Машины и оборудование для механизации буровых работ. Способы бурения

Тема № 37

Буровые работы в строительстве осуществляются при помощи буровых машин (станков) и ручных машин. Буровыми машинами производят бурение котлованов диаметром до 3 м для установки мачт линий электропередачи и набивных свай, котлованов диаметром до 0,75 м для опускания свай в мерзлый грунт, шпуров в мерзлом грунте и горных породах для взрывных работ, а также при геологоразведочных работах.

Вращательное бурение, когда рабочий орган только вращается. Вращательное бурение можно вести двумя способами: разрушать всю породу в пробуриваемом отверстии или высверливать кольцевую щель, внутри которой остается столбик породы (керн)

Рис.28.Схемы способов бурения

Второй способ менее энергоемок, поскольку не тратится энергия на разрушение остающейся внутри инструмента породы. При вращательном бурении требуется большое усилие подачи для внедрения инструмента. Это усилие в значительной степени определяет глубину внедрения инструмента за один оборот, а следовательно, и производительность.

С увеличением прочности горной породы значительно возрастает усилие, необходимое для внедрения инструмента, что является одной из основных причин, ограничивающих возможность применения способа вращательного бурения горных пород.

Ударное бурение. При этом способе инструмент внедряется в горную породу в результате сбрасывания его с определенной высоты или в результате ударов по его хвостовой части. После каждого сбрасывания или удара инструмент приподнимают, поворачивают на некоторый угол и таким образом обрабатывают всю торцевую поверхность забоя. Рабочий инструмент находится в контакте с породой только часть времени. Во время опускания инструмента до контакта с породой разрушения ее не происходит. Время на подъем инструмента, его поворот и опускание составляет более 40% от общего времени работы, поэтому производительность ударного бурения относительно невысока.

Преимуществом ударного бурения является то, что создаются большие силы удара, а следовательно, и большие удельные нагрузки на лезвие коронки. Хрупкие породы разрушаются легче под действием удара, чем под действием статических нагрузок, поэтому ударное бурение рекомендуется применять для бурения пород выше средней прочности.

Ударно-поворотное бурение. При этом способе одновременно с внедрением лезвия под действием удара оно поворачивается на некоторый угол, обычно на 10—15°, благодаря чему увеличивается разрушаемая поверхность забоя. После удара и поворота инструмента на некоторый угол он приподнимается и цикл повторяется. Хотя при этом способе бурения инструмент находится в контакте с породой только часть времени, однако производительность его на 50—60% выше, чем при ударном бурении.

Ударно-вращательное бурение осуществляется посредством непрерывного вращения инструмента и периодических ударов по нему. При этом способе используются одновременно положительные особенности ударного бурения, т. е. возможность создания большого осевого ударного усилия на режущем лезвии, и вращательного бурения, т. е. непрерывное отделение породы от массива. Производительность при этом способе в 2—3 раза выше, чем при ударном бурении, и в 1,4—1,8 раз выше, чем при вращательном.

Термическое бурение заключается в том, что порода разрушается под действием высокой температуры и давления газовой струи. К породе подводят газы при температуре 2500—3000°С со скоростью до 2000 м/с. Этот способ можно применять для бурения пород, которые растрескиваются, а не плавятся.

Для бурения ям под столбовые фундаменты, опоры линий электропередачи в талом и мерзлом грунтах используют мощные бурильные установки на тракторах или автомобилях. Бур приводится во вращение двигателем автомобиля через коробку отбора мощности и карданные валы. Внедряется бур в грунт при помощи гидроцилиндра и канатной передачи. Благодаря этому при сравнительно малом ходе цилиндра (800—1000 мм) рабочий орган внедряется на глубину до 4 м. Такой установкой можно бурить как вертикальные скважины, так и под углом. Для этого раму устанавливают в нужное положение при помощи гидродомкрата.

При транспортировании установка укладывается на машину с помощью таких же домкратов. Осевое усилие, которое можно развивать на этой установке, ограничивается весом автомобиля и трактора

Тема № 38

Машины и оборудование для бестраншейной разработки грунтов.

ЭТИ машины применяют при прокладке трубопроводов, проходящих под магистралями автомобильных и железных дорог. Способы проходки могут быть следующими:

1. Отверстие образуется без удаления грунта, т. е. происходит уплотнение всего грунта вокруг отверстия (прокол, или прокалывание грунта). На конец трубы надевается наконечник, и трубе вместе с наконечником сообщается движение при помощи гидравлических домкратов, электрических лебедок, тракторов или вибрационных устройств (рис. а). Труба может быть и без наконечника, т. е. открытая. В этом случае часть трубы на длину 1,5—2 м забивается грунтом, впереди трубы образуется ядро уплотнения, которое и служит как бы наконечником при дальнейшем движении трубы.

2. При продавливании часть грунта попадает в трубу, а остальная часть грунта уплотняется. В этом случае конец трубы открыт или на него надевается наконечник с отверстием (рис., в). В процессе продвижения трубы грунт удаляется из нее с помощью специальных желонок и других устройств.

3. Перед проталкиванием трубы грунт разрабатывается методом гидромеханизации или горизонтальным бурением (рис. б). В последнем случае труба может следовать непосредственно за буром, если проходка осуществляется в слабых грунтах. При проходке в прочных грунтах можно пробурить все отверстия, а затем протащить трубу (рис., г). Бурение осуществляется при помощи буровых головок, а протаскиванне труб — теми же механизмами, что и в предыдущих способах.

Тот или иной способ рекомендуется в зависимости от того, в каких грунтах осуществляют проходку отверстий.

При прокалывании преодолевается усилие, необходимое для вдавливания наконечника в грунт, кгс (Н),

Рн=рР,

где р — удельное усилие, необходимое для вдавливания наконечника в грунт, кгс см2 (Па); Р — наибольшая площадь сечений наконечника,

Рис.28. Способы бестраншейной разработки грунта

При продавливании нужно преодолеть сопротивление внедрению сечения трубы

Для уменьшения сил трения по наружной поверхности трубы при прокалывании и продавливании наконечник делают больше диаметра трубы, а при прокалывании открытой трубой на конец трубы наваривают кольцо с толщиной стенок до 10 мм.

Сопротивление прочных грунтов прокалыванию или продавливанию очень велико. Здесь требуются механизмы, развивающие большие осевые усилия; однако при этом прочность труб может оказаться недостаточной и они могут изогнуться, поэтому для таких грунтов следует применять метод бурения.

В слабых грунтах можно осуществлять проходку методом прокола или продавливания.

Вибропроколом прокладывают трубы диаметром до 426 мм на длину до 25...50 м. Скорость проходки зависит от грунтовых усло­вий и диаметра прокладываемой трубы и составляет в среднем 20...60 м/ч.

Пневматические пробойники широко используют для бестраншейной прокладки подземных коммуникаций под дейст­вующими автомобильными и железными дорогами, трамвайными путями, улицами и площадями, зданиями и сооружениямиВсе большее распространение получают грунтопроходные машины без­ударного действия с самозавинчивающимся рабочим органом для раскатки в грунте горизонтальных, вертикальных и наклонных скважин, которые называют также раскатчиками грунта Средняя ско­рость проходки скважины в различных грунтах 10...20 м/ч Машины для раскатки скважин экологически безопасны, бес­шумны в работе, не передают динамические нагрузки на строитель­ные конструкции и действующие коммуникации, не оказывают вредного воздействия на обслуживающий персонал.

Р и с.29. Схема установки с раскатчиком грунта для проходки горизонтальных скважин

Термическое бурение заключается в том, что порода разрушается под действием высокой температуры и давления газовой струи. К породе подводят газы при температуре 2500—3000°С со скоростью до 2000 м/с. Этот способ можно применять для бурения пород, которые растрескиваются, а не плавятся.