. Глинистого раствора не требуется при бурении мергелей, доломитов, гипса, мела и пород с глинистыми прослойками. Ударно-канатным бурением можно бурить вертикальные и наклонные скважины. В настоящее время следует считать возможным бурение вертикальных скважин диаметром до 3 ж и наклонных скважин диаметром до 1,6 м при наклоне до 5 : 1. Для наклонного бурения применяют долото с направляющими роликами и специальным цилиндром, если обсадной трубой служит железобетонная оболочка. Преимущества ударно-канатного бурения станками УКС — простота и надежность работы: отсутствует сложное оборудование; удобен монтаж и демонтаж станка; можно бурить любые грунты. Недостатки — разбуривают и извлекают породы разными агрегатами (долотом и желонкой), что снижает производительность станка; низкая производительность. Рис. 2. Общий вид буровой установки «Беното»: а — в рабочем положении; б — в транспортном положении; 1 — обсадная труба; 2 — грейфер-бур; 3 — гидравлические домкраты; 4 — хомут для захвата обсадной трубы Станок УКС опробован на многих объектах и показал себя надежным и удобным в работе. При бурении скважин диаметром 1,35 м в скальных породах с пределом прочности от 500 до 1200 кг/см2 была получена техническая скорость проходки УКС-30 при весе долота 3 т в среднем 20 см в час. Коммерческая скорость проходки доходит до нескольких сантиметров в час. При дальнейшем усовершенствовании современных буровых установок УКС из-за его низкой производительности найдет только ограниченное применение. Бурение скважин станком «Беното». Буровой французский станок «Беното» работает по принципу ударно-канатного станка, но разработка грунта и извлечение его производятся одним агрегатом— буром-грейфером, а управление всеми операциями механизировано. Станок состоит из станины, мачты, обсадных труб, бура-грейфера и механизмов управления с 12 гидравлическими домкратами. На станине имеются две лебедки грузоподъемностью 2,5 и 1 т. Первая служит для опускания и подъема грейфера, вторая — для вспомогательных работ. Вес станка 32 т. Особенностями бурения скважин станком «Беното» являются погружение стальной обсадной трубы при помощи гидравлических домкратов, сообщающих ей поступательно-вращательное движение, и разработка и извлечение грунта любой плотности буром-грей-фером. Обсадные трубы — инвентарные и извлекаются по мере заполнения скважины бетонной смесью теми же гидравлическими домкратами. Обсадные трубы состоят из отдельных секций. Каждая секция — это двухстенчатая труба с фланцами на концах. Толщина внутренней стенки 8 мм, а наружной 10 мм. Зазор между стенками — 22 мм, т. е. полная толщина стенки составляет 40 или 45 мм. Рис. 3. Обсадная труба станка «Беното»: 1 — обсадная груба; 2— съемный болт; 3 — сердечник (до натяжения); 4 — рукоятка; 5 — стенки трубы; В комплекте станка имеется набор труб с внутренними диаметрами 600, 800, 890 и 1000 мм. Наружные диаметры на 80 «ли 90 мм больше внутренних. Стандартная длина секции трубы 6 м. Для набора необходимой длины имеются, кроме того, секции длиной 2 и 4 м. По мере погружения труб секции стыкуют болтами оригинальной конструкции. Болт имеет трубчатый стержень с продольными прорезями. Полная длина болта с головкой равна толщине стенки трубы —40 мм. Вo внутренней стенке трубчатого стержня болта имеется нарезка и подсажен сердечник длиной несколько меньше длины болта. Сердечник имеет форму усеченного конуса и может перемещаться вдоль болта. Для этого в головке сердечника имеется отверстие квадратного сечения. При перемещении сердечника он расширяет стержень болта, который плотно заклинивается в коническом гнезде фланца. Для того чтобы сердечник не вращался вместе с болтом, один край головки болта срезан, а в отверстиях для болтов имеется соответствующий упор. Такой болтовой стык очещз надежен и удобен в работе. Вся операция по стыкованию секций труб занимает не более 10—15 мин. Этот способ стыкования секций труб полностью вытеснил сварной стык, применявшийся до модернизации-станка, т.е. до 1955 г. При переходе от сварного стыка к болтовому одностенчатая труба заменена двухстенчатой, что увеличило ее лобовое сопротивление при погружении. Несмотря на это, болтовое соединение с двухстенчатой обсадной трубой считается наиболее рациональным. Количество болтов зависит от диаметра трубы. Для объединения секции труб диаметром 600 и 800 мм требуется 8 болтов, а для труб диаметром 890—1000—10 болтов. Обсадную трубу над устьем скважины обхватывает съемный хомут, который зажимает трубу при помощи домкратов. Через этот хомут трубе сообщается поступательно-вращательное движение. Два гидравлических домкрата сообщают трубе поступательное движение усилием до 30 т. три погружении направленным вниз, а при извлечении — вверх. Реактивное усилие воспринимается собственным весом станка. Два домкрата сообщают трубе вращательное движение. По мере погружения обсадной трубы съемный хомут переставляет* ся в новое положение. Поступательно-вращательное движение уменьшает силу трения поверхности трубы о грунт, и она под собственным весом и усилием от двух домкратов преодолевает лобовое сопротивление грунта и опускается вниз. Для бурения скважины не требуется насосного и компрессорного хозяйства для подмыва; не нужен также глинистый раствор для выноса разбуренной породы. Погружение -обсадной трубы происходит без резкого удара и вибрации, что очень важно при производстве работ вблизи других сооружений. Бур-грейфер имеет удлиненную форму с направляющими ребрами на верхней части корпуса. Внутри грейфера размещен механизм раскрытия и закрытия, состоящий из тяг и шарниров с защелкой. На грейфер устанавливается съемный бур-наконечник. Вес грейфера —от 1,15 до 1,42 т. Бур-наконечник состоит из нескольких раскрывающихся лопастей. Бур-грейфер с раскрытыми лопастями наконечника падает и врезается в грунт. Лопасти закрываются, и разработанная порода извлекается наверх. Наконечник для слабых грунтов имеет полушарообразную форму большой емкости. В комплекте буровой установки имеются грейферы с разными наконечниками, различными по размерам и форме. Для каждого диаметра скважины имеются три типа наконечников, предназначенных для слабых, средних и тяжелых грунтов. Наконечник к грейферу крепится при помощи шпонок за 10—15 мин. Скорость разработки грунта очень высока: в слабых грунтах она достигает 15 м в час и более. В скальных породах скорость бурения доходит до 1 м в час. Например, при опытном бурении на взлетной дорожке аэродрома Орли, недалеко от Парижа, покрытие толщиной 35 см из бетона марки 500 пробуривали за 16—29 мин. Рис. 3. Съемный хомут е гидравлическими домкратами: 1 — съемный хомут; 2 — гидравлические домкраты, сообщающие трубе вращательное движение; 3 — то же, поступательное движение В слабых грунтах падение бура-грейфера под действием собственного веса достаточно для того, чтобы грунт заполнил наконечник. Тяжелые грунты разрабатывают несколькими ударами с раскрытыми лопастями плоской или когтевой формы. При этом применяют наконечники малой емкости, а их лопасти делают из высокопрочной хромо-никелевой стали. Рис. 4. Схема бура-грейфера: 1 — корпус грейфера; 2 — механизмы открывания грейфера; 3 — механизмы закрывания грейфера; 4 — съемный бур В практике строительства имеется случай, когда скважина была пробурена станком «Беното» на глубину до 100 м за один день. Рис. 5. Уширитель станка «Беното»: а — з собранном виде; б — в рабочем положении; 1 — ствол уширителя; 2 — ножи для разработки грунта; 3 — домкраты для закрепления уширителя; 4 — обсадная труба Буровой станок EDF-55 («Беното» выпуска 1955 г.) имеет съемное оборудование (рис. 5) для устройства уширенного основания — электрогидравлический уширитель, состоящий из цилиндрического ствола и трех раскрывающихся ножей. Уширение при помощи этого приспособления устраивают в следующей последовательности: по окончании бурения скважины бур-грейфер извлекают и поднимают обсадную трубу на высоту уширения (от 80 до 135 см в зависимости от диаметра свай); опускают уширитель и при помощи блокирующих домкратов 3 закрепляют его к обсадной трубе. Блокирующие домкраты и приводящие их в действие электродвигатель и гидравлический компрессор размещены в цилиндрическом стволе уширителя. Здесь же размещены домкраты для раскрытия ножей и электродвигатель для их вращения. После закрепления уширителя к обсадной трубе включают двигатель вращения ножей и домкраты раскрытия. При медленном вращении ножи уширителя срезают грунт. Разбуренную породу извлекают в несколько приемов тем же уширителем, используя его как грейфер. Уширитель приспособлен для работы в различных грунтах, в том числе и в насыщенных водой. Все стыки и швы уширителя герметичны. Уширитель бурового станка «Беното» пока находится в стадии освоения в производственных условиях. Буровой станок по нормальным дорогам перевозится на колесном ходу. Для перевозки станка по слабым грунтам сконструирована специальная машина «Отари». Вес ее около 30 т. Она передвигается как шагающий экскаватор. Скорость передвижения «Отари» до 400 м в час. Давление, передаваемое на грунт, не превышает 0,2—0,4 кг/см2. Механизм шагания обеспечивает возможность изменения направления движения, бокового перемещения и поворота на месте. Возможность перевозки станка по заболоченным местам делает его маневренным. Буровой станок также легко монтируется на плаву. Спуск и подъем бура-грейфера, а также перемещение всей установки производятся при помощи дизельного двигателя мощностью 105—120 л. с. Все механизмы управления станком сосредоточены в кабине. После погружения обсадной трубы до проектной глубины скважину заполняют бетонной смесью. Если необходимо, ставят арматурный каркас. По мере укладки бетонной смеси обсадную трубу извлекают. При этом за счет вращения трубы снижается сила трения бетонной смеси о стенки, благодаря чему появление раковин или разрывов ствола сваи исключается. В скважину, устроенную станком «Беното», можно опускать готовые железобетонные звенья-оболочки с заполнением их внутренней полости бетонной смесью. Такой способ был применен при строительстве моста в Абиджане в Африке. По окончании бурения до извлечения обсадной трубы опускали первые секции оболочек с закрытым дном, чтобы создать плавучесть. Оболочки постепенно затапливали и наращивали последующими секциями. После опускания оболочек обсадную трубу извлекали, а пространство между наружной поверхностью оболочек и грунтом заполняли цементным раствором. Недостатком буровой установки «Беното» является то, что невозможно бурить скважины с большим наклоном. Пока осуществлено бурение скважин с наклоном 6:1, что далеко’ не удовлетворяет практические потребности (при устройстве высоких свайных ростверков наклон свай достигает 3:1). При бурении скважин с большим наклоном усложняется технология бурения (из-за необходимости установки направляющих) и снижается эффективность работы бура-грейфера. Особенно это важно при бурении скважин в плотных грунтах. Читать далее: Выбор вида свай и оболочекПроектирование фундаментов глубокого заложенияКонструкция винтовых сваиБурение скважин станками роторного буренияСпособы бурения скважинВиды буровых свайПримеры строительства фундаментов на железобетонных оболочкахУстройство уширенного основания оболочекБетонирование полости оболочекНаправляющие устройства и извлечение грунта из внутренней полости оболочек |