Конструктивные схемы бурошнековых машин и оборудования на базе серийных узлов и механизмов горных машин

© Л.Е. Маметьев, Ю.В. Дрозденко, О.В. Любимов, 2009

УДК 622.24.051.52

Л.Е. Маметьев, Ю.В. Дрозденко, О.В. Любимов

КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ БУРОШНЕКОВЫХ МАШИН И ОБОРУДОВАНИЯ НА БАЗЕ СЕРИЙНЫХ УЗЛОВ И МЕХАНИЗМОВ ГОРНЫХ МАШИН

Приведена информация о машинах горизонтального шнекового бурения разработанных на базе КузГТУ и их практического применения в промышленных условиях.

Ключевые слова: бестраншейная прокладка, бурошнековое оборудование, шнековый буровой став, схема бурения.

Постановка проблемы.

Совокупность климатических, экологических, экономических, технических и социальных факторов, свойственная Кузбассу и Сибирскому региону в целом, делает технологии бестраншейной прокладки инженерных коммуникаций привлекательными с точки зрения потенциальных заказчиков оборудования и услуг.

Исследования, проводимые кафедрой горных машин и комплексов Кузбасского государственного технического университета на протяжении нескольких десятилетий, позволяют считать одним из перспективных средств реализации бестраншейных технологий комплексы бурошнекового типа.

Основой для построения комплексов бурошнекового оборудования могут являться параметры принятой и отработанной в течение ряда лет технологической схемы, предполагающей бурение прямым ходом, а, при необходимости, расширение обратным ходом горизонтальных скважин-переходов с совмещением во времени процессов бурения и крепления скважины обсадной трубой-кожухом. Типовой комплекс оборудования включает в себя:

- машинный агрегат, представляющий собой совокупность привода вращения бурового става и механизмов подачи бурошнекового инструмента на забой;

- наращиваемый шнековый буровой став, унифицированный с размерами обсадной трубы-кожуха, снабженный инструментом для разбуривания грунта;

- направляющая конструкция;

- выносное оборудование привода подачи бурошнекового инструмента, а в отдельных случаях и привода вращения бурового става;

- устройства механизации вспомогательных операций.

Возможные варианты решения. В течение ряда лет кафедрой

горных машин и комплексов КузГТУ было разработано и изготовлено на базе установки УБСР-25 и станков БГА-2, БГА-4 и БГА-2М пять машин горизонтального бурения со шнековыми буровыми ставами диаметром 0,48 м и 0,135 м. Основные сведения о технических характеристиках машин приведены в таблице. Все бурошнековые машины оснащены гидравлическими механизмами подачи и отличаются компоновочными схемами, расположением опорных элементов и гидроцилиндров перемещения.

Компоновочные схемы разработанного оборудования. Машина горизонтального бурения на базе станка УБСР-25, изготовленная для бурения горизонтальных скважин на строительных площадках треста «Уралэнергострой», во время работы устанавливается на раме, на концах которой выполнены опорные элементы, передающие при бурении реакцию забоя на стенки котлована, что позволяет создавать осевое усилие на буровом инструменте.

Аналогичную компоновочную схему имеет машина горизонтального бурения на базе станка БГА-2, предназначенная для бурения скважин диаметром 0,16 м и оснащенная шнековым буровым ставом диаметром 0,135 м.

Бурошнековыя машина на базе БГА-2 имеет устанавливаемую в специальную траншею поперечную балку, которая в процессе работы контактирует со стенкой траншеи и воспринимает нагрузку от усилия подачи. К балке крепятся цилиндры гидродомкратов, которые через удлиненные штоки передают осевое усилие вращателю, соединенному со шнековым буровым ставом и обсадной трубой. Поперечная балка способна воспринимать реакцию при бурении как прямым, так и обратным ходом инструмента.

Машина горизонтального бурения на базе станка БГА-4 имеет сваренную из швеллеров раму, состоящую из стыкуемых между собой модулей-секций. Это позволяет приспосабливаться к габаритам рабочего котлована в зависимости от условий

98

Характеристики бурошнекового оборудования

Наименование Буровые станки

параметра УБСР-25 БГА-2 БГА-4 БГА-2М СР-70М

1. Диаметр скважины, мм

- прямой ход 540 160540 160540 160540 540-1240

- обратный ход 1240,1440 840,1043, 1010,1240 840,1010, 810-1640

1240 1240,1440

2. Скорость подачи, м/мин

- прямой ход 0-1,1 02,5 0-12025 0-1,1

- обратный ход 00,8 0-1,1 0-16035

3. Мощность двигателя, кВт 275 112030 30 18530 55

4. Частота вращения шпинделя, мин-1 20 11537 27/42 35.5/51 30

5. Количество гидроцилиндров, шт. 4 2 4 4 4

6. Давление в гидросистеме, МПа 10 1032 1032 1032 32

7. Развиваемое осевое усилие, кН

- прямой ход 213 200645 294/942 368942 1200

- обратный ход 266 294/942 200645 250645 845

8. Габаритные размеры, м

- длина 3,14521 39,14 57,12 48,12 4,8,12

- ширина 1.9 12 1.4 1.42 1.42

- высота 21 1.15,1.8 20 1.65 1.65

эксплуатации, в том числе вести работы в стесненных условиях, а также более удобно при транспортировке и хранении бурошнекового оборудования. Для передачи осевого усилия в рабочем котловане оборудуются упорные стенки - на дальнем от забоя конце постельной рамы при бурении прямым ходом и на ближнем при разбуривании обратным ходом. Наличие двух скоростей у редуктора вращателя позволяет регулировать частоту вращения инструмента. Гидроцилиндры станка БГА-4 используются для механизации процесса сборки-разборки бурового става.

Машина горизонтального бурения на базе станка БГА-2М имеет такую же компоновочную схему, что и на базе станка БГА-4. Основные отличия заключаются в том, что привод вращателя имеет гидромеханическую передачу. Такое исполнение привода предохраняет его от поломок при аварийных режимах.

Буровой инструмент, использованный в процессе промышленных испытаний для бурения скважин диаметром свыше 0,5м, состоит из шнекового бурового става диаметром 0,48 м и шагом спирали 0,38 м, заключенного в обсадную колонку диаметром 0,53 м, и расширителей прямого (0,54 м) и обратного хода (0,84; 1,04; 1,24; 1,44 м). Иногда шнековый буровой став для снижения трения шнеков устанавливался и центрировался в обсадной трубе на подшипниковых опорах. Для одновременной с расширением скважины прокладки труб-кожухов машины комплектовались прицепными устройствами для стыковки первой секции кожуха с расширителем обратного хода.

Для бурения скважин диаметром 0,165 м предназначен буровой инструмент, состоящий из расширителя прямого хода диаметром 0,165 м, шнекового бурового става 0,135 м и с шагом 0,1 м, заключенного в обсадную трубу диаметром 0,160 м. Скважины такого диаметра бурились за один проход без расширения.

Для подачи жидкости в призабойную зону работы шнекового бурового става на внешней поверхности обсадной трубы может быть закреплен трубопровод. Подача жидкости при этом осуществима с помощью насоса или самотеком из специальной емкости, устанавливаемой на бровке котлована с высотой превышения напорного штуцера 23 метра относительно оси буримой скважины. Регулирование расхода жидкости может быть осуществлено дросселем.

Для подачи жидкости в зону работы расширителя возможно использование нагнетательных трубопроводов, которые

2500

Рис. 1. Схема проведения горизонтальной скважины для газопровода в г.Новокузнецке: 1 - бурошнековая установка; 2 - емкость в жидкостью; 3 -рабочий котлован; 4 - якорь; 5 - теплотрасса; 6 - бетонная опора; 7 -промежуточный котлован; 8 - свая; 9 - расширитель обратного хода; 10 -железнодорожный путь; 11 - кожух; 12 - приемный котлован

размещаются либо на внешней поверхности инвентарной обсадной трубы, либо на внешней или внутренней поверхностях основного кожуха.

Лабораторно-промышленные испытания предлагаемых компоновочных схем. Проведенные лабораторные исследования на полноразмерных стендах комплекта бурошнекового инструмента позволили оценить режимные параметры различных способов бурения горизонтальных и слабонаклонных скважин.

В дальнейшем были произведены обширные промышленные исследования различных комплектов бурового оборудования (рис. 1 и 2).

Это позволило оценить достоверность данных о процессах функционирования комплектов бурошнекового оборудования, реализующих различные способы двухэтапных технологических схем бурения, и получить обобщающие научно-технические рекомендации по режимам бурения и совершенствованию бурошнековых машин.

При проведении испытаний фиксировались: мощность, потребляемая электродвигателем вращателя; напряжение в сети; частота вращения вала электродвигателя; скорость и усилие подачи

бурового инструмента на забой. В комплект измерительной аппаратуры входил приборный комплекс для регистрации

)

б)

Рис. 2. Схема встречного последовательного бурения коммуника-ционной (а) и канализационной (б) горизонтальных скважин на шахте Романовская в г.Березовский

электрических характеристик, манометрический комплект. Определение требуемого расхода воды осуществлялось по расчету, а его установление и контроль производились путем измерения времени наполнения мерной емкости. Влажность продуктов разрушения контролировалась путем отбора и высушивания проб. Усилие подачи регулировалось с помощью предохранительного клапана насосной станции. Частота вращения

устанавливалась путем подбора звездочек цепной передачи, и переключением скоростей редуктора.

Выводы

- проверены в промышленных условиях возможности двухэтапного бурения горизонтальных скважин с удалением увлажненных продуктов разрушения из рабочих зон бурошнекового инструмента;

- проведена сравнительная оценка процессов двухэтапного бурения горизонтальных скважин с увлажнением и без увлажнения продуктов разрушения;

- определены основные энергетические, силовые характеристики и скорости двухэтапного бурения горизонтальных скважин традиционным и новым способом;

- установлены рациональные режимные параметры при двухэтапном бурении скважин различными способами;

- выявлены конструктивные недостатки и определены направления совершенствования бурошнекового оборудования для реализации новых способов бурения, шт

L.E. Mametjev, J. V. Drozdenko, O. V. Ljubimov

STRUCTURAL SCHEMES NO DIG MACHINES AND EQUIPMENT ON BASE SERIAL ASSEMBLY UNITS OF MINING MACHINES

It is given the information on machines of horizontal auger boring developed on the basis of KuzGTU and their practical application in industrial conditions.

Key words: No-trench laying, augering equipment, boring scheme.

— Коротко об авторах -----------------------------------------------

Маметьев Л.Е. - доктор технических наук, профессор,

Дрозденко Ю.В., Любимов О.В. -

ГОУ ВПО «Кузбасский государственный технический университет» oleg_lyubimov@mail.ru