Способ выполнения буровых работ и устройство для его осуществления

(51) 5 ОБ САНИ ЕТ скважинырового обо стоянки д жин,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1(71) Центральное бюро научно-техническойинформации и Московский институт инженеров железнодорожного транспорта(56) Эстеров Я, Х. и др, Буровзрывные работы на транспортном строительстве. - М.:Транспорт, 1983, с. 30 - 32, рис, 10.Авторское свидетельство СССРМ 1260448, кл. Е 02 О 17/00, 1985,(54) СПОСОБ ВЫПОЛНЕНИЯ БУРОВЫХ РАБОТ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Использование: бурение взрывныхскважин на больших площадях при строительстве земляного полотна авто- и железн ых дорог, котлованов. Сущностьизобретения; производят разметку первыхскважин начального ряда. Монтируют буровое оборудование в зоне этих скважин и 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 бурят их. Буровое оборудование смещают в сторону от пробуренных скважин, в которых закрепляют анкерную траверсу трособлочной 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 податчик с бурильной головкой. Оно снабжено трособлочной системой подачи, включающей анкерную траверсу с обводным блоком 3 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. емещение по площадке бувания к очередному месту урения последующих сква-,Недостаток известного способа заключается в том, что он 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 труднодоступности приходится прокладывать специальные дороги и качественно прово 1735561дить 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 одновременно бурить две скважины, оно малопроизводительно из-эа 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 сооружений в скальных и мерзлых грунтах, содержащее основание с аутриггерами и повсротным кругом, на котором смонтирована поворотная станина, несущая податчик 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 буровойплощадки 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 Оуро же, но с большими расстояниями (для мерз-. лых грунтов).55Предлагаемый способ выполнения буровых работ, в частности на строительныхобъектах в районах залегания скальных или мерзлых грунтов, реализуется следующимиоперациями. 10 152025 30404550 ваго оборудования из транспортного положения в рабочее и обратно.Поставленная цель достигается приме-.нением способа выполнения буровых работ,включающих разметку места заложения скважин на обуриваемой плащади, монтажбурового оборудования на месте заложения первой скважины, бурение этой скважины и перемещение по площадке бурового оборудования к очередному месту стоянки для бурения последующих скважин; при этом разметку производят только для первых скважин начального ряда, в зоне которых монтируют буровое оборудование, производят бурение первых скважин начального ряда, после чего смещают буровоеоборудование 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, причем на каждом очередном месте стоянки осуществляют при необходимости оперативную корректировку места заложения очередных скважин, а после бурения скважин начального ряда осуществляют перемонтаж подающей трособлочной системы для бурения скважин в следующем ряду обуриваемой площади,Для достижения указанной цели предлагается устройство, содержащее основание с аутриггерами и поворотным кругом, накотором смонтирована поворотная станина, несущая податчик с бурильной головкой, которое (устройство) .снабжено трособлочной системой подачи, включающей энкерную 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 смонтирован податчик с бурильной головкой, а опоры аутриггеров выполнены в виде лыж.На фиг. 1 - 3 показаны рабочие площадки в момент проходки начального ряда скважин, второго и последующих рядовскважин, план; на фиг. 4- устройство, поясняющее способ, общий вид; на фиг. 5 и 6 - основание буровой установки, поясняющее свойства выдвижной балки в процессе бурения на одном месте; на фиг. 7 и фиг. 8 - то5 10 15 20 монтаж подающей трособлочной системы 8. 25 30 35 40 К бурильной головке 18 подсоединяются энергоподводящие коммуникации 25.Траверса 7 снабжена анкерами 26, которые установлены с возможностью перемещения вдоль нее.Устройство работает следующим образом. 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 4 начального ряда 5, в зоне 6 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 трособлочной 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 очередньх скважин 1, а после бурения скважин начального ряда 5 осуществляют передля бурения скважин в следующем ряду 9 обуриваемой площади 2, Перемещение оборудования от од: ого 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, Трособлочная 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 пробуоить 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 расстояниямежду скважинами, что очень важно в условиях, когда рабочие площадки значительных размеров(А = В = 20 м и более - фиг, 1)имеют грунты различной твердости, а такжедля компенсации неточности установки оборудования на месте очередного буренияскважин.Устройстводля выполнения буровых работ, с помощью которого реализуется предлагаемый способ, содержит основание 12 саутриггерами 13 и поворотным кругом 14., накотором смонтирована посредством роликов поворотная станина 15, несущая на себеподатчик. Последний выполнен в виде направляющих 16 и подкоса 17 изменяемойдлины, На податчике установлена бурильная головка 18, соединенная тросом с лебедкой 19.Устройство снабжено трособлочной системой, включающей тяговый трос 8, концыкоторого закреплены на основании 12 бурильной установки, и который перекинут через обводной блок 11 анкерной траверсы 7и связан с барабаном лебедки 10, Этот барабан может вьпол нять роль канатоведущего блока,Поворотная станина 15 устройства имеет телескопическую подвижную в радиальном направлении балку 20; опоры 21аутриггеров 13 выполнены в виде лыж,Все бурильные механизмы и узлы под-атчика ( поз, 18 - 21) смонтированы на телескопической балке 20,На чертежах не показаны механизм разворота станины 15 относительно основания12, который может быть выполнен также,как в прототипе в виде зубчатого венца наповоротном круге 14 и приводной шестерни.Концы троса 8 на основании 12 закрепляются посредством быстроразьемных элементов 22, выполненных, например, в видешкворневого соединения,Станина 15 имеет фиксаторы (не показаны) положений балки 20, например, в видевинтов с контрэлементами, а сама балка -отверстие (кондуктор) 23 для бурового органа и дополнительный аутриггер 24, а такжеручки (петли) для воздействия на балку 20при ее выдвижении (не показано).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 пере. дится в верхнее положение, аутриггер 24 поднимается, станина 15 разворачивается для бурения второй стартовой скважины 4 (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 трособлочной системы, т. е. тягово-нэправляющего 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 работкак в скальных, так и в мерзлых грунтах,предлагаемое устройство предусматривает5 возможность бурения скважин со значительным разбросом величины расстояниямежду ними, Для скального грунта характерны малые расстояния "а 1" и "в 1" (фиг. 5и 6), которые, в частности, могут быть мень 10 ше диаметра основания буровой установки,и поэтому потребуется бурение внутри поворотного круга, в том числе, вполне возможно и в центре его, причем станина 15 длявозможности бурить в пределах основания15 имеет сверху и снизу продольную прорезьдля прохода рабочего органа буровой установки. Аутриггер 24 установлен с возможностью быстрого монтажа-демонтажа. Из фиг.7 и фиг. 8 понятно, как обеспечивается буре 20 ние скважин со значительными, примерно,два раза превышающими диаметр основания, расстояниями между скважинами "а 2"и "в 2",После прохода всей площадки устройст 25 во (буровое оборудование, трос, траверса) ипрочее вспомогательное оборудование демонтируется и перевозится на другую рабочую площадку.Предлагаемые способ и устройство вы 30 полнения буровых работ при подготовкекотлована под фундамент различных сооружений в твердых грунтах по сравнению сизвестными аналогичными техническимирешениями позволяют так организовать бу 35 ровые работы, что оказалось возмокным существенно сократить продолжительностьвсего цикла подготовки котлована.Применение устройства для бурения,отличающегося легкостью и возможностью40 практически "нэ ходу" менять продольнопоперечный шаг скважин и снабженного направляющей в виде тяговоблочной системыпозволило отказаться от предварительнойразметки скважин, кроме нескольких стар 45 товых, Дополнительный эффект заключается в снижении металлоемкости всегооборудования как по сравнению с вариантом самоходной бурильной установки на гусеницах или колесах, так и с вариантом,50 когда применяются рельсовые направляющие и тяговая лебедка. Это относится кэк кспособу, так и к устройству, Таким образом,получаемый эффект (снижение трудоемкости и сроков работ, а также металлоемкости55 оборудования) образуется не просто суммой составляющих от использования отдельных технических приемов и решений, аих взаимосвязанной композицией с получением добавочного результата. Действительноиспользование анкерной траверсы и10 15 20 25 30 35 40 50 55 троса - струны вместо самоходной буровойустановки или рельсовых направляющих однозначно не может повлечь за собой существенное уменьшение трудоемкостибуровых работ, так как, если не применятьпредлагаемое устройство с выдвижной балкой, дополнительно потребуются трудоемкие операции с соответствующей разметкойи передвижкой буровой установки в продольном и поперечном направлениях (подцепление тросами основания как вдоль, таки поперек ряда скважин, соответствующийразворот лыж аутриггеров, перемещениелебедки с продольного на поперечное направления движения буровой и обратно идругие сопутствующие операции),Но если на эффект от применения быстропереставной траверсы с тяговым тросом-направляющей дополнительноналожить эффект от использования выдвижной балки станины, заключающийся в возможности практиче.ски "на ходу, взависимости от изменяющихся прочностных свойств грунта, корректировать шагскважин, то получается не просто суммарное качество от использования отдельныхпризнаков объекта, но новый неожиданныйэффект.Применение предлагаемого способавыполнения буровых работ позволит увеличить производительность работ не менеечем на 30 ) и значительно сократить затраты на их выполнение. Ожидаемый годовойэкономический эффект от внедрения толькоот одного комплекта предлагаемого бурово, го оборудования при разработке котлованапод фундамент опоры ЛЭП в районах залегания скальных и мерзлых грунтов составитоколо 86 тыс. рублей.Преимущества предлагаемого способабурения и устройства его реализующегопроиллюстрируем на примере разработкикотлована под фундамент опоры линииэлектропередач (ЛЭП) в районах с горнымрельефом местности. В этих районах опоры 4ЛЭП, как правило, сооружаются на возвышенностях через каждые 400 - 600 м, приэтом котлованы под их фундаменты разрабатывают квадратной формы (фиг. 1) глубинойдоЗм,Продолжительность комплекса буровыхработ при разработке котлована под фундамент ЛЭП определяется по следующей формулеТ 11+ 12+ 13+ Игде и - продолжительность доставки бурового и вспомогательного оборудования наместо разработки котлована;12 - продолжительность пла.нировкиплощадки; 1 з - продолжительность разметки мест бурения скважин;М - 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 продолжи.- тельность переустановки анкерной траверсы в процессе бурения скважин, то можнопринять в предлагаемом способе тз=1,5 -2 ч.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 составитТ = 12 + 2,5+ 2 + 2 . 60 = 66,5 ч, а для100предлагаемогоТ=З+1+2+ 4 . 95 455 ч.100Итак во втором случае Т на 21 ч меньше, причем это значение еще уменьшается, ес ли 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 20 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 лагаемого способа выполнения буровых работ и устройства для осуществления неоспоримы. Формула изобретения 30 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 35 перемещение по площадке бурового оборудования к очередному месту стоянки для бурения последующих скважин, о т л и ч а ю- лп щ и й 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 монтируютбуровоеоборудование,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, причем 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 аутриггерами и поворотным кругом, на котором смонтирована поворотная станина, несущая податчик с бурильной головкой, о т л и ч а ющ е е с я 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 аутриггеров выполнены в виде лыжи.оставитель Д.Чеснокехред М,Моргентал аз 1802 ТиражВНИИПИ Государственного комитета по изоб113035, Москва, Ж, Рау Подписноеениям и открытиямая наб 4/б