Подвижный вращатель.

Подвижный вращатель (буровой) - рабочий орган бурового станка (установки), служащий для передачи вращения и осевого усилия бурильной колонне при бурении главным образом геологоразведочных скважин. Представляет собой редуктор c приводом от механической трансмиссии либо от индивидуальных двигателей. Hаиболее распространены подвижные вращатели c приводом от 1-2 гидродвигателей.Pазличают непроходные вращатели, в которых инструмент присоединяется к концу шпинделя (ведущего вала), и проходные - труба проходит через шпиндель и захватывается патроном. Простейшим подвижным вращателем является мотобур. Подвижный вращатель перемещается вдоль мачты или направляющих посредством механизмов подачи (поршневых, гидравлических, цепных и канатных c гидроприводом) c ходом 1,5 -9 м. B отличие от ротора и шпиндельного вращателя подвижный вращатель перемещается вместе c колонной вдоль оси скважины по мере её углубления и при вспомогательных операциях. Подвижный вращатель обеспечивает рост скорости бурения по сравнению c ротором и шпиндельным вращателем на 15-30%.

Подвижные вращатели разработаны в CCCP в 60-x гг. для шнекового и шарошечного бурения, позднее получили распространение при алмазном бурении.

Буровые установки сподвижным вращателем нашли широкое применение при использовании прогрессивных способов бурения вследствие следующих преимуществ:

-они обеспечивают наибольший эффект при скоростных методах бурения, осуществляемых без подъема бурильных труб для извлечения керна, таких, как бурение снарядами со съемными керноприемниками, с гидро- и пневмотранспортом керна, при бескерновом бурении, применении забойных машин и т. д.;

- установки более универсальны по методам бурения; устанавливая гидромоторы различной мощности или вводя простую коробку перемены передач, можно варьировать в широких пределах значениями частот вращения и крутящего момента на вращателе;

- в сравнении со шпиндельными гидрофицированные станки при аналогичных методах бурения на 30-40% производительнее, что окупает их более высокую стоимость;

- из конструкции станка исключается ряд механических узлов, которые часто выходят из строя, что обеспечивает больший срок службы станка.

В то же время установки с подвижным вращателем имеют и недостатки:

- потери мощности между приводным двигателем и вращателем в шпиндельных станках составляют около 10%, а в установках с подвижным вращателем - не менее 30%, что объясняется существенной потерей давления в гидравлической системе (гидромоторах, шлангах и др.);

- требуется, чтобы на станках работал более квалифицированный буровой персонал, и имелась в наличии качественная ремонтная база.

В различных справочных и законодательных материалах выбор бурового оборудования и построение параметрических рядов регламентируется главным параметром, в качестве которого используется грузоподъемность на крюке, глубина бурения при конечном диаметре породоразрушающего инструмента или глубина бурения при использовании бурильных труб (стальных или легкосплавных) данного диаметра.

Буровая установка ЛБУ-50предназначена для бурения: 1) артезианских и гидрогеологических скважин (индекс установки ЛБУ - 50А); 2) гидрогеологических скважин и шурфов (индекс установки ЛБУ - 50Г); 3) шурфов (индекс установки ЛБУ - 50Ш). Основные способы бурения скважин: шнековый и ударно - канатный. Бурение шурфов осуществляется рейсами специальным цилиндрическим буром. Разгрузка бура, уборка породы от устья шурфа и крепление стенок шурфа железобетонными или деревометаллическими кольцами механизированы. Установка может осуществлять бурение в песках, глинах, мергелях неплотных известняках и доломитах (до IV категории по буримости включительно).

Буровая установка ЛБУ - 50 смонтирована на шасси автомобиля ЗИЛ-131. Привод осуществляется от двигателя автомобиля через коробку отбора мощности, установленную, на корпусе раздаточной коробки.

Все узлы бурового станка установлены и закреплены на общей раме, которая прикреплена к лонжеронам автомобиля через деревянные прокладки с помощью стремянок. К раме шарнирно прикреплена телескопическая мачта, которая при транспортировании станка укладывается в горизонтальное положение.

Передачу вращения на буровой инструмент от раздаточной коробки автомобиля осуществляет трансмиссия бурового станка. На раме и мачте также смонтированы гидравлическое и электрическое оборудование и узлы управления станком.

В таблицах приведены комплекты инструмента для бурения гидрогеологических скважин и шурфов установками ЛБУ-50А и ЛБУ-50Ш.

Помимо указанного инструмента, установке ЛБУ-50 придается комплект запасных частей к инструменту, а также индивидуальный комплект запасных частей и принадлежностей и эксплуатационный инструмент согласно ведомостям завода-поставщика.

Установка для гидрогеологического бурения УГБ -50М.

Буровая установка УГБ-50М предназначена для бурения гидрогеологических и инженерно-геологических скважин, а также для выполнения пробных откачек воды из скважины. Установка может использоваться также для проходки шурфов-дудок.

Установка может осуществлять бурение скважин шнековым и ударно-канатным способами. Ее используют также для бурения медленновращательным способом. При наличии насоса установкой бурят скважины колонковым способом с промывкой.

Установка смонтирована на шасси автомобиля высокой проходимости ГАЗ-66-02. Установка транспортирует с собой специально оборудованный автоприцеп с комплектом рабочего инструмента.

Привод станка осуществляется от дизельного двигателя, расположенного вместе с основными узлами установки на сварной раме, которая крепится в раме автомобиля. На одной оси с двигателем установлены коробка передач, лебедка и тормоз. Мачта соединяется с рамой через заднюю стойку и откидывающиеся кронштейны. По направляющим мачты перемещается вращатель, получающий вращение от коробки передач через вертикальный вал. Перемещение вращателя производится двумя гидроцилиндрами подачи. В средней части рамы расположен ударный механизм с оттяжным роликом. Пульт управления располагается на левой стороне (по ходу автомобиля). На нем сосредоточены все органы управления установкой.

От приводного двигателя вращение передается через муфту сцепления на коробку передач. В коробке передач через пару косозубых шестерен вращение передается на вал с блоком из трех шестерен. Перемещение этого блока дает возможность получить три частоты вращения вала, откуда движение передается на привод вращателя через две конические шестерни и привод лебедки через пять шестерен. Шестерня привода вращателя, соединенная с коническими шестернями реверсивного редуктора, обеспечивает изменение направления вращения бурового инструмента. От реверсивного редуктора через зубчатую муфту и приводной вертикальный вал вращение передается на три шестерни вращателя. Шпиндель вращателя имеет три скорости. Перемещение вращателя вверх и вниз осуществляется гидроцилиндрами. Шестерня привода лебедки вращает солнечную шестерню, которая находится во вращении с сателлитами. Сателлиты соединены с шестерней внутреннего зацепления, которая является одновременно и тормозным шкивом ленточного тормоза включения привода планетарного механизма. От водила сателлитов вращение может быть передано через зубчатую муфту на барабан лебедки или на кривошип привода ударного механизма. Лебедка также имеет три скорости навивки каната. Работа ударным механизмом производится только на первой скорости.

Буровая установка УРБ-2А2 предназначена для вращательного бурения долотами и твердосплавными коронками.

Все механизмы, входящие в установку (рис.8), в том числе раздаточная коробка, передающая вращение от ходового двигателя автомобиля, буровой насос НБ-32 или компрессор КТ-7, мачта с кронблоком, подвижным вращателем и одноцилиндровым гидроподъемником двустороннего действия, пульт управления механизмами установки, масляные баки для обеспечения маслом гидросистемы буровой установки смонтированы на раме, закрепленной на шасси автомобиля ЗИЛ-131.

Рис. 8. Буровая установка УРБ-2А2.

а - вид сбоку; б - вид сверху; 1- коробка отбора мощности; 2 - цилиндр подъема мачты; 3 - вращатель; 4 - пульт управления; 5 -элеватор для труб и патрон для шнеков; б-автомобиль; 7-мачта; 5 -талевая система; 9 - рама; 10 - установки бурового насоса и компрессора; 11 -гидродомкрат подачи; 12 - раздаточная коробка; 13 - обвязка гидросистемы; 14 - каретка; 15 - опорный домкрат.

Буровой установке придается двуосный прицеп для перевозки труб, шнеков и инструмента. На нем установлен консольно-поворотный кран для погрузочно-разгрузочных работ.

Установка имеет подвижный вращатель, который используется в процессе бурения, наращивания инструмента без отрыва его от забоя и выполняет совместно с гидроподъемником работу по спуско-подъему инструмента и принудительную подачу его на забой. Кинематика и мощность вращателя обеспечивают также свинчивание и развинчивание бурильных труб, благодаря чему отпадает необходимость в специальных механизмах для этой цели.

Вращение от ходового двигателя автомобиля при n = 1800 об/мин через коробку передач, раздаточную коробку автомобиля с помощью карданных валов передается на раздаточную коробку буровой установки.

На установке имеется аварийный ручной маслонасос, позволяющий перемещать вращатель и укладывать мачту. С помощью манометров на нагнетательной линии можно судить о крутящем моменте и осевой нагрузке на забой.

Вращатель представляет собой трехскоростную коробку с цилиндрической прямозубой передачей в стальном литом корпусе. С пульта управления можно изменять и реверсировать на каждой передаче частоту вращения шпинделя от нуля домаксимума за счет дросселирования жидкости, подводимой к гидродвигателю вращателя.

Для бурения с промывкой и продувкой шпиндель выполнен полым. На верхний конец его насажен сальник-вертлюг и прикреплен к крыше корпуса вращателя. На нижний конец шпинделя на шлицевой посадке насажен шарнирный элеватор или патрон (при бурении шнеками), которые крепятся к крышке корпуса полухомутами.

Мачта установки - сварная из труб-швеллеров. Она опирается на опоры, установленные на раме, и шарнирно на них закреплена. Подъем и опускание мачты осуществляются гидроцилиндром.

С помощью установки УРБ-2А2 можно бурить с очисткой забоя промывочной жидкостью или продувкой забоя, для чего на установке монтируется буровой насос или компрессор, а в благоприятных условиях можно бурить шнековым способом.

Общие сведения о буровой установке УГБ-ВСГ.

Установка УГБ-1ВСГ предназначена для бурения гидрогеологических и инженерно-геологических скважин, а также для бурения шурфов шнековым, медленновращательным и колонковым (всухую) способами. Установка разработана СКВ ПО «Геомаш» для замены установки УГБ-50М.

Техническая характеристика установки УГБ-1ВСГ

Номинальная глубина бурения, м:

шнековым способом ……………………………50

медленновращательным способом (шурфы)………………………..12

колонковым способом «всухую» …………………………….50

Начальный диаметр скважины: шнековый ….................................... 180

медленновращательный шурфов……… 650

колонковый всухую……………………..151

Частота вращения инструмента: ……………40; 80; 100; 140; 200 об/мин

Скорость перемещения вращателя: вверх…………………. 0 - 0,4 м/сек

вниз ………………………… 0 - 0,9 м/сек

Способ подъема (опускания) мачты: с помощью гидроцилиндров

Тип лебедки: фрикционная

Тип привода станка: дизель Д65Н

Шасси: автомобиль ГАЗ 66-02

Масса буровой установки…………………………………. 6190 кг

Максимальная скорость ……………………………… 50 км/час асфальт

25 км/час грунт (бездорожье) Длина установки в транспортном положении:………………….. 6950 мм

Ширина………………………………………………………… 2345 мм

Высота ………………………………………………………… 2640 мм

Установка УГБ-1ВСГ выпущена в виде опытных образцов. Она комплектуется прицепом, буровым инструментом, индивидуальным комплектом запасных частей и принадлежностей.

Установка разведочного бурения УРБ - 2М.

Установка разведочного бурения предназначена для бурения геологоразведочных и структурно-поисковых скважин глубиной до 300 метров комбинированным способом с использованием шнеков, шарошечных долот и пневмоударников. Бурение может производиться с продувкой, с промывкой и возможностью погружения в скважину обсадных труб. Эксплуатация машины допускается в районах с умеренным климатом в интервале температур окружающего воздуха - 40°, до + 40°С.



Основные технические характеристики машины.

Наименование показателей Значение

Базовая машинаШасси автомобиля Урал 4320

Глубина бурения, м, не менее:

- шнеками 20

- долотом с продувкой 30

- долотом с промывкой 100

- пневмоударником 300

Угол бурения, град 45..105

Тип привода:

компрессораавтономный дизель

насоса промывочногомеханический

остальных узлов установкигидравлический

Частота вращения бурового инструмента, с-¹ (об/мин)0-2,2;(0-130)

Крутящий момент на буровом инструменте, Н·м,(кгс·м)не менее3920 (400)

Усилие на буровом инструменте, кН, (кг), не менее

- при заглублении49 (5000)

- при выглублении68,6 (7000)

Диаметр буровых труб, мм, не более 93

Длина буровых труб, м , не более 6,0

Диаметр бурения, мм, не более:

шнеками 300

- долотом с промывкой 118

- долотом с продувкой 118

- пневмоударником 93

Техническая производительность при бурении, м/час, не менее:

- шнеком ш 300 мм 20

- пневмоударником 15

- шарошечным долотом 10

Наличие «плавающего режима» бурения (подача от веса составных частей каретки) имеется

Скорость подъема бурового инструмента, м/с, не менее 1,25

Ход каретки с вращателем, м, не менее 4,8

Высота подъема грузового крюка, м, не менее 7,5

Габаритные размеры машины в транспортном положении, мм, не более

длина 10000

ширина 2500

высота 3950

Масса полная, кг, не более 20000

Преодолеваемый уклон в транспортном положении, град, не более

- поперечный 10

- продольный 20

Максимальная допускаемая скорость передвижения (транспортная), м/с (км/час) 13,9 (50)

Обслуживающий персонал, чел. 2

Удельный расход топлива в режиме бурения, дм³/ч, не более 17

Основные показатели надежности машины приведены в табл. 5

Таблица 5

Наименование показателей	Значение
Ресурс до первого капитального ремонта, ч, не менее	6800
Наработка на отказ, ч, не менее	160
Коэффициент технического использования	0,85

Периодичность технического обслуживания машины приведены в табл. 6.



Таблица 6

Вид технического обслуживания	Периодичность выполнения, ч
Техническое обслуживание №1 (ТО - 1) 60 Техническое обслуживание №2 (ТО - 2) 240 Сезонное обслуживание (СО) Проводится при переходе к осеннее-зимней и весеннее-летней экспл.	60 240 Проводится при переходе к осенне-зимней и весенне-летней эксплуатации

5.3 Рекомендации по выбору различных буровых станков и установок

Основными факторами, определяющими выбор буровой установки, являются целевое назначение, глубина бурения, конечный диаметр скважин, характер и свойства проходимых грунтов, природные условия местности (рельеф, растительность, климат и др.).

Выбираемая буровая установка должна быть в достаточной степени эффективной технически и экономически, обладать хорошей транспортабельностью (в случае больших габаритных размеров и массы - возможностью разборки на отдельные транспортабельные блоки, а в случае самозаходности - высокой проходимостью, маневренностью, достаточной скоростью передвижения), в случае необходимости обеспечивать возможность производства бурения несколькими способами, укомплектовываться надежным в работе и удобным в обращении буровым и вспомогательным инструментами, обеспечивать простоту производства ремонта, возможность обслуживания минимальным числом рабочих с незначительной затратой ручного труда, удобство, простоту и безопасность работы.

Выбор буровых установок в первую очередь должен определяться условиями производства буровых работ, в том числе глубиной и диаметром скважин. Не рекомендуется использовать установки для условий, не соответствующих их параметрам. Выбираемый тип установки должен в наибольшей степени учитывать специфику работ данной конкретной организации. Следует стремиться, чтобы организация была укомплектована тремя-четырьмя марками однотипных станков. В этом случае существенно упрощается ремонтное обслуживание, создаются благоприятные предпосылки для специализации буровых бригад и, следовательно, повышения производительности труда, улучшаются организация и проведение буровых работ. Следует также учитывать возможность использования выбираемых установок для проведения других видов работ (полевых исследований грунтов с помощью навесного оборудования, бурения скважин большого диаметра с помощью специального бурового инструмента и т. д.).

При инженерно-геологических и гидрогеологических изысканиях могут использоваться несерийные станки и установки:

Переносная буровая установка ПБУ-10 конструкции института Энергосетьпроект предназначена для бурения инженерно-геологических скважин, главным образом при линейных изысканиях в породах I-IV категорий по буримости в отдаленных и труднодоступных районах. Глубина скважин до 10 м. Масса установки без оснастки 34 кг.

Установка ПБУ-10 может обеспечивать бурение скважин шнековым и колонковым способами. В последнем случае бурение осуществляется без промывки твердосплавным породоразрушающим инструментом диаметром 59 мм.

Переносный шнеково-колонковый станок ПШК-25 конструкции института Уралгипротранс (разработанный и изготовленный по предложению Л. С. Кулакова) предназначен для бурения неглубоких (до 15 м) инженерно-геологических скважин вращательный способом всухую в породах до IX категории по буримости в отдаленных и труднодоступных районах. Масса станка 26 кг.

Станок включает в себя двухскоростной мотобур, двигатель, механизм канатной системы подачи и якорь-кондуктор. Основной отличительной особенностью станка является использование двусторонней четырехструнной канатной системы подачи. Станок комплектуется легким якорным кондуктором массой 4 кг, который закрепляется на устье скважины и к которому крепится сам станок.

Портативный вращательный буровой станок ПВБС-15М конструкции Центрального научно-исследовательского института (ЦНИИ) Министерства путей сообщения предназначен для бурения вертикальных, наклонных, горизонтальных и восходящих скважин до 15 м в породах I-IV категорий по буримости шнековым способом при инженерно-геологическом обследовании земляного полотна железных дорог и других объектов, расположенных в неудобных и стесненных условиях, в которых применение самоходных и передвижных буровых станков невозможно или сопряжено со значительными трудностями. Масса станка (станка без колес) 90 кг, масса станка с комплектом инструмента, колесами и пригрузами 165 кг.

Станок состоит из направляющей рамы, откидной телескопической стойки с ручной лебедкой, вращателя, двигателя от мотопилы «Дружба-4», съемного колесного хода, багажника с очистителем шнека, ножек-упоров для бурения горизонтальных скважин и пригрузов.

Буровая установка МБУ-1 предназначена для бурения разведочных инженерно-геологических скважин преимущественно в мерзлых грунтах в отдаленных и труднодоступных работах. Установка может осуществлять бурение скважин колонковым способом всухую, медленновращательным, а в случае необходимости ударно-канатным способом до глубины 30-50 м начальным диаметром 219 мм. Масса установки 5000 кг. Установка МБУ-1 обладает следующими особенностями. В качестве транспортной базы использовано гусеничное шасси ГТ-СМ, имеющее низкое удельное давление на грунт и специально предназначенное для эксплуатации в северных районах. Оно обеспечивает достаточно хорошую проходимость по бездорожью. На установке обеспечены удовлетворительные условия работы буровой бригады при низких температурах за счет использования утепленного укрытия. Шпиндель ротора обеспечивает возможность вращения инструмента на малой частоте, что позволяет получать керн мерзлого грунта с малонарушенным природным сложением. Собственно, буровой агрегат размещен в середине гусеничного шасси, что обеспечивает возможность размещения всех буровых механизмов в утепленном укрытии. Особенностью установки является также ее гидрофицированность.

Установка разведочного бурения УРБ-1В-2предназначена для бурения взрывных скважин шнековым способом при сейсморазведке, а также картировочных скважин сплошным и кольцевым забоем с промывкой в условиях бездорожья на глубину 30-100 м. Может использоваться для бурения разведочных скважин при инженерно-геологических изысканиях. Массаустановки 5150 кг.

Придаваемый установке промывочный агрегат смонтирован на шасси прицепа ГАПЗ-755 с приводом от двигателя УД-25С. Установка разработана конструкторским бюро машиностроительного завода им. Воровского взамен установки УРБ-1В. Выпущены опытные образцы установки, которые проходят промышленные испытания.

Буровой станок КрасТИСИЗа предназначен для бурения скважин преимущественно в мерзлых грунтах медленновращательным и ударным способом глубиной 15 м и начальным диаметром152 мм. Масса станка без бурового снаряда составляет 351 кг.

К числу особенностей станка следует отнести: 1) станок разбирается на отдельные блоки небольшой массы, которые могут транспортироваться вручную, гужевым и автомобильным транспортом, самолетом или вертолетом; 2) на короткие расстояния станок может транспортироваться в собранном виде (на колесах) вручную или автомобилем; 3) станок отличаются компактностью и невысокой металлоемкостью; 4) обеспечивает бурение с получением образцов мерзлого грунта с малонарушенной криогенной структурой; 5) бурение ударно-вращательным способом может осуществляться в полуавтоматическом режиме.

Агрегат вибрационно-вращательного бурения АВБ-3 предназначен для бурения инженерно-геологических скважин в породах I-VII категорий по буримости вибрационным, вращательным всухую, вибрационно-вращательным и ударно-канатным способами. Агрегат можно использовать при разведке россыпных месторождений, при картировочном бурении и при бурении гидрогеологических скважин, а также для ударно-вибрационного зондирования грунтов. Глубина бурения скважин: вибрационным способом - 20 м, ударно-канатным способом - 40 м, вращательным способом -100 м. Начальный диаметр скважины 325 мм. Масса установки 9900 кг.

Вибропогружатель - беспружинный, вибромолот ВБ7М предназначен для бурения скважин вибрационным и вибрационно-вращательным способами, погружения и извлечения обсадных труб, ликвидации аварий, связанных с прихватом снаряда на забое, и производства ударно-вибрационного зондирования грунтов.

Вибромолот ВБ7М отличается увеличенной вынуждающей силой, массой и повышенной погружающей способностью.

Агрегат АВБ-3 разработан конструкторским бюро машиностроительного завода им. Воровского. Опытные образцы агрегата выпущены названным заводом.

Буровая установка УБС предназначена для колонкового бурения весьма глубоких (до 300 м) инженерно-геологических скважин в основном при гидроэнергетических изысканиях. Масса установки 1170 кг.

Установка УБС смонтирована на базе трелевочного трактора и включает в себя следующие узлы и механизмы: трактор ТДТ-55, буровой станок СБА-500, промывочный насос с подрамником, мачту, раму, редуктор, подставку, полухомут, гидропривод подъема мачты, рабочую площадку. Установка УБС разработана институтом Гидропроект и выпущена в виде опытных образцов.

Установка КБУ-15 (УГБ-2ВС-75) предназначена для бурения скважин вращательным способом всухую глубиной до 50 м и конечным диаметром 205 мм, вращательным способом с прямой промывкой глубиной до 200-300 м и конечным диаметром 152-93 мм, вращательным способом с обратной промывкой глубиной до 100 м и конечным диаметром 100 мм, ударно-канатным способом глубиной до 100 м и конечным диаметром 300 мм, а также для бурения шурфов диаметром 1000 мм вращательным способом всухую глубиной до 20 м.

Установка УКО22М2 (УГБ-ЗУК) предназначена для бурения вертикальных скважин ударно-канатным способом (сплошным забоем) глубиной 300 м и максимальным начальным диаметром 600 мм.

Станок ЗИФ-650М предназначен для бурения скважин глубиной 650 м 800 м с начальным диаметром 200 мм, выпускается Барнаульским заводом геологоразведочного оборудования; станок СКБ-5 - с теми же примерно параметрами, что и ЗИФ - 650, выпускается тем же заводом.

Установка УРБ-ЗАМ предназначена для бурения скважин вращательным способом сплошным забоем глубиной 300 м, кольцевым забоем глубиной 500 м, с начальным диаметром 250 мм и конечным диаметром 100 мм.

5.4 Установки для бурения шурфов

Шурфы при инженерно-геологических изысканиях могут проходиться вручную, специализированными шурфопроходческими установками и буровыми станками. В последнем случае станкам придаются специальные породоразрушающие инструменты вращательного или ударного действия.

К специализированным и неспециализированным шурфопроходческим и ямо-проходческим установкам относятся: БКГМ-66, МРК-1А, БКМ-483П, БМ-802С, БМ-202, ЛБУ-50, УГБ-50М, УГБ-1ВСГ, КБУ-15, УБСР-25М, МКГС-3, КШК-ЗОА, УШ-16, КШС-20М. Описание установок ЛБУ-50, УГБ-50М, УГБ-1ВСГ, КБУ-15, УБСР-25М, которые в основном являются буровыми, было дано ранее. Применение остальных установок, за исключением КШК-ЗОА н УШБ-16, на изысканиях является ограниченным.

Машина БКГМ-66 предназначена для проходки (бурения) шурфов круглого сечения в нескальных грунтах. Она выпускается в двух модификациях: БКМ-66-2 для бурения шурфов (котлованов) глубиной до 2 м и БКГМ-66-3 до 3 м. Привод установки осуществляется от двигателя автомобиля. Рабочий орган - бур, выполненный в виде двухлопастного шнекового породоразрушающего инструмента. Масса навесного оборудования составляет 1550-1650 кг. Наличие в трансмиссии коробки передач, имеющей три передачи, позволяет регулировать скорость вращения породоразрушающего инструмента в достаточно широких пределах. Машина комплектуется тремя сменными породоразрушающими инструментами, армированными твердым сплавом. Имеется породоразрушающий инструмент для бурения мерзлых грунтов.

Машина МРК-1А предназначена для рытья круглых котлованов в грунте при установке железобетонных одностоечных столбов на строительстве линий электропередач. Все механизмы машины приводятся в действие от ходового двигателя автомобиля. Рабочим органом машины является шнек с коронкой. Потребляемая машиной мощность составляет 40 кВт. Скорость подъема шнека 0,29 м/с, скорость подачи 0,36 м/с.

Котлованокопатель МКГС-3предназначен для рытья котлованов под опоры контактной сети. На раме трактора смонтированы ковшевой экскаватор, направляющая рама с тягами, стрела и поворотная платформа. Ковш экскаватора армирован режущими зубьями, извлеченный грунт транспортируется в отвал специальным транспортером. Установка имеет низкое удельное давление на грунт, что обеспечивает ее высокую проходимость. Установка может быть рекомендована для проходки шурфов сечением 0,7 X 0,7 м по породам до IV категории крепости при наличии в них крупнообломочного материала размером до 100 мм в поперечнике.

Буровая установка ГКМ-483П предназначена для бурения шурфов в породах I-IV категорий крепости. Вращение на бур передается от двигателя автомобиля. Подъем и опускание мачты, подача снаряда на забой и подъем его на поверхность осуществляются с помощью гидродомкратов.

Буровая установка БМ-802С предназначена для бурения шурфов в породах до V категории крепости, содержащих крупнообломочную фракцию до 15 % по объему. Наличие многоскоростной коробки передач и возможность плавного регулирования подачи бура позволяют подбирать оптимальные режимы бурения в зависимости от свойств пород.

Копатель шахтных колодцев КШК-30 предназначен для механизированной проходки шурфов круглого сечения вращательным способом в мягких и средней твердости породах. Характерной особенностью копателя является наличие свободного скользящего по центральной штанге бура, который в процессе углубления шурфа автоматически соединяется при помощи специального замка с нижним звеном штанги и отсоединяется от него при подъеме бура на поверхность. Благодаря этому бур поднимается и опускается на канате в шурф без подъема и спуска колонны бурильных труб. Бур копателя сконструирован таким образом, что он позволяет производить крепление шурфа по мере его углубления. Это дает возможность проходить шурфы в малоустойчивых породах, изолировать водоносные горизонты и т. д. Скорость подъема бура 0,3 м/с. Привод рабочих органов копателя осуществляется от двигателя М-320 мощностью 55 кВт.



Глава 6. Грузоподъемное, насосное, энергетическое и компрессорное оборудование для бурения

При бурении инженерно-геологических скважин применяется широкий комплекс грузоподъемного, насосного, энергетического и компрессорного оборудования. Привести подробные справочные данные по всему оборудованию не представляется возможным. Поэтому в настоящем разделе будут представлены только выборочные сведения по наиболее часто употребляемому оборудованию, причем такому, которое используется непосредственно при буровых работах.

6.1 Грузоподъемное оборудование в бурении. Состав, назначение

Грузоподъемное оборудование в бурении применяется для выполнения операций по наращиванию бурильной колонны, ее спуску и подъему, а также операций с обсадной колонной.

Основным показателем характеристики грузоподъемного оборудования в бурении служит его грузоподъемность, которая должна соответствовать максимальной грузоподъемности лебедки бурового станка на прямом канате с увеличением на кратность применяемой талевой системы.

К грузоподъемному оборудованию, применяемому в бурении, относятся:вышки и мачты, лебедки, канаты, элеваторы, фарштули, вертлюги-сальники и др.

Буровые вышки и мачты.

Буровая вышка предназначена для подъема и спуска бурильной колонны и обсадных труб в скважину, удержания бурильной колонны на весу во время бурения, а также для размещения в ней талевой системы, бурильных труб и части оборудования, необходимого для осуществления процесса бурения.

Буровые вышки, применяемые на изысканиях, подразделяются на деревянные и металлические. Чаще всего используют деревянные треноги, реже обшитые и необшитые деревянные четырехногие вышки.

Буровые мачты представляют собой неразборные, складывающиеся или разборные металлоконструкции, используемые при бурении скважин и монтируемые отдельно от бурового станка. Собственно мачта состоит из несущего ствола, на котором монтируется кронблок.B самоходных буровых установках для уменьшения продольных размеров применяют складывающиеся или телескопические конструкции мачт буровых. Для подъёма и укладки ствола в положение транспортировки используются гидроцилиндры, лебёдки и другие вспомогательные механизмы. B отличие от буровых вышек мачты буровые имеют не четыре, a одну или две опоры, выполняют также функции свечеприёмника и направляющей в установках c подвижным вращателем и позволяют бурить наклонные скважины за счёт отклонения мачты от вертикальной оси.

Кронблоки и талевые блоки.

Кронблок - неподвижная часть талевой системы, монтируемая в верхней части вышки или мачты. Имеет несколько свободно вращающихся на осях канатных роликов, воспринимающих нагрузку от талевого блока. Талевый блок - подвижная часть талевой системы, с которой соединяется колонна бурильных труб. Он подвешивается к кронблоку на талевом канате и соединяется с бурильными или обсадными трубами с помощью вертлюжной скобы, крюка или элеватора.

Лебедки.

Буровую лебедку применяют для спуска и подъема бурильной колонны, спуска обсадных колонн, удержания на весу неподвижной бурильной колонны или медленного спускания (подачи) ее в процессе бурения. Запрещается работать без приспособления для правильного наматывания талевого каната на барабан лебедки.

Лебедки, при производстве бурения скважин, являются неотъемлемыми узлами буровых станков и установок. И только в отдельных случаях бурение производится с помощью стационарных отдельно поставляемых лебедок. Наибольшим распространением на изысканиях пользуются две фрикционные лебедки Т-109 и Т-136.

Элеваторы и фартшули.

Элеваторы и фарштули предназначены для осуществления спуска и подъема бурильных труб из скважины. Элеватор служит для захвата и удержания на весу колонны бурильных (обсадных) труб. Элеватор при помощи штропов подвешивается к подъемному крюку. Существует несколько типов элеваторов разной конструкции, грузоподъемности, степени автоматизации при эксплуатации и т. д. Серийно выпускаются неавтоматические элеваторы с кольцевым фиксатором, предназначенные для работы с бурильными трубами геологоразведочного сортамента. Элеваторы изготавливаются в 2-х исполнениях: с серьгой штампованной, цельнозамкнутой и серьгой в виде проушины. Фарштули подхватывают колонну бурильных труб (свечу) под муфту замка. Используются для спуска и подъема бурового снаряда на длину ведущей трубы без отсоединения бурового сальника с упором в замок или переходник.

Вертлюг-сальник является соединительным звеном между талевой системой и бурильной колонной, подвешенной к вращающейся части вертлюга. Посредством его подается промывочная жидкость из неподвижного нагнетательного шланга во вращающуюся колонну бурильных труб. С помощью вертлюга-сальника снаряд может удерживаться в подвешенном состоянии при перекреплении зажимного патрона вращателя бурового станка. Все вертлюги имеют принципиально общую конструкцию. Вертлюг состоит из двух узлов - системы вращающихся и невращающихся деталей. Для соединения с бурильным инструментом на нижний конец ствола вертлюга навинчивается переводник с левой резьбой.

Элеваторы для подъема бурильных труб, подразделяются на кольцевые - работы с верховым рабочим, и полуавтоматические, при которых верхового рабочего не требуется.

Полуавтоматические элеваторы. Элеватор ЭН-12,5 (рис.9,а) (вместо МЗ-80-2) имеет упор в специальный наголовник, надеваемый на верхний конец скобы сбоку в прорезь замка. Элеватор состоит из корпуса, затвора, серьги, держателя и подвески. При спуске свечи элеватор надевают снизу сбоку, закрывают защелку и лебедкой станка поднимают по трубе вверх до упора в наголовник. Свеча на элеваторе перемещается с подсвечника и после соединения с колонной спускается в скважину. Свеча фиксируется на подкладной вилке, элеватор и наголовник снимаются.

При подъеме свечи затвор с элеватора снимают. Заводят его сбоку трубы наголовник, поднимают свечу и перемещают ее на подсвечник. При спуске элеватора конец свечи скользит по отражателю, элеватор отклоняется в сторону скрытого зева и выходит из контакта с трубой. Элеватор спускают вниз за следующей свечой.

Полуавтоматический элеватор ЭН2-20(рис.9,б) предназначен для работы с бурильной колонной комплексов КССК-76, ЛБТН-54 и СБМТ-50 с пользованием наголовников различных конструкций. Он используется при бурении установками УКБ-7, УКБ-8 и ЗИФ-1200МР.

Наголовники(рис.9,г)имеют с трубой резьбовое соединение с фиксацией резьбы в виде пружинной шайбы (Р-70/110, Р-70/90) для КССК или подпружиненного эксцентрика (рис.9,д), который расклинивается о внутреннюю поверхность трубы (04.200 ССК). Запоры резьбы предназначены для исключения разворота наголовника в момент упругого раскручивания каната лебедки при подъеме колонны. Наголовник для элеватора ЭН-12,5 (МЗ-50-80) безрезьбовой. Он надевается сбоку на прорезь в замке и фиксируется стержнем (рис.9,е).

Типоразмер наголовника при поставке полуавтоматического элеватора определяется заказчиком в зависимости от типа бурильной колонны.

Известны полуавтоматические элеваторы, работающие без наголовников, однако в этом случае на замках бурильных труб требуется выполнение дополнительных конструктивных элементов в виде круговых проточек или буртов. Эти элеваторы более сложны по устройству. Элеваторы Э-18/50 (рис.9,в) для труб диаметром 50 мм муфтово-замкового соединения имеют упор двумя кулачками в кольцевую проточку на муфте замка трубы. Положение кулачков управляется упором, который скользит по трубе. При выходе копира на верхний конец свечи кулачки выходят из корпуса и упираются в бурт кольцевой проточки, (элеваторы имеют управляемые створки для перекрытия зева в корпусе.

Кольцевой элеватор состоит из серьги, корпуса с прорезью стопорного кольца. Элеватор одевают прорезью (зевом) в проточки замка и фиксируют сверху кольцом.

На полатях используют элеватор, встроенный во вращатель. Этот элеватор передает крутящий момент при бурении, но после развинчивания трубы и ее подъема, возможен поворот трубы в элеваторе при укладке на полати.

Элеватор-фарштуль используется для спуска или подъема бурового снаряда на длину ведущей трубы без отсоединения бурового сальника с упором в замок или переходник. На буровых установках с подвижным вращателем подъем инструмента может выполняться с помощью вращателя.

Вертлюжная пробка (рис.9, е, г) применяется для перемещения свечей из горизонтального положения в вертикальное при спуске в скважину и обратно. Она используется также для перемещения утяжеленных бурильных труб, наружный диаметр которых не соответствует диаметру бурильного замкамежду стволом и корпусом. Узел выполнен с возможностью его подтяжки без разборки вертлюга-сальника. В зависимости от частоты вращения ствола корпус заполняется жидкой или консистентной смазкой. Обязательным требованием при эксплуатации является фиксирование корпуса вертлюга-сальника для предотвращения закручивания рукава в случае заклинивания корпуса на стволе из-за излома подшипников, замерзания уплотнения или его перетяжки.

Буровые сальники (рис.10, а-в) не имеют грузоподъемной серьги, и их устройство не рассчитано на восприятие значительных нагрузок от веса колонны. Перемещение сальника с ведущей трубой или с буровой колонной лебедкой выполняется элеватором-фарштулем под бурт специального переходника ниже сальника.

Сальники СА-В и СВ имеют узел уплотнения в виде манжет или набивки. В сальнике ИС-05 применено торцевое уплотнение из малоизнашиваемых элементов. Сальник ИС-05 предназначен для использования на легких буровых станках с подвижным вращателем (АБ-2, АБ-5) и рассчитан на сравнительно малые расходы промывочной жидкости, имеет небольшие размеры.

Рис..9. Полуавтоматические элеваторы и наголовники к ним.

а - элеватор ЭН-12.5 грузоподъемностью 12,5 тс; б-элеватор ЭН2-20 грузоподъемность;.; 32 тс; в-элеватор Э18/50 для работы без наголовников; г-наголовник (Р-70/110, Р-70-90) с пружинной шайбой для элеватора ЭН2-20; д - наголовник для труб ССК с эксцентриком; е -наголовник для элеватора.

Рис. 10. Сальники и вертлюги-сальники.

а - сальник буровой СА-В; б-сальник проходной для работы с ССК; в - сальник СВ; г - вертлюг-сальник ВС 12,5/20; д -вертлюг-сальник БИ249-248.000.

Канаты.

Стальные канаты на изысканиях используют для самых различных работ. При бурении скважин их применяют для спускоподъемных операций. Канаты для буровых установок обычно бывают свиты из шести прядей вокруг одного центрального сердечника. Для изготовления талевых канатов используется высокоуглеродистая и высокомарганцовистая канатная проволока. Канаты изготавливаются с металлическим сердечником, органическим трехпрядным сердечником, пластмассовым стержневым сердечником. Канаты с металлическим сердечником обладают повышенным разрывным усилием и высокой поперечной жесткостью, благодаря которой возрастает их сопротивляемость раздавливанию. Различают два основных типа свивки канатов: прямой, при котором проволоки в прядях и пряди в канате свиты в одном направлении, и крестовый, при котором проволоки в прядях и пряди в канате свиты в противоположных направлениях. Направление свивки может быть правое и левое. На буровых установках применяют канаты в основном типов ТК 6 ? 37 (6 - число прядей в канате, 37 - число проволок в одной пряди) и ТК 6 ?19 с органическим сердечником, причем предпочтение отдают первому типу канатов, отличающимся большой гибкостью вследствие меньших диаметров проволок, входящих в прядь. Соединение каната с подъемным инструментом должно производиться с помощью коуша и не менее 3-х винтовых зажимов. На все канаты должны быть сертификаты завода-изготовителя.

В буровых установках применяются нераскручивающиеся канаты, у которых проволоки и пряди каната освобождены от внутренних напряжений, так как они по сравнению с обыкновенными канатами обладают большой гибкостью, усталостной прочностью и меньшим стремлением к вибрации и вращению вокруг своей оси. Наружный слой проволок в прядях имеет больший диаметр, что предохраняет канат от быстрого износа, а внутренний слой сделан из проволок меньшего диаметра, что придает канату большую гибкость.

Буровые крюки.

Буровые крюки изготавливают в виде отдельных крюков или крюков соединенных с талевым блоком (крюкоблоки). Они служат для подвешивания при помощи штропов с элеватором бурильной и обсадной колонн в процессе спускоподъемных работ, в процессе бурения для подвешивания вертлюга с бурильной колонной, а также для подъема, спуска и подтаскивания грузов при буровых и монтажно-демонтажных работах. По конструкции крюки бывают одно-, двух и трехрогие. По способу изготовления крюки бывают кованными, составными пластинчатыми и литыми.

Штропы бурильные являются соединяющим звеном между буровым крюком и элеватором, на котором подвешивается буровой инструмент или колонна обсадных труб. Штропы бывают грузоподъемностью 0,25 (25); 0,50 (50); 0,75 (75); 1,25 (125); 2,00 (200) и 3,00 (300) МН (т). По конструкции штропы бывают двух типов: одно- или двухструнные. Штропы изготавливают цельнокатаными, цельноковаными, а иногда сварными, нормальной (ШБА) и укороченной (ШБУ) длины.

Для производства спускоподъемных операций должны применяться серийно выпускаемые заводами-изготовителями грузоподъемные принадлежности (вертлюги-амортизаторы, вертлюги-сальники, элеваторы, пробки вертлюжные, кронблоки, направляющие ролики и др.), имеющие разрешение на применение от Ростехнадзора РФ. В процессе эксплуатации, а также после ремонта грузоподъемные принадлежности испытывают на грузоподъемность, но не реже одного раза в год. Ежемесячно должны подвергаться осмотру технической службой предприятия: элеватор, наголовник и другие грузоподъемные принадлежности. При обнаружении трещин и других дефектов, снижающих прочность изделия, последние должны быть изъяты из эксплуатации.

6.2 Насосыдля промывки скважин

Буровой насос предназначен для подачи под давлением промывочной жидкости в скважину.

Требования к буровым насосам:

- возможность регулирования расхода промывочной жидкости;

- обеспечение заданной подачи промывочной жидкости при увеличении сопротивления потоку в нагнетательной линии.

В инженерно-геологическом бурении применяют:

- одно- и трехплунжерные насосы простого действия;

Двухцилиндровые поршневые насосы двойного действия.

Конструкция насоса состоит из двух основных частей - гидравлической и механической.

Специальным конструкторским бюро ВПО «Союзгеотехника» разработан параметрический ряд плунжерных насосов, предназначенных для промывки скважины с помощью жидких очистных агентов. Этот ряд включает пять типоразмеров насосов, их основные параметры приведены в табл.7

Таблица 7. Основные параметры буровых плунжерных насосов

Шифр насоса	Диапазон подачи, л/мин	Число ходов в 1 мин	Гидравлическаямощность кВт	Масса насоса, кг
НБ1-25/16 НБ2-63-40 НБЗ-120/40 НБ4-320/63 НБ5-320/100	25 16-63 15-120 32-320 52-320	390 80-350 95-250 95-260 60-200	0,7 2,5 5 22 32	44 257 630 1250 1600

6.3 Компрессоры

При бурении скважин с продувкой возникает необходимость в использовании компрессоров для подачи сжатого воздуха. Чаще для этой цели используют передвижные компрессоры, но иногда применяют и малогабаритные компрессоры, устанавливаемые на платформах буровых установок. Нередко сжатый воздух при бурении используют для вспомогательных целей (для извлечения керна из колонковой трубы, производства опытных откачек и др.).

Передвижная компрессорная установка представляет собой устройство, состоящее из компрессора, двигателя и вспомогательного оборудования, смонтированного на прицепной тележке или раме.

6.4 Генераторы и электростанции

Электростанцией называется автономный источник электроэнергии, предназначенный для электроснабжения буровых установок и других потребителей. Электроагрегатом называется комплексная установка, состоящая из двигателя внутреннего сгорания и генератора, смонтированных на общей раме. Электроагрегат комплектуется щитом управления и вспомогательным электрооборудованием.

Электростанции, применяемые на изысканиях, делятся на передвижные, полустационарные и стационарные. Некоторые буровые установки оборудованы собственными электростанциями. Чаще всего на изысканиях используют передвижные электростанции. Передвижная электростанция представляет собой комплексную установку, смонтированную на каком-нибудь транспортном средстве (чаще всего на одноосном или двухосном колесном автомобильном прицепе), защищенном от атмосферного воздействия и предназначенную для электроснабжения передвижных или стационарных потребителей.

Наиболее важным узлом электростанций является генератор.

Бензоэлектрические агрегаты представлены серией АБ мощностью 0,5; 1; 2; 4; 8; 12 кВт. Состоят они из карбюраторного двигателя, генератора однофазного, трехфазного или постоянного тока, блока аппаратуры управления и приборов, топливного бака, рамы и кожуха. Двигатель соединяется с генератором при помощи фланца.

Дизель-электрические генераторы серии АД могут применяться при следующих условиях: температура окружающего воздуха от ?40° до +50°С, относительная влажность воздуха до 98%, высота над уровнем моря до 1000 м. Они не чувствительны к перевозкам, допускают воздействие атмосферных осадков, запыленности. Дизель-агрегаты состоят из дизельного двигателя, генератора, распределительного устройства, рамы, топливного бака, капота. Жестко соединенные между собой двигатель и генератор образуют единый блок, который устанавливается на раме на резинометаллических амортизаторах.



6.5 Электродвигатели

В изыскательской практике наиболее широко применяются асинхронные электродвигатели мощностью 0,6 -100 кВт преимущественно единой серии А2. Двигатели этой серии выпускаются двух типов: в защищенном исполнении А2 и в закрытом обдуваемом исполнении АО2. Серия А2 с диапазоном мощности 0,4 до 1000 кВт выполнена в девяти габаритах с двумя осевыми длинами в каждом габарите, т. е. 18 типоразмеров. В закрытом обдуваемом исполнении выпускаются двигатели всех габаритов, а в защищенном исполнении - только с шестого по девятый. Все двигатели выпускаются в чугунной оболочке, а с первого по четвертый габарит - в алюминиевой оболочке. При наличии алюминиевой оболочки в обозначение вводится буква Л (ЛАО2). Все двигатели серии А2 и АО2, кроме скоростных, рассчитаны на напряжение 220/380 В, номинальную частоту 50 Гц и имеют частоту вращения вала 3000, 1500, 1000, 750, 600 об/мин.

6.6 Двигатели внутреннего сгорания

При инженерных изысканиях достаточно широкое распространение получили различные двигатели внутреннего сгорания в качестве силовых установок для привода буровых станков и установок, насосов, глиномешалок и др.

Двигатели внутреннего сгорания по способу смесеобразования и воспламенения рабочей смеси (топлива и воздуха) делятся на две основные группы: 1) двигатели, у которых смесеобразование происходит в специальных устройствах - карбюраторах, вне цилиндров двигателей, с воспламенением от постороннего источника зажигания (карбюраторные, газовые); 2) двигатели, у которых рабочая смесь образуется в цилиндрах с воспламенением от сжатия (дизели).

Карбюраторные двигатели работают на легком жидком топливе (бензине) с плотностью (0,75-0,78) 10³ кг/м³, дизельные - на тяжелом жидком топливе (дизельном топливе) с плотностью (0,83-0,85) 10³ кг/м³.

Карбюраторные двигатели вследствие малой массы, небольших габаритных размеров, достаточно простого устройства, легкого пуска, быстроходности и надежности в работе получили особенно широкое распространение. Дизельные двигатели в изыскательской практике используют для привода буровых станков, генераторов постоянного и переменного токов и различного вспомогательного оборудования.



Глава 7. Забойные механизмы и породоразрушающий инструмент

Эффективность колонкового бурения значительно повышается при одновременном воздействии на породоразрушающий инструмент осевой нагрузки, крутящего момента и ударных импульсов, сообщаемых специальными забойными машинами, которые приводятся в действие энергией потока промывочной жидкости (гидроударники) или сжатого воздуха (пневмоударники).

7.1 Гидроударники

Гидроударное бурение - способ проходки скважин, при котором разрушение породы на забое осуществляется погружными гидроударными машинами (гидроударниками) (рис.13). Гидроударное бурение основано на суммарном воздействии на горные породы осевой нагрузки и крутящего момента, передаваемых с поверхности от бурового станка по колонне бурильных труб, и ударных импульсов, возбуждаемых гидроударником. Буровой агрегат и инструмент при гидроударном бурении те же, что и при вращательном бурении. Для гидроударного бурения применяются коронки диаметром 59 - 93 мм. Различают гидроударное бурение вращательно-ударное с алмазными и твердосплавными коронками, ударно-вращательное со специальными твердосплавными коронками (рис.11) и гидроударно-эжекторное, при котором сочетание обратной призабойной циркуляции промывки с интенсивной вибрацией снаряда предохраняет керн от заклинивания.



Рис.11. Буровая коронка для гидроударного (ударно-вращательного) бурения

В состав снаряда для бурения гидроударниками входит: породоразрушающий инструмент, колонковая труба, кернорватель, переходник, собственно гидроударник, бурильные трубы (рис.12).

Породоразрушающий инструмент отличается большими сечениями для прохода очистного агента (воды, раствора) - КГ1, КГ2, КГ3, КГ4, КГ5. При гидроударном бурении используют следующие специальные конструкции коронок и долот: а) породоразрушающий инструмент для повышения выхода керна и улучшения его качества (коронки ГПИ 101, ГПИ 74МВС, ГПИ 126МС); б) долота в комплекте с ловушками, предназначенные для очистки забоя от осколков твердого сплава (долота типа Д-76, Д-59М); в) породоразрушающий инструмент для призабойного калибрования и разбуривания скважины (гидроударно-шарошечные расширители ГПИ 70М, ГПИ 132М, снаряд ГПИ 175-76 для призабойной калибровки скважины).