Способ роторно-турбинного бурения
Владельцы патента RU 2291266:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный университет" (RU)
Изобретение относится к горному оборудованию и может быть использовано при сооружении противофильтрационных завес, строительстве фундаментов или «стен в грунте», бурении скважин большого диаметра при ведении работ по гидродобыче полезных ископаемых. Техническая задача - получение ровной и гладкой поверхности стенок выработки, увеличение за счет этого полезной площади в сечении выработки и получение завес с равномерной водонепроницаемостью. Способ роторно-турбинного бурения включает спуск рабочего органа, состоящего из турбобуров с породоразрушающим инструментом, гидроподачу рабочего органа и вращение породоразрушающего инструмента вокруг собственных осей, выравнивание стенок выработки и удаление продуктов разрушения. При этом непосредственно в процессе бурения производят одно-, двух- или n-ступенчатое срезание междолотных выступов, а также дополнительное измельчение и перемешивание разрушенной породы при помощи резцов и скоб баровых цепей, установленных с возможностью движения вокруг шпинделей турбобуров. Причем баровые цепи устанавливают на звездочках с диаметром одинаковой величины или с диаметром разной величины, увеличивающимся снизу вверх. При этом на одном из шпинделей устанавливают звездочки с жесткой фиксацией относительно шпинделя, а на другом - с возможностью вращения. При бурении скважины большого диаметра производят вращение рабочего органа вокруг центральной оси. 3 ил.
Изобретение относится к горному оборудованию и может быть использовано при сооружении противофильтрационных завес, строительстве фундаментов или «стен в грунте», бурении скважин большого диаметра при ведении работ по гидродобыче полезных ископаемых.
Известен способ роторно-турбинного бурения, включающий вращение долот вокруг собственных осей с помощью турбобуров, осевую подачу с колебательными движениями, удаление разрушенной породы промывочной жидкостью (А.С. СССР №1701925, Е 21 D 1/00). Недостатком данного устройства является то, что при использовании его для сооружения противофильтрационных завес в стенках выработки остаются междолотные выступы, что приводит к сужению самой выработки, уменьшению полезной площади в ее сечении.
За прототип выбран способ, осуществляемый устройством для проходки горных выработок по А.С. СССР №1599487, Е 02 D 5/20, включающий гидроподачу, вращение породоразрушающих инструментов, выравнивание стенок выработки за счет периодического прилегания системы распора к стенкам выработки, удаление продуктов разрушения.
Недостатком способа, осуществляемого данным устройством, является то, что он применим при сооружении водонепроницаемых завес только в мягких породах, т.к. междолотные выступы, образующиеся при бурении, вдавливают в стенки горной выработки посредством системы распора. Причем данную операцию выполняют периодически, что приводит к невозможности получить достаточно ровную и гладкую поверхность стенок выработки и в дополнение увеличивает затраты времени на ее проходку. Кроме того, при сооружении противофильтрационных завес с использованием пленочных экранов ребристая поверхность стенок выработки может нарушать целостность пленок, а при использовании в качестве противофильтрационных завес глинистых, бетонных или железобетонных стен невозможно создать стенку с равномерной водонепроницаемостью.
Задачей предлагаемого изобретения является получение ровной и гладкой поверхности стенок выработки, увеличение за счет этого полезной площади в сечении выработки и получение завес с равномерной водонепроницаемостью.
Задача решается за счет того, что междолотные выступы, образующиеся во время проходки выработки, удаляют путем срезания их при помощи режущих баровых цепей, установленных на шпинделях с возможностью вращения вокруг двух или трех турбобуров, расположенных по соседству. Такое техническое решение позволяет не только получить ровные и гладкие стенки выработки, но и повысить скорость проходки за счет того, что процесс бурения будет непрерывным, а также активизировать процесс очистки выработки благодаря дополнительному воздействию баровых цепей (измельчению и перемешиванию разрушенной породы). Кроме того, благодаря воздействию баровых цепей сокращается до минимума опасность прихвата рабочего органа. При сооружении водонепроницаемых завес шириной от 0,5 до 1,0 метра максимальная величина размера междолотных выступов может достигать 60-90 мм, что может приводить к снижению эффективности срезания их баровыми цепями, особенно при работе в твердых породах. В этом случае задача решается за счет того, что срезание осуществляют ступенчато, т.е. используют несколько баровых цепей, надетых на звездочки, диаметр которых изменяется в сторону увеличения снизу вверх.
Отличительными признаками заявляемого способа является то, что при помощи резцов и скоб баровых цепей, установленных на звездочках с возможностью вращения вокруг шпинделей турбобуров:
- непосредственно в процессе бурения производят одноступенчатое, двухступенчатое или n-ступенчатое срезание междолотных выступов, что позволяет сразу получить ровные и гладкие стенки выработки;
- дополнительно измельчают и перемешивают разрушенную породу, что позволяет активизировать очистку призабойной зоны и удаление продуктов разрушения при сооружении противофильтрационных завес, когда производят вращение только породоразрушающих инструментов, и скважин большого диаметра, для получения которых рабочий орган производит дополнительное вращение вокруг своей центральной оси;
- двухступенчатое или n-ступенчатое срезание междолотных выступов осуществляют при сооружении в твердых породах водонепроницаемых завес шириной свыше 0,5 метра за счет того, что на шпинделях турбобуров для баровых цепей устанавливают дополнительные звездочки, диаметр которых увеличивается снизу вверх. Такое техническое решение позволяет без дополнительных затрат получить гладкие стенки выработки в породах любой твердости.
Сооружение ровных и гладких стенок противофильтрационных завес и противофильтрационных экранов особенно важно в сложных геологических условиях при строительстве плотин, метрополитенов и др. Так как при последующем строительстве отпадает необходимость зачистки стенок, обеспечивается устойчивость и повышение противофильтрационных характеристик, а следовательно, достигается более высокая надежность и долговечность сооружений. Кроме того, при тампонировании или бетонировании завес, сооруженных с помощью предлагаемого способа, может быть достигнута более равномерная подача тампонажных или бетонных материалов и их послойная укладка, т.е. обеспечивается более качественное выполнение тампонажных работ всего процесса заполнения выработок противофильтрационными материалами.
На фигуре 1 изображено устройство для осуществления предлагаемого способа по сооружению горной выработки в середине рабочего цикла.
На фигуре 2 изображен контур горной выработки при сооружении противофильтрационной завесы:
а) только породоразрушающими инструментами;
б) с использованием баровых цепей.
На фигуре 3 изображен способ установки баровой цепи на шпинделях турбобуров со звездочками одинакового диаметра.
Способ осуществляется следующим образом:
Рабочий орган 1 устанавливают над заданной точкой сооружаемой выработки 2.
Включают подачу промывочной жидкости, проверяют правильность направления вращения породоразрушающих наконечников 3 и движения баровых цепей 4, установленных на шпинделях 5 турбобуров 6. Причем для движения баровой цепи 4 на одном из шпинделей 5 установлена звездочка 7 с жесткой фиксацией, например, при помощи штифта 8, а на другом шпинделе 5 установлена звездочка 9 с возможностью свободного вращения вокруг шпинделя 5, что позволяет производить движение баровой цепи 4 с равномерной скоростью.
Плавно производят спуск всего рабочего органа с помощью гидроподачи и начинают сооружение выработки. Одновременно с работой породоразрушающего инструмента производится срезание междолотных выступов 10 при помощи резцов 11 и скоб 12, установленных на баровых цепях 4. Кроме того, при движении баровых цепей 4 в выработке 2 происходит активизация очистки и удаление разрушенной породы из призабойной зоны 13 за счет дополнительного измельчения и перемешивания разрушенной породы как при сооружении завес, так и при бурении скважин большого диаметра, когда рабочий орган производит одновременное вращение вокруг своей центральной оси. При сооружении в твердых породах противофильтрационных завес или экранов шириной свыше 0,5 м срезание междолотных выступов производят ступенчато за счет того, что устанавливают две или три баровые цепи на звездочках разного диаметра, причем диаметр звездочек повышается снизу вверх.
Способ роторно-турбинного бурения, согласно которому осуществляют спуск рабочего органа, включающего турбобуры с породоразрушающим инструментом, гидроподачу рабочего органа и вращение породоразрушающего инструмента вокруг собственных осей, выравнивание стенок выработки, удаление продуктов разрушения, отличающийся тем, что непосредственно в процессе бурения производят одно-, двух- или n-ступепенчатое срезание междолотных выступов, а также дополнительное измельчение и перемешивание разрушенной породы при помощи резцов и скоб баровых цепей, установленных с возможностью движения вокруг шпинделей турбобуров, причем баровые цепи устанавливают на звездочках с диаметром одинаковой величины или с диаметром разной величины, увеличивающимся снизу вверх, при этом на одном из шпинделей устанавливают звездочки с жесткой фиксацией относительно шпинделя, а на другом - с возможностью вращения, а при бурении скважины большого диаметра производят вращение рабочего органа вокруг центральной оси.
