УСТРОЙСТВО ГОРИЗОНТАЛЬНО НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ С ИЗМЕНЯЕМЫМ НАПРАВЛЕНИЕМ ДВИЖЕНИЯ

Техническое решение относится к горному делу и строительству, а именно к технологии направленного горизонтального бурения скважин заданной траектории в грунте, и может найти применение при прокладке и ремонте подземных коммуникаций.
Известно устройство для управления рабочим органом установки горизонтального бурения по авт. свидетельству СССР №385000, E02f 5/18, E02d 17/146, E21b 7/06, опубл. 29.05.1973, БИ №25, имеющее транспортный совок для грунта, выполненное с имеющими возможность перемещения клиновидными стержнями поворота, одни концы которых смонтированы на рабочем органе, а другие шарнирно соединены с двуплечим рычагом, на котором также шарнирно закреплены рамки, взаимодействующие со съемной фигурной вставкой, устанавливаемой на транспортном совке для грунта.
Общими признаками с заявляемым техническим решением являются: наличие рабочего органа (буровой головки), соединенного с корпусом через подшипниковую опору, связанную с задней опорой валом, наличие устройства управления.
Недостатком известного устройства является сложность изготовления, низкая надежность работы в случае заполнения скважины грунтом, трудоемкость извлечения и установки транспортного совка, особенно на больших расстояниях и в криволинейных скважинах, когда требуются значительные усилия для его перемещения и есть вероятность застревания транспортного совка в скважине, а также отсутствие обратной связи, вследствие чего неизвестно реальное положение рабочего органа.
Известно бурильное устройство для прокладки туннеля в грунте или породе по патенту РФ №2066357, E02F 5/18, опубл. 10.09.1996, оснащенное одним рабочим инструментом и содержащее систему защитных труб, на которую опирается бурильное устройство при продвижении его по дну туннеля, и которая содержит два регулируемых скользящих элемента. Каждый регулируемый скользящий элемент включает одну из одиночных опорных точек для системы труб, опирающейся на дно туннеля, а центр тяжести бурильной головки находится в зоне между двумя плоскостями, каждая из которых является перпендикулярной ко дну туннеля и проходит через одну из опорных точек.
Общими признаками с заявляемым техническим решением являются: наличие бурильной головки, связанной с системой защитных труб (цилиндрическим корпусом), управляющих гидроцилиндров, связанных с распределителем (распределительным устройством) и соединенных с системой защитных труб, наличие устройства для удаления отходов бурения (шнека для удаления грунта), расположенного в системе защитных труб.
Недостатком устройства является сложность изготовления, большой расход сжатого воздуха для удаления грунта, вероятные затруднения при удалении вязких, плотных грунтов и, как следствие, отказ работы устройства.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков к заявляемому техническому решению является устройство для проходки криволинейных скважин в твердых грунтах по патенту РФ №147887 на полезную модель, E02F 5/18, опубл. 20.11.2014 г, включающее головную часть и корпус, представленный в виде секций, соединенных разъемами, блок управления, связанный каналом управления с головной частью, соединенной с корпусом поворотной осью через подшипниковый узел, а с каналом управления - через преобразователь движения.
Общими признаками с заявляемым техническим решением являются: головная часть (бурильная головка), соединенная с корпусом через подшипниковый узел (опору), шнек для удаления грунта, установленный в корпусе и связанный с подшипниковым узлом, устройство управления головной частью.
Недостатком данного устройства является то, что изменение положения его головной части возможно только под углом вверх, причем для этого требуется продвижение вперед на определенное расстояние всей буровой установки, что увеличивает трудоемкость управления. Недостатками также являются сложность изготовления преобразователя движения, элементов управления. Кроме того, угол поворота головной части устройства ограничен радиальным перемещением шнека в корпусе и не фиксируется, что снижает надежность и точность управления устройством.
Проблемой является создание устройства горизонтально направленного бурения с повышенной эффективностью управления направлением проходки скважины, которая решается за счет простоты, надежности и точности управления устройством при простоте его изготовления.
Проблема решается тем, что устройство горизонтально направленного бурения с изменяемым направлением движения, включающее цилиндрический корпус, буровую головку, последовательно связанную с расположенными в цилиндрическом корпусе передней, подшипниковой, опорой, шнеком для удаления грунта и задней опорой, при этом предусмотрена связь указанной передней опоры с цилиндрическим корпусом, согласно техническому решению снабжено тремя одинаковыми гидроцилиндрами для связи передней, подшипниковой, опоры с цилиндрическим корпусом, с возможностью ее вертикального перемещения и поворота вокруг своей оси в заданных пределах, для чего два гидроцилиндра установлены на внутренней поверхности цилиндрического корпуса параллельно его вертикальной оси симметрии и симметрично относительно нее так, что верхняя плоскость этих гидроцилиндров с утопленными штоками смещена относительно горизонтальной оси симметрии цилиндрического корпуса вниз на половину величины хода штоков этих гидроцилиндров, а третий гидроцилиндр установлен на внутренней поверхности цилиндрического корпуса вверху, вдоль его вертикальной оси симметрии, причем гидроцилиндры соединены с гидронасосом через распределительное устройство.
Наличие в устройстве трех одинаковых гидроцилиндров для связи передней, подшипниковой, опоры с цилиндрическим корпусом, расположенных как указано выше, и соединенных с гидронасосом через распределительное устройство, позволяет смещать буровую головку на заранее известную фиксированную величину, что обеспечивает простоту, надежность и точность управления направлением проходки, повышая, таким образом, эффективность управления. Указанная совокупность признаков обеспечивает также простоту изготовления устройства.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется примером конкретного конструктивного исполнения устройства горизонтально направленного бурения с изменяемым направлением движения (далее - устройство) и чертежами фиг. 1-5. На фиг. 1 изображен общий вид устройства сбоку в продольном разрезе. На фиг. 2 - общий вид устройства сверху в продольном разрезе. На фиг. 3 изображена схема исходного положения гидроцилиндров при горизонтальной проходке скважины. На фиг. 4 изображена схема положения гидроцилиндров при проходке скважины с уклоном вниз, а на фиг. 5 - схема положения гидроцилиндров при проходке скважины с уклоном вверх. Масштаб перемещений на фиг. 3-5 для наглядности увеличен.
Устройство (фиг. 1, 2) включает цилиндрический корпус 1, буровую головку 2, последовательно связанную с расположенными в цилиндрическом корпусе 1 передней подшипниковой опорой 3, шнеком 4 для удаления грунта и задней подшипниковой опорой 5, при этом предусмотрена связь указанной передней опоры 3 с цилиндрическим корпусом 1, и снабжено тремя одинаковыми гидроцилиндрами 6, 7, 8 для связи передней подшипниковой опоры 3 с цилиндрическим корпусом 1 с возможностью ее вертикального перемещения и поворота вокруг своей оси в заданных пределах. Два гидроцилиндра 6, 8 установлены на внутренней поверхности цилиндрического корпуса 1 параллельно его вертикальной оси симметрии и симметрично относительно нее так, что верхняя плоскость гидроцилиндров 6, 8 с утопленными штоками смещена относительно горизонтальной оси симметрии цилиндрического корпуса 1 вниз на половину величины хода штоков гидроцилиндров 6, 8, а третий гидроцилиндр 7 установлен на внутренней поверхности цилиндрического корпуса 1 вверху вдоль его вертикальной оси симметрии, причем гидроцилиндры 6-8 соединены с гидронасосом 9 через распределительное устройство 10.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Устройство (фиг. 1, 2) помещают в забой в исходном положении (фиг. 3), когда шток гидроцилиндра 8 полностью утоплен, шток гидроцилиндра 6 полностью выдвинут, а шток гидроцилиндра 7 выдвинут наполовину. В этом положении производят нивелировку устройства по заданной траектории и подсоединяют к приводу вращательно-поступательного движения (на фиг. не показан). Вращаясь, устройство начинает разрабатывать грунт и удалять его из скважины с помощью шнека 4. В случае если обнаруживается, в том числе с помощью навигационного прибора (на фиг. не показано), что устройство отклонилось от заданной траектории, производят корректировку положения буровой головки 2. При необходимости поворота устройства вниз, гидронасосом 9 через распределительное устройство 10 создают давление в гидроцилиндре 7 и полностью выдвигают его шток (фиг. 4), при этом с гидроцилиндров 6, 8 давление сбрасывают. Таким образом, буровая головка 2 смещается вниз на половину величины хода штока гидроцилиндра 7, и устройство продолжает движение с уклоном вниз. При необходимости поворота его вверх, например, из положения фиг. 3, давление создают в гидроцилиндрах 6, 8, а с гидроцилиндра 7 давление сбрасывают: буровая головка 2 смещается вверх на половину величины хода штока гидроцилиндра 8 (как показано на фиг. 5), и устройство продолжает движение с подъемом вверх. При повороте устройства вокруг своей оси на 90° аналогично обеспечивается смещение вправо и влево.
Таким образом, используя описанное устройство, изменение направления бурения в котором производится гидроцилиндрами 6-8, легко можно проходить скважины с изменением траектории, обеспечивая простоту, надежность и точность управления направлением проходки при простоте изготовления устройства, что обеспечивает решение поставленной проблемы.