Разработка буровой штанги и гидросъемника

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Тульский государственный университет

Курсовая работа

по дисциплине

«Основы проектирования горных машин»

Тула 2009.

Содержание

Введение

1. Технология струйной цементации

2. Разработка элементов бурового става

2.1 Буровая штанга

2.2 Гидросъемник

Список литературы

Введение

Технология струйной цементации грунтов (далее - СЦГ) появилась практически одновременно в Японии, Италии, Англии. На сегодняшний день, машины, реализующие СЦГ, интенсивно эксплуатируются по всему миру, позволяя эффективно решать традиционные и новые технологические задачи в промышленном и гражданском строительстве, а также строительстве подземных сооружений. Техническая идея СЦГ заключается в использовании энергии высокоскоростной струи водоцементного раствора для разрушения массива грунта и одновременного перемешивания получаемой массы. После твердения массы образуется новый материал - грунтобетон, обладающий достаточно высокими физико-механическими характеристиками.

Буровой став, состоящий из гидросъемника, буровых штанг и гидромонитора, предназначен для навешивания на существующие буровые установки, обеспечивающие режимы работы, соответствующие технологии СЦГ горных пород.

В данном курсовом проекте выполнялась работа по разработке буровой штанги и гидросъемника.

1. Технология струйной цементации

струйная цементация грунт штанга гидросъемник

Работы по СЦГ выполняются в два этапа. На первом этапе, во время прямого хода буровой колонны, производится бурение пилотной скважины до проектной отметки, предусмотренной для сооружения сваи из грунтобетона. Промывочный раствор под низким давлением (чаще всего до 1 МПа) поступает через канал в буровой колонне к разрушающему инструменту и осуществляет удаление шлама методом прямой промывки. В качестве промывочного раствора традиционно используются вода, бентонитовый или цементный раствор. На втором этапе, в процессе обратного хода, в канал буровой колонны подается водоцементный раствор под высоким давлением (до 60 МПа и более). Автоматическое клапанное устройство, реагируя на повышение давления подаваемого бурового раствора, перекрывает каналы промывки, одновременно открывая подачу раствора в струеформирующие устройства, расположенные в непосредственной близости от бурового инструмента и сориентированные таким образом, чтобы высокоскоростные водоцементные струи истекали в направлении перпендикулярном оси пилотной скважины. После этого осуществляется подъем буровой колонны с одновременным ее вращением.

После выполнения полного обратного хода из скважины удаляется буровая колонна, таким образом, формируя сваю из грунтобетона.

Следует отметить, что высокоскоростные водоцементные струи обладают значительной кинетической энергией, обеспечивающей существенное увеличение диаметра получаемой грунтобетонной сваи по отношению к диаметру пилотной скважины, за счет сплошного струйного разрушения грунта. По этой же причине, получаемый грунтобетон характеризуется высокой степенью однородности физико-механических свойств, обусловленной интенсивным перемешиванием в скважине образующейся массы.

Сооружение грунтобетонных конструкций с использованием технологии СЦГ имеет чрезвычайно обширный список практических применений. Основными из которых являются:

- закрепление слабых и обводненных грунтов для последующей проходки горных выработок или строительства других подземных сооружений;

- сооружение противофильтрационных завес путем создания стены из взаимно перекрывающихся грунтобетонных свай;

- устройство одиночных свайных фундаментов;

- устройство ленточных фундаментов и сплошных фундаментных плит;

- укрепление откосов, стенок котлованов и т.д.

Основными преимуществами ЦСГ по сравнению с традиционными технологиями инъекционного закрепления грунтов является широкая область применения (практически весь диапазон грунтов - от гравия до торфов и илов), и высокая предсказуемость результатов укрепления грунтов.

К преимуществам технологий создания грунтобетонных конструкций перед известными технологиями создания фундаментов в подземном строительстве следует отнести:

- высокая производительность работ (так, например, скорость создания противофильтрационной завесы при самых неблагоприятных условиях работы для выпускаемого оборудования составляет не менее 8 м²/ч);

- отсутствие динамических нагрузок на фундаменты близко расположенных зданий и сооружений, в отличие от забивания железобетонных свай;

- возможность работы в стесненных условиях - внутри зданий, горных выработок, подвальных помещений и т.д. В подобных случаях необходимо применять малогабаритные переносные буровые машины с вынесенным на удобное расстояние бетонно-насосным узлом.

В общем случае комплект технологического оборудования, необходимого для реализации технологии СЦГ состоит из следующих элементов:

- буровая установка;

- станция приготовления водоцементного раствора;

- водоцементный насос высокого давления.

Причем, особого внимания заслуживает именно буровая установка, к которой предъявляются специфические технологические требования. В то же время, остальные части комплекса оборудования, а именно, станция приготовления водоцементного раствора и водоцементный насос высокого давления выпускаются серийно как за рубежом, так и на отечественных предприятиях. Так в России, для нужд нефтяной промышленности, уже несколько десятилетий выпускаются станции приготовления водоцементного раствора и насосы высокого давления, обеспечивающие подачу водоцементного раствора к потребителю с давлением до 65 МПа. Данное оборудование может устанавливаться заводом-изготовителем на шасси полноприводных грузовых автомобилей, что особенно удобно для промышленной реализации технологии СЦГ.

Применение же серийно выпускаемых буровых установок для использования в составе комплекта оборудования СЦГ невозможно по ряду причин, основными из которых являются следующие:

- податчик буровой установки должен быть оснащен дополнительным устройством автоматизированного подъема буровой колонны с заданной скоростью, что является основным требованием для гарантированного качества работ в однородных грунтах - устройства колонн без разрывов, постоянным диаметром и необходимым содержанием цемента в единице объема грунта;

- водоцементный раствор к струеформирующим устройствам должен нагнетаться под высоким давлением по буровому ставу; обычная конструкция бурового става не обладает достаточной прочностью, а его соединения - герметичностью;

- необходимо наличие гидросъемника высокого давления - узла, через который водоцементный раствор, поступает из неподвижной высоконапорной магистрали во внутрь вращающейся буровой колонны; причем данная конструкция должна обеспечивать работу высоконапорных уплотнений в условиях интенсивного абразивного износа в течение заданного ресурса.

Экспериментальный образец бурового станка был изготовлен на одном из машиностроительных предприятий Тульской области.

Разработанный буровой станок предназначен для работы в комплекте с станцией приготовления водоцементного раствора и водоцементным насосом высокого давления отечественного производства. В конструкции бурового станка применены оригинальные технические решения, в том числе и защищенные патентами Российской Федерации.

Основной отличительной особенностью бурового станка для создания грунтобетонных свай методом СЦГ являются его малые габариты и масса, которые позволяют перемещать его по строительной площадке вручную, работать в стесненных условиях, в том числе из подвальных помещений или горных выработок, использовать станок в качестве навесного оборудования для горных или строительных машин.

2. Разработка элементов бурового става

Буровой став предназначен для навешивания на существующие буровые установки, обеспечивающие режимы работы, соответствующие технологии ГСЦ горных пород. Например, для оснащения разработанным буровым ставом подходят машины СБГ-2, СБГ-3 и СБГ-3210, разработанные ООО «НИТЕП» и производимые ОАО «Скуратовский экспериментальный завод».

Основное преимущество буровых станков СБГ-2, СБГ-3 заключается в их незначительных габаритах и массе при относительно высоких технологических возможностях и умеренной цене. То, что данные станки выпускаются во взрывобезопасном исполнении, а также что они выполнены по блочной схеме (с разнесением бурового оборудования и приводной маслостанции) позволяет их успешно применять в стесненном рабочем пространстве, в частности, в условиях подземных горных выработок.

Буровой став для выполнения работ по закреплению массива неустойчивых горных пород методом ГСЦ состоит из следующих элементов:

- гидросъемник;

- буровые штанги (количество которых зависит от длины закрепляемого массива горных пород);

- гидромонитор (ГСЦ инструмент).

2.1 Буровая штанга

Буровая штанга предназначена для передачи крутящего момента и осевого усилия от вращателя бурового станка к механическому буровому инструменту и гидромонитору, а также для передачи высоконапорной водоцементной суспензии от гидросъемника к гидромонитору при СЦГ и промывочного раствора от гидросъемника к механическому буровому инструменту при бурении пилотной скважины.

Количество буровых штанг зависит от длины закрепляемого массива горных пород.

Буровая штанга состоит из двух соосно расположенных толстостенных труб 1 и 2 относительное перемещение которых в радиальном направлении сдерживается эластичными втулками 3, расположенными в непосредственной близости от торцевых срезов труб. Внешняя труба 1 имеет резьбовые концы с ленточной специальной резьбой (один из концов с внутренней резьбой, другой с наружной). При помощи резьбовых соединений буровые штанги соединяются между собой, для получения буровой колонны требуемой длины, а также с гидросъемником и гидромонитором. Передача крутящего момента и осевого усилия осуществляется через внешнюю трубу 1. Внутренняя труба 2 предназначена для передачи высоконапорной водоцементной суспензии при СЦГ и промывочного раствора при бурении пилотной скважины. Для герметизации стыков между буровыми штангами и другими элементами бурового става (гидросъемником и гидромонитором) была разработана оригинальная конструкция уплотнения, заключающаяся в обеспечении контакта сферического конца (наружная сфера) одной трубы 2 с коническим концом ответной трубы (внутренний конус). Регламентированное превышение длины трубы 2 над длиной трубы 1 компенсируется продольным изгибом трубы 2 в пределах пластической деформации материала.

2.2 Гидросъемник

Гидросъемник предназначен для передачи высоконапорной водоцементной суспензии от питающего трубопровода внутрь вращающейся буровой колонны при осуществлении ГСЦ горных пород, а также низконапорного промывочного раствора при бурении пилотной скважины.

Гидросъемник состоит из следующих основных элементов: вала, в котором находится канал для подачи водоцементной суспензии во внутрь буровой колонны, уплотнительных манжет, крышки, втулок, которые прижимаются с помощью болтов к манжетам,

Работа гидросъемника осуществляется следующим образом: водоцементная суспензия подается от водоцементного насоса высокого давления в канал гидросъемника под давлением в 60 МПа, а затем в трубопровод буровой штанги. На конце вала разработана наружная сфера для герметизации стыков с внутренней трубой буровой штанги.

Список используемой литературы

1. Брылов С. А. «Бурение шурфов и скважин самоходными и передвижными установками», 1979.

2. Башта Т. М. «Машиностроительная гидравлика». Справочное пособие, 1971.

3. Сборник научных трудов. Статья: «К вопросу о создании высокомобильного оборудования для струйной цементации грунтов», Головин К. А.

Размещено на Allbest.ru