RU2770485C1

RU2770485C1 - Percussion machine for drilling holes in the ground

Info

Publication number: RU2770485C1
Application number: RU2021124181A
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Коровин; Евгений Фэндусович Мирзоянов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ДИСОН"
Priority date: 2021-08-16
Filing date: 2021-08-16
Publication date: 2022-04-18

Abstract

FIELD: construction.SUBSTANCE: invention relates to the technology of construction works, namely trenchless laying of underground utilities, and can be used to obtain wells in the soil of a rectilinear trajectory. Percussion machine for drilling wells in soil contains a body with a striker located in it with the possibility of reciprocating motion and an intermediate element installed in the front part of the body. A splitter is installed in the front part of the intermediate element, made in the form of a spring-loaded anvil with the possibility of limited axial movement. A leading tube with at least one hole is installed in the front part of the body. A cavity is formed between the inner surface of the advanced tube and the outer surface of the divider.EFFECT: increased efficiency of the machine by reducing the probability of deviation of the machine from a rectilinear trajectory, reducing energy costs and increasing the rate of penetration of the well.2 cl, 4 dwg

Description

Предлагаемое решение относится к технологии производства строительных работ, а именно к бестраншейной прокладке подземных коммуникаций для получения скважин в грунте прямолинейной траектории.The proposed solution relates to the construction technology, namely trenchless laying of underground utilities to obtain wells in the soil of a rectilinear trajectory.

Известна машина ударного действия для проходки скважин в грунте по патенту РФ № 2135700 С1, опубл. 27.08.1999, включающая корпус с расположенным в нем с возможностью возвратно-поступательного движения ударником, наконечник с головной частью в виде одностороннего клина, втулку с по меньшей мере одной спиралеобразной лопастью на наружной поверхности, установленную на корпусе с возможностью вращения, и устройство для соединения и разъединения втулки с корпусом, при этом втулка, выполненная за одно целое с наконечником, установлена на головной части корпуса, выполненной в виде его ступени меньшего диаметра, а наружный диаметр втулки с наконечником не больше наружного диаметра корпуса.Known percussion machine for drilling wells in the ground according to the patent of the Russian Federation No. 2135700 C1, publ. 08/27/1999, including a housing with a striker located in it with the possibility of reciprocating motion, a tip with a head part in the form of a one-sided wedge, a bushing with at least one spiral-shaped blade on the outer surface, mounted on the housing with the possibility of rotation, and a device for connecting and separating the sleeve from the body, while the sleeve, made in one piece with the tip, is installed on the head part of the body, made in the form of its step of a smaller diameter, and the outer diameter of the sleeve with the tip is not greater than the outer diameter of the body.

Общими признаками аналога и предлагаемого технического решения являются: корпус с расположенным в нем с возможностью возвратно-поступательного движения ударником.The common features of the analogue and the proposed technical solution are: a body with a drummer located in it with the possibility of reciprocating motion.

Недостатком данной машины ударного действия для проходки скважин в грунте является наличие наконечника с головной частью в виде одностороннего клина, что будет приводить к отклонению траектории скважины при проходке прямых участков. При этом втулка с по меньшей мере одной спиралеобразной лопастью на наружной поверхности, установленная на корпусе с возможностью вращения, не обеспечивает требуемой скорости вращения наконечника с головной частью в виде одностороннего клина при движении машины на прямом участке, что будет приводить к движению машины по спиральной траектории.The disadvantage of this percussion machine for drilling wells in the ground is the presence of a tip with a head part in the form of a one-sided wedge, which will lead to a deviation of the well trajectory when driving straight sections. At the same time, the sleeve with at least one spiral-shaped blade on the outer surface, mounted on the body with the possibility of rotation, does not provide the required rotation speed of the tip with the head part in the form of a one-sided wedge when the machine moves in a straight section, which will lead to the movement of the machine along a spiral path .

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является машина ударного действия для проходки скважин в грунте и им подобных работ (варианты) по патенту РФ № 2134745 С1, опубл. 20.08.1999, включающая корпус с расположенным в нем с возможностью возвратно-поступательного движения ударником, промежуточный элемент с закрепленным на его передней части с возможностью ограниченного углового перемещения наконечником, первую пару поверхностей указанных промежуточного элемента и наконечника, охватываемая из которых выполнена сферической, и вторую пару поверхностей этих элементов, образованную при контакте их торцов, при этом промежуточным элементом является корпус со ступенью меньшего диаметра на передней части, при этом сферическая поверхность первой пары поверхностей выполнена на указанной ступени корпуса, скользяще входящей во внутреннюю полость наконечника, образованную цилиндрической поверхностью первой пары поверхностей, а вторая пара поверхностей образована передним торцом корпуса и дном полости наконечника.The closest in technical essence and set of essential features is a percussion machine for drilling wells in the ground and similar works (options) according to the patent of the Russian Federation No. 2134745 C1, publ. 08/20/1999, including a body with a striker located in it with the possibility of reciprocating motion, an intermediate element with a tip fixed on its front part with the possibility of limited angular movement, the first pair of surfaces of the said intermediate element and the tip, the male of which is made spherical, and the second a pair of surfaces of these elements, formed by contact of their ends, while the intermediate element is a body with a step of smaller diameter on the front part, while the spherical surface of the first pair of surfaces is made on the specified step of the body, slidingly entering the inner cavity of the tip formed by the cylindrical surface of the first pair surfaces, and the second pair of surfaces is formed by the front end of the housing and the bottom of the tip cavity.

Общими признаками прототипа и предлагаемого технического решения являются: корпус с расположенным в нем с возможностью возвратно-поступательного движения ударником и промежуточный элемент.The common features of the prototype and the proposed technical solution are: a body with a drummer located in it with the possibility of reciprocating motion and an intermediate element.

Недостатком данной машины ударного действия для проходки скважин в грунте и им подобных работ является малое сечение сквозного осевого канала наконечника и отверстий в корпусе для сообщения с закорпусным пространством, что может привести к их закупориванию при проходке по грунтам с наличием включений, повышению лобового сопротивления, снижению скорости проходки и эффективности работы машины.The disadvantage of this percussion machine for drilling wells in the ground and similar works is the small cross section of the through axial channel of the tip and holes in the housing for communication with the outer space, which can lead to clogging when driving through soils with inclusions, increase drag, reduce penetration rate and machine efficiency.

Кроме того, при работе машины весь вырезаемый наконечником грунт будет поступать в малое сечение сквозного осевого канала наконечника, это будет способствовать переуплотнению грунта, в этой зоне, после чего этот уплотненный грунт через малые отверстия в наконечнике поступает в закорпусное пространство и там вдавливается в стенки скважины, тем самым энергия удара машины тратится сначала на уплотнение грунта при проходе через осевое отверстие наконечника, после чего происходят затраты энергии на вдавливание этого грунта в стенки скважины. Что повышает расход энергии на перемещение и уплотнение грунта, тем самым снижается скорость проходки скважины и эффективность работы машины.In addition, during the operation of the machine, all the soil cut out by the tip will enter a small section of the through axial channel of the tip, this will contribute to overconsolidation of the soil in this zone, after which this compacted soil through small holes in the tip enters the casing space and is pressed into the well walls there , thus, the impact energy of the machine is first spent on compacting the soil when passing through the axial hole of the tip, after which energy is spent on pressing this soil into the borehole walls. This increases the energy consumption for moving and compacting the soil, thereby reducing the speed of drilling a well and the efficiency of the machine.

Помимо этого, при встрече машины с препятствием и отклонении наконечника в какую-либо сторону, уплотненный грунт может заполнить внутреннее пространство ступени корпуса меньшего диаметра, тем самым препятствуя возвращению наконечника в первоначальное положение и способствуя отклонению машины от прямолинейной траектории. Тем самым снижая эффективность работы машины при проходке скважины по прямой траектории.In addition, when the machine encounters an obstacle and the tip deviates in any direction, the compacted soil can fill the inner space of the body stage of a smaller diameter, thereby preventing the tip from returning to its original position and contributing to the deviation of the machine from a rectilinear trajectory. Thereby reducing the efficiency of the machine when driving a well in a straight path.

Проблемы заключаются в повышении эффективности работы машины за счет снижения вероятности отклонения машины от прямолинейной траектории, снижения затрат энергии и увеличения скорости проходки скважины за счет уменьшения лобового сопротивления и сил трения о стенки скважины.The problems lie in increasing the efficiency of the machine by reducing the probability of the machine deviating from a rectilinear trajectory, reducing energy costs and increasing the speed of drilling a well by reducing drag and friction forces against the walls of the well.

Решение проблемы достигается тем, что в машине ударного действия для проходки скважин в грунте, включающей корпус с расположенным в нем с возможностью возвратно-поступательного движения ударником и установленный в передней части корпуса промежуточный элемент согласно техническому решению в передней части промежуточного элемента, выполненного в виде подпружиненной наковальни с возможностью ограниченного осевого перемещения, установлен рассекатель, а в передней части корпуса установлена опережающая трубка с по меньшей мере одним отверстием, при этом между внутренней поверхностью опережающей трубки и наружной поверхностью рассекателя образована полость.The solution to the problem is achieved by the fact that in a percussion machine for drilling wells in the ground, including a body with a striker located in it with the possibility of reciprocating motion and an intermediate element installed in the front part of the body according to the technical solution in the front part of the intermediate element, made in the form of a spring-loaded anvils with the possibility of limited axial movement, a divider is installed, and a leading tube with at least one hole is installed in the front part of the body, while a cavity is formed between the inner surface of the leading tube and the outer surface of the divider.

Указанная совокупность признаков позволяет, в отличие от известных решений, избежать отклонения машины от заданной траектории при её движении на прямолинейном участке, поскольку в передней части корпуса установлена опережающая трубка, которая при встрече с препятствием или с прочными включениями будет способствовать их разрушению под действием ударной нагрузки ударника, дальнейшему дроблению включений внешней рабочей поверхностью рассекателя в образованной полости между внутренней поверхностью опережающей трубки и наружной поверхностью рассекателя, и вдавливание включений в стенки скважины через по меньшей мере одно отверстие в опережающей трубке под действием той же ударной нагрузки, при этом машина в скважине будет центрироваться внешней частью корпуса и опережающей трубки на большем базовом расстоянии, тем самым улучшая точность и прямолинейность проходки скважины и эффективность работы машины.The specified set of features allows, unlike known solutions, to avoid the deviation of the machine from a given trajectory when it moves in a straight section, since a leading tube is installed in the front of the body, which, when it encounters an obstacle or solid inclusions, will contribute to their destruction under the action of a shock load impactor, further crushing of the inclusions by the outer working surface of the divider in the formed cavity between the inner surface of the leading tube and the outer surface of the divider, and pressing the inclusions into the well walls through at least one hole in the leading tube under the action of the same shock load, while the machine in the well will be centered by the outer part of the body and the leading tube at a larger base distance, thereby improving the accuracy and straightness of the hole and the efficiency of the machine.

Образованная между внутренней поверхностью опережающей трубки и наружной поверхностью рассекателя полость при прохождении через неё грунта и его уплотнении согласно эффекта перераспределения влажности способствует увеличению влажности грунта на периферии, направлению увлажненного грунта внешней рабочей поверхностью рассекателя на наружную поверхность корпуса, тем самым снижая силу его трения о грунт, увеличивая скорость проходки скважины и эффективность работы машины.The cavity formed between the inner surface of the leading tube and the outer surface of the divider during the passage of soil through it and its compaction, according to the effect of redistribution of moisture, contributes to an increase in soil moisture at the periphery, the direction of moistened soil by the outer working surface of the divider to the outer surface of the housing, thereby reducing the force of its friction on the ground , increasing the rate of penetration of the well and the efficiency of the machine.

Целесообразно промежуточный элемент устанавливать в корпусе неподвижно, а в его передней части устанавливать рассекатель и опережающую трубку с по меньшей мере одним отверстием, при этом между внутренней поверхностью опережающей трубки и наружной поверхностью рассекателя образовывать полость, что упрощает и удешевляет производство машины, и как следствие повышает эффективность её работы.It is advisable to install the intermediate element in the housing motionlessly, and install a divider and a leading tube with at least one hole in its front part, while forming a cavity between the inner surface of the leading tube and the outer surface of the divider, which simplifies and reduces the cost of machine production, and as a result increases the efficiency of her work.

Целесообразно опережающую трубку выполнить с головной частью в виде клина, что позволит более эффективно с меньшими энергозатратами внедряться машине в грунт и разрушать попадающиеся на её пути препятствия, тем самым увеличивая скорость проходки скважины, и как следствие, повышая эффективность работы машины.It is advisable to make the leading tube with a wedge-shaped head, which will allow the machine to penetrate into the ground more efficiently with less energy consumption and destroy obstacles in its path, thereby increasing the speed of drilling the well, and as a result, increasing the efficiency of the machine.

Целесообразно внешнюю рабочую поверхность рассекателя выполнять с различными углами и формой в зависимости от физико-механических свойств грунтов, что позволит с наименьшими энергозатратами направлять грунт на наружную поверхность машины и вдавливать его в стенки скважины, что повысит скорость проходки скважины и как следствие эффективность работы машины.It is advisable to make the outer working surface of the divider with different angles and shapes depending on the physical and mechanical properties of the soil, which will allow directing the soil to the outer surface of the machine and pressing it into the borehole walls with the least energy consumption, which will increase the speed of drilling the well and, as a result, the efficiency of the machine.

Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения машины ударного действия для проходки скважин в грунте и чертежами фиг. 1-4, где на фиг. 1 изображена конструктивная схема исполнения предлагаемого решения, на фиг. 2 - конструктивная схема исполнения с неподвижно установленным рассекателем в корпусе, на фиг. 3 - пример исполнения опережающей трубки с головной частью в виде клина, на фиг. 4 - варианты исполнения внешней рабочей поверхности рассекателя с различными углами и формой в зависимости от физико-механических свойств грунтов.The essence of the technical solution is illustrated by an example of a specific design of a percussion machine for drilling holes in the ground and drawings of Fig. 1-4, where in Fig. 1 shows a structural diagram of the proposed solution, Fig. 2 - structural diagram of the execution with a fixed divider in the housing, in Fig. 3 - an example of the execution of a leading tube with a wedge-shaped head, in Fig. 4 - versions of the outer working surface of the divider with different angles and shapes, depending on the physical and mechanical properties of soils.

Машина ударного действия для проходки скважин в грунте (далее - машина), выполненная в виде ударного механизма, состоит из корпуса 1, расположенным в нем с возможностью возвратно-поступательного движения ударником 2, установленным в передней части корпуса 1 промежуточным элементом 3 с пружиной 4. В передней части корпуса 1 установлена опережающая трубка 5 с головной частью 6 и отверстиями 7. Также в передней части промежуточного элемента установлен рассекатель 8 с внешней рабочей поверхностью 9. Между внутренней поверхностью 10 опережающей трубки 5 и внешней рабочей поверхностью 9 рассекателя 8 образована полость 11.The percussion machine for drilling wells in the ground (hereinafter referred to as the machine), made in the form of a percussion mechanism, consists of a body 1, located in it with the possibility of reciprocating movement of the striker 2, installed in the front part of the body 1 by an intermediate element 3 with a spring 4. A leading tube 5 with a head part 6 and holes 7 is installed in the front part of the body 1. A divider 8 with an external working surface 9 is also installed in the front part of the intermediate element. A cavity 11 is formed between the inner surface 10 of the leading tube 5 and the outer working surface 9 of the divider 8.

Машина работает следующим образом. При подаче энергоносителя в машину (фиг. 1) ударник 2 совершает возвратно-поступательные движения посредством распределительной системы (на фиг. не показано), в результате чего он наносит удары сначала по хвостовику промежуточного элемента 3, в результате, так как он имеет возможность ограниченного возвратно-поступательного движения, промежуточный элемент 3 совместно с рассекателем 8 продвигаются вперед, сжимая при этом пружину 4 и внедряясь в грунт, при этом наружной рабочей поверхностью 9 рассекателя 8 грунт направляется на наружную поверхность корпуса 1 и вдавливается в стенки скважины. Далее ударник 2, продолжая движение вперед, наносит удар по корпусу 1 машины. В свою очередь через корпус 1 удар передается опережающей трубке 5, которая внедряется в грунт, образуя при этом скважину. После нанесения удара ударник 2 отскакивает и посредством энергоносителя совершает обратный ход, при этом промежуточный элемент 3 совместно с рассекателем 8 под действием пружины 4 возвращаются в свое исходное положение. Цикл повторяется. В результате этого машина продвигается по скважине.The machine works as follows. When an energy carrier is supplied to the machine (Fig. 1), the drummer 2 performs reciprocating movements through the distribution system (not shown in Fig.), as a result of which it first strikes the shank of the intermediate element 3, as a result, since it has the ability to reciprocating motion, the intermediate element 3 together with the divider 8 move forward, while compressing the spring 4 and penetrating into the soil, while the outer working surface 9 of the divider 8, the soil is directed to the outer surface of the housing 1 and is pressed into the walls of the well. Further, the drummer 2, continuing to move forward, strikes the body 1 of the machine. In turn, through the body 1, the blow is transmitted to the advanced tube 5, which is introduced into the ground, thus forming a well. After striking, the drummer 2 bounces off and, by means of the energy carrier, makes a reverse stroke, while the intermediate element 3, together with the divider 8, returns to its original position under the action of the spring 4. The cycle is repeated. As a result, the machine moves along the well.

При встрече машины с препятствием, оно разрушается головной частью 6 опережающей трубки 5 под действием ударной нагрузки. Разрушенные частицы попадают в полость 11, образованную между внутренней поверхностью 10 опережающей трубки 5 и внешней рабочей поверхностью 9 рассекателя 8, после чего эти крупные частицы доразрушаются рассекателем 8 внутри полости 11, тем самым, не давая машине оттолкнуться от препятствия и изменить траекторию движения. Далее измельченные частицы направляются через отверстия 7 в опережающей трубке 5 на наружную поверхность корпуса 1 и вдавливаются в стенки скважины. При этом отклонения машины от прямолинейной траектории не происходит за счет того, что машина центрируется в скважине на большем базовом расстоянии по внешней части корпуса 1 и опережающей трубки 5. При движении машины в скважине грунт попадая в полость 11, образованную между внутренней поверхностью 10 опережающей трубки 5 и наружной поверхностью 9 рассекателя 8, уплотняется и в нем под действием ударной нагрузки происходит перераспределение влаги, которая сосредотачивается на большем диаметре, и после под действием внешней рабочей поверхности 9 рассекателя 8 уплотняется в стенки скважины образуя слой с повышенной влажностью. Машина двигается в скважине с меньшим коэффициентом трения о грунт.When the machine encounters an obstacle, it is destroyed by the head part 6 of the advanced tube 5 under the impact load. The destroyed particles fall into the cavity 11 formed between the inner surface 10 of the leading tube 5 and the outer working surface 9 of the divider 8, after which these large particles are further destroyed by the divider 8 inside the cavity 11, thereby preventing the machine from pushing off the obstacle and changing the trajectory of movement. Next, the crushed particles are directed through the holes 7 in the advance tube 5 to the outer surface of the housing 1 and are pressed into the borehole walls. In this case, the machine does not deviate from a rectilinear trajectory due to the fact that the machine is centered in the well at a greater base distance along the outer part of the body 1 and the advanced tube 5. When the machine moves in the well, the soil gets into the cavity 11 formed between the inner surface 10 of the advanced tube 5 and the outer surface 9 of the divider 8, is compacted and in it, under the action of a shock load, moisture is redistributed, which is concentrated on a larger diameter, and then, under the action of the outer working surface 9 of the divider 8, it is compacted into the well walls forming a layer with high humidity. The machine moves in the well with a lower coefficient of friction on the ground.

Машина (фиг. 2) работает аналогично описанной выше, при этом ударник 2 наносит удар по промежуточному элементу 3, который в свою очередь передает ударные импульсы опережающей трубке 5, рассекателю 8, а также увлекает за собой корпус 1 машины.The machine (Fig. 2) operates similarly to that described above, while the drummer 2 strikes the intermediate element 3, which in turn transmits shock pulses to the leading tube 5, the divider 8, and also drags the body 1 of the machine.

Внешняя рабочая поверхность 9 рассекателя 8, выполненная в различной конфигурации (фиг. 4), позволяет наиболее рационально использовать подводимую энергию удара при проходке скважин в грунтах с различными физико-механическими свойствами.The outer working surface 9 of the divider 8, made in various configurations (Fig. 4), allows the most rational use of the input impact energy when drilling wells in soils with different physical and mechanical properties.

Claims

1. Машина ударного действия для проходки скважин в грунте, включающая корпус с расположенным в нем с возможностью возвратно-поступательного движения ударником и установленный в передней части корпуса промежуточный элемент, отличающаяся тем, что в передней части промежуточного элемента, выполненного в виде подпружиненной наковальни с возможностью ограниченного осевого перемещения, установлен рассекатель, а в передней части корпуса установлена опережающая трубка с по меньшей мере одним отверстием, при этом между внутренней поверхностью опережающей трубки и наружной поверхностью рассекателя образована полость.1. The percussion machine for drilling wells in the ground, including a housing with a striker located in it with the possibility of reciprocating motion and an intermediate element installed in the front of the housing, characterized in that in the front of the intermediate element, made in the form of a spring-loaded anvil with the possibility of limited axial movement, a divider is installed, and a leading tube with at least one hole is installed in the front part of the body, while a cavity is formed between the inner surface of the leading tube and the outer surface of the divider.

2. Машина ударного действия для проходки скважин в грунте по п. 1, отличающаяся тем, что опережающая трубка выполнена с головной частью в виде клина.2. An impact machine for drilling wells in the ground according to claim 1, characterized in that the leading tube is made with a head in the form of a wedge.