Буровой снаряд

СООЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 298 00 4 Е 21 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ЗОБРЕТЕНИ ЛЬСТВУ АВТОРСКОМУ С Р 11ный трестысканийв и Ю.К.88.8)идетельствВ 25/00тельство1 В 25/00 инженер" еев о СССР 1976. СССР(57) Изобретение предназначено длябурения с отбором монолитного кернамерзлого грунта при инженерно-геологических изысканиях. Цель - улучшениекачества керна; Снаряд содержит тру-бу (Т) 1 с наружными спиральнымишламонаправляющими пазами (ШП) 2, повсей длине кбторых равномерно расположены с равными интервалами шламонаправляющие прорези, Между ними ус1298339 1Изобретение относится к горному делу, к средствам для бурения с отбором монолитного керна мерзлого грунта при инженерно-геологических изысканиях.Целью изобретения является улучшение качества керна.На фиг. 1 показан буровой снаряд перед бурением, общий вид;на фиг.2 - вид А на фиг.1 ф на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1", на фиг.4 - сечение В-В на фиг,1 на фиг,5 - буровой снаряд перед срывом керна, общий вид на фиг.б - взаиморасположение бурового снаряда и рамы бурового станка при извлечении керна из бурового снаряда, на фиг.7 - вид Г на фиг.5 ф, на фиг.8 вид Д.на фиг.5..Буровой снаряд содержит трубу 1 с наружными спиральными шламонаправ(ляющими пазами 2,по всей длине которых равномерно расположены с равнымиинтервалами шламонаправляющие проре"зи 3, перемычки 4 между которыми рас-положены попарно и симметрично относительно продольной оси. С трубой сое динен переходник 5 с фаской 6 и хвостовиком 7 для соединения со штангой 8,На нижнем конце трубы 1 установлена съемная коронка 9 с резцами 10,установленными наклонно по отношению крадиусу вращения коронки 9 и конусом11, В корпусе коронки 9 выполненытакже наклонные по отношению к радиусу вращения торцовые шламоотводныепазы 12 и наклонные по отношению квертикали шламоподъемные пазы 13,Внут"ния в соединении крестовин 16 и 17,1 В нижней части нижней трубчатой крес 20 25 30 35 тановлены попарно и симметрично относительно продольной оси перемычки4. На конце Т 1 установлена съемнаякоронка 9 с резцами, 10,в которой выполнены наклонные шламоотводные пазы12 и шламоподъемные пазы 13. ВнутриТ 1 установлены карманы 14, в которых размещен керноизвлекатель. Последнйй состоит из верхней 16 трубчатой крестовины (ТК), соединеннойпосредством шарикового замка 18 с нижней ТК 17. В нижней части ТК 17 расположен крестовидный толкатель 19. Коронка 9 через Т 1 соединена с переходником 5,имеющим хвостовик 7 длясоединения со штангой 8. Буровойшлам, образующийся под резцами 10 прибурении скважины через пазы 12 и 13поступает к прорезям, Далее по ШП 2он поднимается до верха керна, ссыпается на него и накапливается помере углубления снаряда. При подъеме.шлама по ШП 2 последний заполняетпространство между Т 1 и стенкой скважины, а также между Т 1 и кер .ном. 8 ил. 2ри трубы,в верхнем конце винтовых пазов 2 установлены карманы 14, представляющие собой, например, отрезкитрубы, разрезанные вдоль на две частии размалкованные, как указано нафиг,2. В карманах 14 размещен керноизвлекатель, выполненный в виде компановки 15, состоящей из верхней трубчатой крестовины 16, соединенной свозможностью вращения соосно с нижней трубчатой крестовиной 17 черезшариковый замок 18, который одновременно выполняет роль подшипника качетовины 17 расположен крестовидныйтолкатель 19. Скобу 20 и палец 21 надевают на хвостовик 7 при разгрузке керна из бурового снаряда (фиг.6). При этом в крестовину вставляют ось 22, которая своими концами взаимодействует с рамой 23 стакана.Толщина перемычек 4, их ширина и высота, а также шаг и количество винтовых прорезей 3 подбираются в зависимости от диаметра трубы, толщины ее стенки, крутящего момента и осевого давления, прилагаемого к буровому снаряду.Снаряд работает следующим образом.Буровой снаряд (фиг.1) соединяют со штангой 8 через палец 21, и далее - с буровым станком (не показан), опускают буровой снаряд на забой и производят колонковое бурение. Буровой шлам, образующийся под резцами1298339 10, через наклонные пазы 12 и 13 поступает к нижней части винтовых прорезей 3, и под воздействием подъемнойсилы, возникающей при контакте шламас вращающейся винтовой поверхностьювинтовых прорезей 3 и цилиндрическихповерхностей скважины и керна поднимается по винтовым пазам 2 до верхакерна, где контакт шлама с цилиндрической поверхностью керна прекращается, шлам ссыпается на верхнюю частькерна и накапливается там по мере углубления бурового снаряда. При подъеме шлама по винтовым пазам 2 последний заполняет пространство между трубой 1 и стенкой скважин, а также между трубой 1 и керном,гПосле заполнения бурового снарядакерном и шламом на буровой снаряд, неостанавливая вращения, прикладываютот бурового станка через штангу 8увеличенную осевую нагрузку Р. Приэтом происходит следующее. За счетнесколько пониженной жесткости участков трубы 1, расположенных между перемычками 4 (по сравнению с болеежесткими участками трубы, проходящими через сечение Б-Б на фиг.3), этиучастки слегка выгибаются наружу(изображение выпуклости этих участков на фиг.5 утрировано), При этомшлам заполняет увеличивающимися зазормежду трубой 1 и керном. Вращениеостанавливают и снимают вертикальную35нагрузку Р с бурового снаряда. Приэтом выпуклые участки трубы распрямляются и через шлам плотно обжимаюткерн по всей высоте. Затем включаютподъем снаряда. При этом шлам, находящийся между конической частью коронки и керном заклинивает последний и происходит срыв керна. Этомусрыву также способствует то, чтоучастки трубы 1 обжали керн черезшлам по всей высоте, что в свою очередь помогает удерживанию керна вснаряде при подъеме из скважин,После подъема из скважины буровогоснаряда через верхние концы винтовыхпрорезей 3 в отверстие верхней трубчатой крестовины 16 вставляют ось 22и с ее помощью приподнимают компановку 15 над карманами 14 и по винтовым прорезям 3 опускают ось 22 вместе с компановкой 15 на шлам, расположенный в верхней части керна(фиг.б). Вместо штанги 8 устанавливают скобу 20 и палец 21. Скобу 20 присоединяют к канату лебедки бурового станка (не показаны). С помощью этой лебедки приподнимают буровой снаряд до упора концов. оси 22 на раму бурового станка 23 (фиг.б), Включают лебедку на подъем; при этом ось 22 вместе с верхней крестовиной 16 остаются. неподвижными относительно рамы бурового станка, а буровой снаряд поднимается с помощью каната вверх, одновременно вращаясь по винтовым прорезям 3 относительно вертикальной оси бурового снаряда,Нижняя крестовина 17, опирающаяся на керн через крестовидный толкатель 19, а на верхнюю крестовину 16, - через шариковый замок 18, вращается при этом вместе с керном и буровым снарядом. При этом на керн действует выталкивающая сила Я, равная тяговому усилию лебедки бурового станка, а каждый конец оси 22 опирается на раму бурового станка 23 с силой, равной в .2 Подъем бурового снаряда лебедкой производят до приближения оси 22 к первой, верхней паре перемычек 4.Нижняя крестовина 17 в этот момент уже прошла ниже первой верхней пары перемычек 3. Подъем бурового снаряда останавливают, буровой снаряд слегка опускают вниз, освобождая ось 22 от контакта с рамой бурового станка 23, ось 22 извлекают из отверстия верхней крестовины 16, переставляют ее в отверстие нижней крестовины 17, находящейся ниже первой, верхней пары перемычек 4, и снова приподнимают буровой снаряд до упора оси 22 на раму бурового станка 23, затем лебедкой поднимают буровой снаряд таким образом, чтобы верхняя крестовина 16 ока залась ниже первой верхней пары перемыче-., 4, и вновь повторяют описанный цикл перехода через перемычки 4 до полного выхода керна из буровогоснаряда.Поскольку крестовидный толкатель 19 давит на керн через шлам достаточно равномерно (благодаря призме давления, образующейся под крестовидным толкателем 19), керн выходит из бурового снаряданеповрежденным.По окончании извлечения керна поршень 15 вместе с осью 22 поднимают внутри снаряда по винтовым пазам 2. При этом через перемычки 4 "перехо 5 12дят" следующим образом. При подъемеоси 22 (вместе с поршнем 15) до первой снизу пары перемычек 4 в отверстие нижней крестовины 17 через винтовую прорезь вставляют монтажныйломик (не показан), извлекают из верхней крестовины ось 22 и монтажнымломиком приподнимают компановку 15так, чтобы отверстия верхней крестовины 16 прошли нижнюю пару перемы"чек 4. После этого вставляют ось 22в одно иэ отверстий верхней крестовины 16 и продолжают подъем компановки 15, "переступая" через пары перемычек 4 описанным способом. При подьеме поршня 15 до верхнего конца винтовых пазов 2 (фиг.2) компановку 15укладывают верхней крестовиной 16 вкарман 14 (фиг.1 и 5), извлекают ось22, отсоединяют от бурового снарядаскобу 20, соединяют его со штангой8 через палец 21, опускают буровой,снаряд в скважину и повторяют описанные циклы бурения и извлечениякерна до проходки скважины на проектную глубину,Крестовидная форма придана толкателю 19 для того, чтобы облегчитьего перемещения внутри трубы 1, атакже для пропускания внутри трубы 1воды, которая иногда появляется припроходке водоносных горизонтов,расположенных между мерзлыми слоямигрунта,При выдавливании керна (фиг.6)ось 22, продвигаясь по вйнтовым лазам 2 одновременно очищает их от шлама. Для уменьшения трения оси 22 о 983396шлам и винтовые прорези 3 поперечное сечение оси 22 выполнено не круглым, а прямоугольным, Прямоугольноесечение оси 22 не показано, 5Наклонные по отношению к радиусувращения резцы 10 коронки 9, а также наклонные по отношению к радиусу вращения торцовые шламоотводные пазы 12 10 и наклонные по отношению к вертикалишламоподъемные пазы 13 направляют шлам из-под рвзцов 10 и сразу транспортируют его в винтовые прорези трубы 1, сводя этим к минимуму его 15 измельчение.формула изобретенияБуровой снаряд, содержащий соеди ненные друг с другом коронку с шламоотводными пазами, переходник,соединенный с трубой, имеющей наружные спиральные шламонаправляющие пазы и шламонаправляющие прорези с перемыч-ками, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью улучшения качества керна, он снабжен керноизвлекателем,выполненным в виде компановки двух соосных трубчатых крестовин, соединенф ных с возможностью вращения однойотносительно другой, при этом шламонаправляющие прорези расположены равномерно с равными интервалами по всей длине шламонаправляющих пазов, 35 а перемычки в интервалах между про"резями расположены попарно симметрично относительно продольной оси трубы.1298339 9 Ъг оставитель В. Акслерехред Л.Сердюкова Корректор А. Обручар1. Редактор А. Воров кдз Яб 8/ Тираж 533 ВНИИПИ Государствен по делам изобрете 3035, Москва, Ж, Подписное комитета СССРй иаушс крытиия наб д, ц 1 роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,