Особенности оборудования для шнекового бурения с транспортировкой разрушенной породы на поверхность шнековой колонной

Различными конструкторскими и производственными организациями разработано около 30 моделей станков для шнекового бурения, которые подразделяются на следующие основные типоразмеры, отличающиеся параметрами технической характеристики и рядом конструктивных особенностей (табл. 30).

Мотобуры и переносные станки для шнекового бурения скважин являются специфическим видом оборудования, наиболее приспособленным для работы в труднодоступных и стесненных условиях при проведении линейных инженерно-геологических изысканий и поисково-картировочных работ в связи с небольшими габаритами и весом.

Общей особенностью всех этих моделей является привод от бензинового двигателя «Дружба» мощностью 4 л. с.

Мотобуры представляют собой наиболее простой тип стайка для бурения скважин диаметром 50—100 мм на глубину не более 5—7 м.

По существу это одно- или двухскоростной редуктор, с которым непосредственно связан двигатель с центробежной муфтой сцепления. Корпус, редуктора имеет две рукоятки, которые позволяют рабочему во время бурения удерживать мотобур в необходимом положении, воспринимая крутящий момент, и осуществлять его подачу на длину шпека.

Односкоростные мотобуры обеспечивают обычное вращение шнеков со скоростью от 120—180 до 265—320 об/мин при регулировании оборотов за счет подачи топлива в двигатель.

Двухскоростные мотобуры выгодно отличаются от односкоростных тем, что позволяют более полно использовать мощность двигателя, применяя в зависимости от характера геологического разреза или глубины скважины высокие (порядка 600—650 об/мин) или пониженные (255—350 об/мин) скорости вращения. Это обстоятельство существенно повышает производительность бурения.

Вес мотобуров равен 12—17 кг.

Наибольший интерес представляет мотобур M-1, разработанным С КБ МГ России.

Этот мотобур предназначен для бурения шнеками скважин диаметром 92 мм на глубину 1,5 м и 65 мм на глубину 7—10 м.

При использовании специальных штанг и витой ромбической стали он позволяет осуществить бурение шпуров ,диаметром 43 мм

на глубину 2,0 м.

Мотобур представляет собой двухскоростной редуктор с бензодвигателем «Дружба» мощностью 4 л. с., обеспечивающий на первой скорости вращение инструмента с числом оборотов 255 в 1 мин и на второй скорости — 615 об/мин. Вес мотобура равен 15 кв.

Преимуществом M-1 по сравнению с мотосверлом MC-1 является наличие нейтрального положения шестерен, что облегчает управление мотобуром и повышает безопасность его обслуживания.

Рукоятки мотобура имеют прочные резиновые амортизаторы.

Мотобур комплектуется специальным приспособлением типа рюкзака, позволяющим переносить его за плечами в труднодоступных районах.

При шнековом бурении на мотобуре M-1 используется инструмент от мотобуров МП-1 или Д-10 в зависимости от целей и условий бурения.

Основные преимущества мотобуров M-1 по сравнению с МП-1 и Д-10 заключаются п наличии двух скоростей вращения, возможности создавать более высокие осевые нагрузки благодаря применению во вращателе радиально-упорных подшипников и прочных амортизаторов.

Долговечность коробки перемены передач в мотобурах M-1 выше, чем у МП-1 и Д-10.

В 1967 г. в Оренбургском геологическом управлении проходили сравнительные испытания мотобуров M-1, Д-10 и МП-1, результаты которых приведены в табл. 31.

Бурение производилось и основном в породах П1—IV категорий по буримости.

Болес высокие технико-экономические показатели мотобура M-1 объясняются прежде всего наличием двух скоростей вращения. Более 80% объема было пройдено при вращении инструмента со скоростью 615 об/мин.

Ila пониженную скорость (255 об/мин) переходили только при большой глубине или из-за наличия в разрезе обломочного материала.

Средняя производительность мотобуров M-1 и смену составила 38 м, максимальная достигала 83 м.

За рубежом мотобуры получили широкое распространение при проведении поисковых работ, различных почвенных исследований, при лесопосадках и некоторых видах инженерно-геологических изысканий (табл. 32).

При использовании мотобуров глубина шнекового бурения обычно не превышает 0,5—2,0 м, хотя и отдельных случаях она может достигать 5—10 м.

Максимальный диаметр бурении при использовании мотобуров составляет 200—300 мм, минимальный равен обычно 100—63 мм. Скорости вращения обычно не превышают 200 об/мин, хотя в отдельных моделях, особенно тех, которые рассчитаны на использование шнекового бурения в сочетании с бурением с промывкой, скорость вращения снаряда может достигать более 1000 об/мин. Обычно зарубежные мотобуры имеют одну скорость вращения.

Для привода мотобуров используются в основном бензодвигатели мощностью 2,5—5,5 л. с. Встречаются также мотобуры с двигателями мощностью 1,5—2,0 л. с. и 8—9 л. с.

Вес зарубежных мотобуров для шнекового бурения в большинстве случаев равен 24—37 кг; известны также более легкие (13—16 кг) и более тяжелые (44—47 кг) мотобуры.

Мотобуры для шпекового бурения обычно имеют две удлиненные рукоятки, каждая из которых удерживается при бурении одним из двух рабочих. Особенно это характерно для мотобуров, рассчитанных на бурение скважин больших диаметров и развивающих достаточно высокий крутящий момент.

За последние годы отмечена тенденция к появлению мотобуров с гидравлическим приводом, который значительно улучшает условия работы бурового мастера, так как снижает шум и вибрацию мотобура в связи с тем, что масляная станция вместе с бензиновым двигателем стоит на земле в стороне от рабочего. Общим недостатком большинства мотобуров являются сильный шум и вибрации от работы двигателя внутреннего сгорания. Проведенные Г.А. Сенькиным исследования показали, что частота колебаний рукояток мотобуров Д-10 и ПВС-ЛГТ составляет 10—25 гц при числе оборотов инструмента в пределах 100—300 об/мин, а амплитуда колебаний достигает 2—5 мм. В некоторых случаях наблюдаются более высокие частоты (до 90 гц) колебания при амплитуде порядка 0,3 мм.

Длительное пребывание человека в условиях сильного шума вызывает значительное утомление. Специальные наблюдения показали, что частота пульса рабочего при использовании мотобуров весом 15 кг изменяется в пределах 140—200 ударов в минуту при норме 70—120 ударов.

Для предотвращения травматизма рабочих при вырываний мотобура из рук размер рукояток должен соответствовать максимальному крутящему моменту на инструменте. При этом максимальное усилие для левой руки не должно превышать 8 кГ, для правой — 11 кГ, при управлении двумя руками — 24 кГ.

Во избежание опрокидывания центр тяжести мотобуров должен находиться ниже оси рукояток.

Переносные станки с приводом от бензодвигателя «Дружба» отличаются от мотобуров в основном наличием направляющих стоек, по которым перемещается вращатель, аналогичный по конструкции мотобуру, во время бурения и спуско-подъемных операции, что существенно облегчает труд бурового мастера.

Станки этого типа обеспечивают одну, две или даже три скорости вращения инструмента.

При наличии одной скорости в редукторе вращателя средние скорости вращения не превышают 70—200 об/мин при крутящем моменте более высоком, чем у мотобуров.

В установке УПБ-25 верхняя скорость (840 об/мин) предназначена в основном для использования при колонковом бурении с промывкой.

В станке ПВБСМ-15 предусмотрен трехскоростной вращатель, обеспечивающий возможность регулирования скорости инструмента в пределах 70—750 об/мин.

Подача инструмента в рассматриваемых станках осуществляется либо вручную при непосредственном нажиме бурового мастера на рукоятки вращателя, либо при помощи специального механизма. В установке УПБ-25 для этого используется канатная система с пружинным аккумулятором, в установках ПБУ-25 и Д-15 — цепная подача и в установке ПВС-10-4Т — канатная подача с лебедки. Ход подачи изменяется в пределах 1000—1500 мм.

Для облегчения спуско-подъемных операций в рассматриваемых установках обычно предусматривается ручная лебедка.

Вес переносных станков обычно изменяется в пределах 50—108 кг.

В некоторых установках за счет снижения жесткости и прочности рамы и направляющих стоек вес установок снижен до 30—31 кг.

Наиболее распространенным и универсальным отечественным перенносным станком является УПБ-25 (рис. 16), предназначенный для бурения скважин шнековым способом в мягких и рыхлых породах и колонковым с промывкой в коренных породах. Для этого в состав установки включен малогабаритный промывочный насос 1НБ-8.

Станок состоит из двухскоростного вращателя с алюминиевым корпусом с двигателем «Дружба», рамы с направляющими стойками, укосиной и пышкой с компенсатором, лебедки с механизмом подачи, и др.

Рама имеет Т-образную форму и изготавливается из профильного проката и труб. На концах рамы предусмотрены бобышки, которые позволяют крепить раму на точке при помощи специальных штырей (при снятых колесах). В передних бобышках рамы крепятся полуоси пневматических колес.

В кронштейнах, приваренных к раме, закреплены оси блоков механизма подачи, проушины укосины и основание направляющих стоек. Для натяжения верхней ветви каната при подъеме вращателя в верхнее положение предусмотрен подпружиненный ролик-компенсатор.

К корпусу вращателя при помощи болта и скобы крепятся две ветви троса, передающего усилие от лебедки и механизма подачи, с пружинным аккумулятором.

Пружины этого приспособления, находясь в сжатом состоянии, обеспечивают равномерное давление на забой при алмазном бурении и освобождают сменного мастера от необходимости непрерывно прикладывать усилие к рукояткам лебедки. Для осуществления нормального процесса бурения достаточно периодически взводить пружину аккумулятора.

К верхней части главного вала вращателя через переходник крепится промывочный сальник, необходимый для вращательного бурения с промывкой.

Лебедка станка имеет две скорости и предназначена для проведения спуско-подъемных операций и зарядки пружинного аккумулятора механизма подачи.

Прямая скорость служит для спуска и подъема инструмента, в нормальных условиях, пониженная скорость — для зарядки механизма подачи и срыва прихваченного снаряда.

Давление на забой определяется по указателю аккумулятора, шкала которого отградуирована в килограммах.

Установка легко разбирается на узлы весом до 25 кг.

При эксплуатации установки УПБ-25 на Восточно-Кураминской геологоразведочной экспедиции в Узбекистане при средней глубине скважин 11 м (максимальной 18,5 м) достигнута коммерческая скорость бурения 16,1 м в смену.

Интересен опыт картировочного бурения с промывкой при использовании легкосплавных бурильных труб, когда было пробурено более 1000 м скважин средней глубиной 45 м при максимальной глубине 80 м. При этом легкосплавные трубы поднимались вручную свечами длиной по 6 м, в то время как при использовании стальных труб длина свеч не превышала 4,5 м. Это позволило существенно повысить скорость спуско-подъемных операций.

Особенно эффективным является применение станков УПБ-25 при замене шурфов и канав при поисково-картировочных работах и труднодоступных районах.

Известно, что обводненность разрезов препятствует вскрытию коренных пород шурфами и поэтому большое количество выработок не достигает цели, что приводит к снижению качества поисково-картировочных работ.

В подобных случаях применение станков типа УПБ-25 не только способствует снижению стоимости работ, но и значительно повышает их качество.

По данным Иркутского геологического управления в одной из экспедиций только за счет замены шурфов скважинами за один сезон получена экономия 79 тыс руб.

Переносные станки с подвижным вращателем являются довольно распространенным типом оборудования за рубежом (табл. 33). Применяются эти станки при поисково-картировочных работах и инженерных изысканиях для бурения скважин шнековым и колонковым инструментом.

По данным фирм-изготовителей при использовании шнеков диаметром 76 мм глубина бурения в благоприятных условиях может достигать 15—30 м, при алмазном бурении диаметром 28—36 мм с промывкой более 50 м.

В связи с ограниченной мощностью привода и недостаточным крутящим моментом на вращателе эффективность применения станков этого типа при шнековом бурении в тяжелых грунтах на значительную глубину существенно снижается, особенно если в разрезе присутствует обломочный материал. В подобных условиях в процессе бурения необходимо осуществлять многократную расходку инструмента, что значительно снижает общую скорость углубления.

Скорости вращения инструмента чаще всего регулируются путем изменения чисел оборотов вала двигателя. В отдельных установках для этого предусмотрены двух- и даже трехскоростные коробки передач.

Нижний предел скоростей вращения в этих станках равен 70—300 об/мин, верхний обычно не превышает 600—900 об/мин, хотя в отдельных моделях может достигать 1400—2800 об/мин. В зарубежных переносных станках с подвижным вращателем так же, как и в аналогичных отечественных станках, предусмотрены простейшие канатные, цепные или рычажные механизмы подачи с ручным приводом.

Известны также станки с гидравлической подачей. Ход подачи обычно равен 1000—1800 мм. В отдельных установках он не превышает 750—1000 мм.

Станки обеспечивают возможность бурения наклонных скважин. Угол бурения обычно регулируется наклоном рамы, по направляющим которой скользит подвижный вращатель.

Подъем бурильных труб выполняют при помощи механизма подачи или вручную. Некоторые установки оснащены ручными лебедками или лебедками с гидроприводом.

Известны случаи, когда легкий переносной станок с подвижным вращателем по требованию потребителя может комплектоваться треногой с ручной лебедкой. В этом случае он может бурить более глубокие скважины.

Привод переносных станков с подвижным вращателем осуществляется от бензиновых двигателей мощностью 5,5—6,5 л. с. Реже используются двигатели мощностью 2 или 10 л. с.

По требованию заказчика вместо бензодвигателя может поставляться электромотор.

За последние годы в качестве привода портативных станков с подвижным вращателем некоторые фирмы стали применять гидравлические двигатели, получающие энергию от масляной станции, смонтированной на индивидуальной раме и устанавливаемой на земле отдельно от собственно бурового станка. На таких установках существенно улучшаются условия работы бурового персонала, и при гидравлическом приводе резко снижается действие вибраций, шума и выхлопных газов.

Вместе с тем общий вес и стоимость оборудования при этом существенно увеличиваются по сравнению с приводом от бензодвигателя за счет включения в установку масляной станции.

В некоторых установках для привода вращателя от бензинового двигателя, смонтированного на общей раме с промывочным насосом, используется гибкий вал. При такой схеме установки условия работы бурового мастера примерно аналогичны тем, которые имеют место в случае гидравлического привода.

Вес станков с бензодвигателем обычно равен 70—80 кг.

Для промывки скважин при колонковом бурении применяются легкие насосы производительностью 10—15 л/мин при давлении до 10 кГ/см2 с индивидуальными двигателями внутреннего сгорания.

Характерно, что переносные станки часто выпускаются в нескольких модификациях, максимально унифицированных друг с другом.

Так, вращатели станков «Винки» и «Пролайн» могут использоваться в качестве мотобуров для колонкового бурения на глубину 15—30 м. При комплектации их направляющими рамами или стойками с механизмом подачи максимальная глубина бурения увеличивается до 50—60 м. Поставляемая дополнительно тренога с ручной лебедкой позволяет в благоприятных условиях увеличивать глубину бурения более 100 м при использовании легкосплавных магнийциркониевых бурильных труб, вес которых по сравнению со стальными трубами в 4 раза ниже и алюминиевыми — в 2 раза.

Замена бензинового двигателя на электрический обеспечивает возможность применения таких станков в подземных выработках.

Станки «Винки» могут монтироваться также на автомобилях типа «Джип», что позволяет бурить скважины с минимальными затратами времени на монтаж-демонтаж и перевозки оборудования.

Определённый интерес представляет разборный станок типа 505А фирмы «Лонгир», выпускающийся в качестве навесного приспособления к легковым автомобилям и предназначенный для бурения скважин диаметром 76 мм в различных грунтах, в том числе и в мерзлых породах на глубину 15 м.

Станок имеет подвижный вращатель, к которому непосредственно крепится четырехтактный бензиновый двигатель мощностью 6 л. с. при 3600 об/мин, направляющую раму, вдоль которой перемещается вращатель, и цеппой механизм подачи с ручным приводом через рукоятку.

В процессе бурения рама крепится быстросъемным соединением к. бамперу легковой автомашины и нижней своей частью опирается на грунт.

При бурении шнеки проходят через специальную направляющую втулку, закрепленную на нижней части рамы, что способствует повышению устойчивости станка. Общий вес станка с двигателем, рамой и механизмом подачи составляет 112 кг.

Для перевозки станок быстро демонтируется и укладывается в багажник или кузов автомобиля.

Самоходные буровые установки для шнекового и вращательного бурения короткими рейсами являются довольно распространенным типом оборудования (табл. 34). В качестве основного метода бурения в этих установках используется шнековое бурение, которое определяет конструктивный облик и параметры установок и целом.

Вращательное бурение короткими рейсами по существу не предъявляет дополнительных требований к этим установкам, особенно если учитывать, что двигатели внутреннего сгорания за счет регулирования подачи топлива позволяют снизить при необходимости скорости вращения, указанные в паспорте станков примерно до 1,5 раза.

Наиболее распространенным типом вращателя в установках для шнекового бурения является подвижный вращатель и лишь и отдельных установках используется поднятый ротор (Булиз-15).

Среди самоходных установок для шнекового бурения можно выделить 3 основных типоразмера: легкие установки, средние и тяжелые.

Легкие установки (УРБ-1С, УРБ-1В, Булиз-15) предназначены для бурения скважин глубиной 15—30 м, диаметром 130—74 мм и обеспечивают скорости вращения в пределах 40—460 об/мин.

В установках типа УРБ используется цепная подача с ходом 1700—1800 мм с приводом от гидроцилиндров, а в установках типа Булиз — рычажно-цепная подача. Следует отметить, что такой механизм подачи для установок шнекового бурения не может быть признан удовлетворительным, так как при необходимости частой расходки шнекового става приводит к значительной утомляемости бурового мастера и не обеспечивает возможности регулирования оптимальной скорости подачи.

Спуско-подъемные операции осуществляются с помощью механизма подачи или лебедки.

В первом случае скорость подъема не превышает 0,13—0,15 м/сек, во втором достигает 0,7 м/сек.

Осуществление спуско-подъемных операций с помощью механизма подачи с небольшим ходом является приемлемым только при шнековом бурении сейсмических скважин без подъема шнековой колонны до окончания проходки скважины.

При вращательном бурении короткими, рейсами на таких установках (УРБ-1С, УРБ-1В) затраты времени на спуско-подъемные операции значительно увеличиваются в связи с подъемом труб по одной штанге длиной 1,5 м,

В установках для шнекового бурения с лебедкой бурильные трубы поднимают «свечами» длиной по 3—6 м, что способствует ускорению спуско-подъемных операций.

Установка УРБ-1С предназначена для бурения скважин тисками в труднодоступных районах, поэтому сравнительно просто разбирается на отдельные узлы.

Остальные установки являются самоходными и смонтированы на автомобилях тина ГАЗ-69, ГАЗ-63 или на вездеходе ГАЗ-47.

Осевое перемещение вращателя осуществляется двумя гидроцилиндрами подачи.

Следующая группа оборудования представлена установками Булиз-20 и УГБ50М. Установка Булиз-20 по своим параметрам аналогична установке Булиз-15, но смонтирована на автомобиле ГАЗ-63. Необходимость использования более мощного автомобиля вызвана, с одной стороны, перегрузом транспортной базы в установке Булиз-15 и, с другой, стремлением получить возможность транспортировки на буровой установке необходимого для бурения комплекта инструмента и всего состава буровой бригады, включая коллектора. Для этого на буровой установке предусматривается вторая кабина.

Установка УГБ-50М (рис. 17) предназначена для бурения скважин при гидрогеологических и инженерно-геологических изысканиях.

Основные параметры технической характеристики установки. приведены в табл. 34.

Установка имеет следующую конструкцию.

На общей сварной раме установки, прикрепленной к раме автомашины, установлен дизель Д-48Л с муфтой сцепления. Нa одной оси с дизелем расположена трехскоростная коробка передач, на которой сверху крепится лебедка станка. На конце рамы через специальную стоику и откидывающиеся кронштейны установлена мачта. По направляющим мачты передвигается рама с подвижным вращателем, крутящий момент на который передается от коробки передач через вал с двумя шпоночными пазами.

В корпусе вращателя на шариковых подшипниках установлены три косозубые шестерни, которые передают крутящий момент от вертикального вала к шпинделю вращателя. Для шнекового бурения в шпиндель вставляется патрон с шестигранным отверстием для хвостовика шпека с пальцевым соединением. При колонковом бурении в шпиндель вставляется полая ведущая штанга шестигранного сечения с резьбой для вертлюга сальника и бурильных труб.

Гидросистема установки предназначена для осуществления подачи инструмента на забой, подъема и спуска мачты.

Гидросистема включает в себя масляный насос НШ-32, встроенный в дизель Д-48Л, дроссель, которым регулируется давление в системе, гидрораспределитель Р75-В2, направляющий поток масла в цилиндры подачи или цилиндры подъема мачты.

Масляный бак крепится к лонжеронам рамы автомобиля раскосами и к раме станка кронштейнами.

Для спуска и подъема мачты служат два цилиндра двойного действия.

Для осуществления давления на забой, разгрузки инструмента при бурении и расходки инструмента используются два гидроцилиндра.

Для освобождения устья скважины при спуско-подъемных операциях вращатели отводятся в сторону.

В средней части рамы смонтирован ударный механизм, который состоит из вала с подшипниками, балансира и кривошипно-шатунного механизма. Вал ударного механизма приводится в качательное движение кривошипно-шатунным механизмом от вала лебедки. Балансир представляет собой рычаг, на котором смонтировал ролик, имеющий ходовую посадку по оси. Это позволяет ему перемещаться вдоль оси в зависимости от положения каната на лебедке. Балансир соединен с валом жестко при помощи двух шпонок.

Кривошипно-шатунный механизм состоит из кривошипа и шатуна с пружинным амортизатором.

Величина хода ролика ударного механизма обеспечивает высоту подъема инструмента в пределах 450—680 мм.

В установке УГБ-50М предусмотрен привод для промывочного насоса, который во время бурения устанавливается на грунт.

Группа более тяжелых установок, предназначенных для бурения скважин диаметром 150—250 мм на глубину 50—75 м, представлена установками ЛБУ-50, УШБ-16, УШБТ-15, УШ-2Т и ШАК-4.

Параметры технических характеристик этих установок приведены в табл. 34.

Буровая установка ЛБУ-50 (рис. 18) предназначена для шнекового, вращательного и ударно-канатного бурения гидрогеологических скважин глубиной до 50 м и шурфов на глубину до 15 м.

Особенности оборудования для шнекового бурения с транспортировкой разрушенной породы на поверхность шнековой колонной

При шнековом бурении диаметром 240 мм предусмотрено применение съемного грунтоноса.

Установка обеспечивает возможность проходки шурфов-дудок диаметром 1050 мм на глубину до 15 м.

Скорости вращения инструмента при бурении могут изменяться в пределах 14—101 об/мин.

Поршневой гидравлический механизм подачи с ходом 3250 мм развивает максимальную нагрузку на забой до 5650 кГ и максимальное усилие вверх при извлечении инструмента до 15 700 кГ.

Планетарная лебедка имеет грузоподъемность нa прямом канате до 2500 кГ и скорость навивки каната на барабан в пределах 0,47—3,43 м/ceк.

Кривошипно-шатунный механизм со свободным сбросом снаряда позволяет работать с числом ударов 15—126 в 1 мин при высоте подъема снаряда над забоем 1000 мм.

Установка комплектуется телескопической мачтой высотой 5060 мм и грузоподъемностью 5 Т.

Все оборудование смонтировано на общей раме, которая закреплена на ланжеронах автомобиля с помощью десяти стремянок через деревянные прокладки.

Установка состоит из следующих основных узлов: коробки отбора мощности, коробки передач с приводом на два маслонасоса (НШ-46 и HШ-10), конического редуктора, передающего крутящий момент на лебедку с ударным механизмом и на вращатель, тросоукладчика, углового редуктора с зубчатой муфтой включения, верхнего редуктора, вертикального вала с траверсой, на которой закреплены кронблочные ролики и подвижный вращатель.

Конический редуктор соединен с угловым при помощи карданного вала.

Коробка отбора мощности соединяется с коробкой скоростей станка, а последняя — с коническим редуктором также посредством карданных передач.

Угловой редуктор через зубчатую муфту, вертикальный вал и специальную предохранительную муфту соединяется с верхним редуктором. Включение зубчатой муфты осуществляется гидравлическим механизмом. Через трехгранное проходное отверстие редуктора проходит трехгранный вал, верхний конец которого закреплен в траверсе, а нижний в ведущей шестерне вращателя.

Вращатель шарнирно соединен с кареткой, которая перемещается при помощи гидроцилиндров механизма подачи вверх и вниз по направляющим, роль которых выполняют трубы передних ног мачты.

Штоки гидроцилиндров подачи закреплены неподвижно, а гидроцилиндры являются подвижными и соединены с траверсой мачты.

При перемещении гидроцилиндров вместе с ними перемещается каретка с вращателем, трехгранный вал и траверса. Трехгранный вал при этом проходит через трехгранное отверстие верхнего редуктора, воспринимая от него крутящий момент и передавая его на вращатель.

Траверса мачты и гидроцилиндры в верхнем выдвинутом положении образуют телескопическую часть мачты, что обеспечивает увеличение ее высоты на величину хода гидроцилиндров подачи.

Лебедка и ударный механизм установки представляют собой один узел.

Барабан лебедки монтируется на валу-шестерне на двух шариковых подшипниках. С правой стороны по ходу машины находится планетарный механизм включения барабана лебедки, а с левой — планетарный редуктор ударного механизма. Вал-шестерня барабана лебедки является солнечной шестерней планетарного редуктора ударного механизма. Водило этого редуктора сидит на шпонке на центральном валу лебедки.

Венцовая шестерня закреплена в тормозном шкиве планетарного редуктора. Тормозной шкив сидит на ступице водила на двух шариковых подшипниках.

При торможении шкива вращение передается водилу и центральному валу лебедки, на концах которого находятся кулачки, передающие вращение кривошипам ударного механизма. Свободный сброс снаряда происходит потому, что кривошипы не связаны жестко с центральным валом лебедки.

Шатуны ударного механизма имеют пружинные амортизаторы, смягчающие ударные нагрузки на лебедку.

Для правильной укладки троса на барабан лебедки предусмотрен тросоукладчик, который состоит из рычага с роликом, прижимающим канат на одном конце, и с двумя подпружиненными тягами на другом.

Установка комплектуется полой колонной шнеков диаметром 240 мм, шнеками диаметром 200 мм для бурения сплошным забоем, инструментом ударно-канатного бурения и специальным инструментом для бурения шурфов диаметром 1050 мм.

Полая колонна шнеков позволяет использовать съемный грунтонос и дает возможность установить фильтр диаметром 127 мм. Длина каждого шнека равна 2500 мм, вес — 90 кг.

Шнековая спираль навита на трубы диаметром 127 мм.

На одном конце шнеков имеется хвостовик, на другом муфта с ленточной резьбой и пазами под шпонку.

Шнеки диаметром 200 мм представляют собой трубу диаметром 89 мм, на которую приварена стальная полоса, навитая в виде спирали.

Длина рабочей части шнека равна 2500 мм, вес шнека составляет 36 кг. Для соединения шнеков используются шестигранники с отверстиями для специальных подпружиненных фиксаторов. В комплекте предусмотрен специальный шнек с усиленным концом спирали, наплавленным сормайтом или релитом, который помещается в нижней части шнековой колонны.

Шурфы проходятся специальным буром диаметром 740 мм цилиндрической формы с окнами в днище, снабженными ножами.

В верхней части бура имеются складные ножи-расширители, позволяющие проходить шурфы диаметром 1050 мм.

Подъем бура производится на канате без подъема бурильной колонны. При подъеме бура ножи-расширители входят в корпус бура, при спуске на забой специальные пружины переводит ножи в рабочее положение. Такая конструкция бура позволяет осуществлять бурение одновременно с креплением шурфа бетонными кольцами.

Для механизации уборки породы предусмотрен крап-укосина с правой стороны установки, а для механизации обсадки железобетонными кольцами — аналогичный кран-укосина с левой стороны.

Установка УШ-2Т конструкции Гипронефтемаша предназначена для бурения скважин диаметром 145 мм на глубину до 60 м, в районах недоступных для автомобильного транспорта, с использованием шнекового инструмента. Эта установка в значительной степени унифицирована с установкой ЛБУ-50 и отличается от нее прежде всего типом транспортной базы (трактор C-100 вместо автомобиля ЗИЛ-157), а также диапазоном скоростей вращения инструмента, отсутствием лебедки, ударного механизма и упрощенной конструкцией мачты. Привод установки осуществляется от транспортного двигателя трактора.

Установка УШБ-16 конструкции В.Я. Беспалова предназначена для бурения сейсмических и структурно-поисковых скважин шнеками на глубину 50—75 м, а с промывкой — на 300 м.

Установка имеет подвижный вращатель с большим ходом подачи (6,5 м), обеспечивающий скорости вращения инструмента в пределах 15—300 об/мин. Передача мощности на вращатель производится посредством вертикального вала. Канатный механизм подачи с приводом от рабочей лебедки развивает максимальное усилие вниз 4000 кГ и вверх 15 000 кГ. Лебедка имеет грузоподъемность до 2500 кГ и максимальную скорость навивки каната на барабан 1,4 м/сек.

В установке использована мачта трубчатой конструкции высотой 8,25 м.

Установка комплектуется промывочным насосом типа 11ГРБ, производительностью 300 л/мин и давлением 40 кГ/см2.

Довольно широкий диапазон скоростей вращения инструмента и большой ход подачи позволяет эффективно осуществлять вращательное бурение с промывкой, затрачивая минимальное время на спуско-подъемные операции и наращивание бурильных труб, свинчивание и развинчивание которых осуществляется с использованием подвижного вращателя.

Все оборудование смонтировано на автомобиле типа ЗИЛ-157. Привод осуществляется от транспортного двигателя автомобиля.

Одной из конструктивных особенностей установки УШБ-16 является ее унификация с установками УРБ-2А в сочетании с использованием деталей, выпускаемых автомобильной промышленностью.

В частности, в угловом редукторе привода вращателя использованы конические шестерни заднего моста автомобиля ЗИЛ-164, в угловом редукторе привода лебедки применены шестерни заднего моста автомобиля ГЛЗ-51 и т. д.

Разработана также модификация установки УШБ-16 для проходки шурфов диаметром до 1600 мм с использованием специального комплекта инструмента типа ШКБ-1.

Комплект включает бурильную колонну большого диаметра со специальным буром на конце и шнековую колонну, которая размещается внутри бурильной колонны.

Специальный вращатель одновременно вращает бурильную колонну в направлении против часовой стрелки, а шнековую — по часовом. При этом скорость вращения бурильной колонны о пять раз ниже, чем шнековой.

При вращении бурильных труб скважина разбуривается до диаметра 1600 мм, порода падает вниз на забой, захватывается шнековой колонной и по внутреннему каналу бурильных труб поднимается вверх к вращателю, где через специальное устройство с наклонным желобом сбрасывается в вагонетку. По мере наполнения вагонетка откатывается по эстакаде в сторону от скважины и порода сваливается в отвал.

Для. предотвращения обвалов стенок скважины при бурений, ствол скважины должен быть заполнен глинистым раствором.

Оценивая конструктивные особенности и параметры этих установок, следует отметить, что по существу они относятся к одному типоразмеру оборудования и поэтому могли бы быть максимально унифицированы.

В действительности, в установках ЛБУ-50 и УШБ-16 не использованы эти возможности. Вместе с тем каждая из этих установок имеет свои преимущества и недостатки.

В частности, в установке ЛБУ-50 неоправданно отсутствуют скорости вращения порядка 150—250 об/мин, необходимые для бурения шпеками диаметром менее 200 мм, а для вращательного бурения с промывкой не предусмотрена установка промывочного насоса, что существенно снижает ее эксплуатационно-технологические возможности.

В установке УШБ-16 используется крайне несовершенный канатный механизм подачи с приводом от рабочей лебедки.

Вполне естественно возникает вывод о том, что вместо установок УШБ-16, ЛБУ-50 и УШ-2Т было бы целесообразно разработать единый унифицированный комплекс оборудования, в состав которого входили бы модификации для бурения гидрогеологических и сейсмических скважин глубиной до 50—60 м на различных транспортных базах с использованием шнеков и возможностью бурения на большие глубины (200—300 м) вращательным способом с промывкой, а также приспособленные для проходки шурфов.

За рубежом шнековое бурение также получило довольно широкое распространение. Известно более 30 установок, среди которых можно выделить два основных типоразмера: установки на автомобилях типа «Джип» грузоподъемностью 0,5—0,6 T (табл. 35) и на автомобилях грузоподъемностью 1,5—2,5 T (табл. 36).

Большинство этих установок обеспечивает также бурение алмазными коронками. Известны, шнековые станки, снабженные ударными механизмами для работы с забивными грунтоносами и погружения обсадной колонны путем забивки ее специальной бабой.

Как сообщают фирмы-изготовители, шнековые станки находят применение для обычного опробования, отбора образцов с ненарушенной структурой в мягких и твердых породах, испытании на проницаемость, бурения неглубоких колодцев с обсадкой.

Легкие установки на автомобилях типа «Джип» предназначены для шнекового бурения скважин глубиной до 20—30 м и бурения алмазными коронками до 60—120 м.

Диаметры шнекового бурения обычно составляют 150—76 мм, в отдельных случаях до 620 мм. при колонковом бурении они не превышают 36—49 мм.

До недавнего времени привод вращателя осуществляется, как: правило, посредством вертикального вала. В последние годы наметилась тенденция к более широкому применению гидропривода и в установках этого типоразмера. В этом отношении представляет интерес опыт известной фирмы «Мобил Дриллинг», которая вместо установок В-27 и В-36 с приводом подвижного вращателя вертикальным валом стала выпускать установку В-30 с приводом вращателя от гидродвигателя через автомобильную коробку скоростей, которая крепится непосредственно к вращателю.

Большинство рассматриваемых установок обеспечивает возможность бурения с диапазоном скоростей вращения инструмента в пределах 50—400 об/мин, а в отдельных установках до 600—900 об/мин. Максимальные крутящие моменты на вращателе обычно не превышают 300—500 кГ*м.

Как правило, установки оснащены поршневой гидравлической подачей, значительно реже применяется канатная подача с приводом от гидроцилиндров.

Ход подачи обычно составляет 1679—1930 мм, усилие подачи вверх равно 3800—7000 кГ, а вниз 4730—5000 кГ.

Спуск и подъем инструмента производится, как правило, при помощи механизма подачи. Значительно реже для этого применяются специальные лебедки.

Привод рассматриваемых установок осуществляется от транспортного двигателя автомобиля мощностью 30—50 л. с. Отдельные установки по требованию заказчика могут поставляться с индивидуальным приводом.

В качестве транспортных баз в этих установках обычно используются автомобили типа «Джип» грузоподъемностью 500— 800 кГ. Вес установок составляет 800—1000 кг.

Среди легких самоходных установок с подвижным вращателем наибольший интерес представляют установки В-30 фирмы «Мобил Дриллинг» (США), предназначенные для шнекового, шарошечного и алмазного бурения скважин при поисково-разведочных, инженерно-геологических и сейсмических работах (рис. 19).

При шнековом бурении диаметром 250 мм глубина скважин может достигать 40 м, колонковом бурении диаметром 141 мм — 50 м и шарошечном бурении диаметром 125 мм 80 м.

Установка имеет подвижный вращатель с приводом от гидромотора через автомобильную коробку скоростей, обеспечивающий возможность вращения инструмента со скоростью 58 455 об/мин при максимальном крутящем моменте 690 кГ*м, гидравлическую поршневую подачу с ходом 1700 мм и усилием вниз 3000 кГ и вверх 4000 кГ.

Привод установки осуществляется от транспортного двигателя автомобиля мощностью 48 л. с., грузоподъемность автомашины равна 750 кГ.

Более мощные установки на автомобилях грузоподъемностью 1,5—2,0 T обеспечивают шнековое бурение скважин глубиной до 50 м и вращательное с промывкой до 150—200 м.

Большинство установок рассчитано на применение наконечников диаметром до 150—110 мм. Некоторые установки предназначены для проходки мелких скважин 20—30 м шнеками диаметром 200—180 мм.

Привод вращателя осуществляется обычно от одного или нескольких гидромоторов. В первом случае регулирование крутящего момента и скорости вращения осуществляется при помощи коробки скоростей, во втором — путем различных вариантов включения приводных гидродвигателей, которые часто имеют различную мощность. Учитывая определенную производительность масляного насоса, питающего гидромоторы, параллельная работа двух или нескольких гидромоторов обеспечивает максимальный крутящим момент на вращателе при максимальной скорости вращения. Выключение одного из гидродвигателей позволяет повысить скорость вращения при соответствующем снижении крутящего момента. Таким образом, различные варианты включения двух гидродвигателей различной мощности позволяют оперативно получать три диапазона скоростей вращения при различных величинах крутящего момента. Внутри каждого диапазона регулирование скорости вращения от 0 до максимума может осуществляться дросселированием потока масла при. сохранении постоянного крутящего момента на вращателе.

Привод подвижного вращателя от нескольких гидромоторов позволяет быстро изменить диапазон скоростей вращения и крутящего момента в любой момент рейса, в то время как при наличии коробки скоростей нa вращателе переключение обычно производится в нижнем его положении.

Вместе с тем необходимо отметить, что привод, вращателя от нескольких гидромоторов значительно усложняет гидравлическую схему установки и приводит к повышению ее стоимости, поэтому такие установки за рубежом имеют ограниченное распространение.

По существу установки с подвижным вращателем с приводом от нескольких гидромоторов выпускаются лишь в ФРГ фирмами «Вирт» и «Целлер Машинен Фабрик».

Диапазон скоростей вращения находится в пределах 40—900 об/мин, а максимальные крутящие моменты в тяжелых установках составляют 800—900 кГ*м.

Наиболее высокие скорости вращения инструмента обеспечивают установки, рассчитанные на комбинированное шнековое и алмазное бурение с промывкой. Преобладающим типом подачи в рассматриваемом типоразмере является гидравлическая поршневая подача с двумя или одним цилиндром. Широко применяется также цепная подача с приводом от гидромоторов и гидроцилиндров.

Ход подачи обычно составляет 1676—1920 мм, в отдельных случаях достигая 3000—4700 мм.

Спуско-подъемные операции обычно осуществляются посредством специальной лебедки и несколько реже — механизмом подачи. При наличии специальной лебедки предусматривается освобождение устья скважины отодвиганием вращателя или отведением его в сторону.

Для привода установок чаще применяются индивидуальные двигатели внутреннего сгорания и несколько реже транспортные двигатели автомобилей.

Мощность двигателя, как правило, составляет 40—60 л. с. и в отдельных условиях достигает 80—135 л. с.

Буровое оборудование смонтировано обычно на автомобилях грузоподъемностью 1,5—2,0 Т. Иногда в качестве транспортных баз используются трактора.

Вес рассматриваемых установок вместе с транспортными базами обычно равен 3,5—5,0 т, реже 8.0 т.

В последнем случае допускается значительная перегрузка транспортных баз.

Характерным представителем современных буровых установок, широко применяющихся при проведении инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий за рубежом, является установка Тревеллер фирмы «Пиллинг энд Констрактинг» (Англия), которая предназначена для бурения шнеками, алмазными коронками и шарошечными долотами.

При использовании шнеков диаметром 254 мм глубина бурения составляет 30 м. На меньшую глубину могут применяться шнеки диаметром 555 мм.

Шнеки диаметром 254 мм имеют внутренний канал для отбора с забоя скважины образцов пород диаметром 152 мм. В шпинделе подвижного вращателя для этого предусмотрено проходное отверстие диаметром 178 мм.

По требованию заказчика установка может комплектоваться лебедкой с гидроприводом грузоподъемностью 2 Т и ударным механизмом свободного сброса для ударно-канатного бурения.

Установка комплектуется подвижным вращателем с гидроприводом, обеспечивающим вращение инструмента со скоростью 50— 450 об/мин.

Возможен вариант привода, вращателя от высокомоментных гидродвигателей, в этом случае скорость вращения составляет 0—70 об/мин.

Питание гидродвигателей установки осуществляется от нескольких маслонасосов различной мощности: большой насос для привода вращателя и механизма подачи, средний насос с постоянной производительностью — для привода ударного механизма и лебедки; малый — для привода цилиндров подъема мачты и гидродомкратов:

Привод гидростанции, осуществляется от четырехцилиндрового дизеля типа форд. Установка может быть смонтирована на автомашине или прицепе.

Представляет интерес комплекс установок серии ДВ-114 (рис. 20) фирмы «Целлер Машинен Фабрик», который включает четыре максимально унифицированные друг с другом модели.

Установка ДВ114/3 предназначена для бурения скважин диаметром 200—152 мм на глубину 60—80 м, имеет подвижный вращатель с проходным отверстием диаметром 57 мм. Привод вращателя осуществляется от двух гидромоторов. При работе на одном гидромоторе вращатель обеспечивает скорости вращения в пределах 0—195 об/мин при крутящем моменте 81 кГ*м. При нормальной работе двух гидромоторов крутящий момент повышается до 162 кГм, при соответствующем снижении диапазона скоростей вращения до 95 об/мин.

Установка оснащена цепным механизмом подачи с приводом от гидромотора через редуктор. Ход механизма подачи равен 4800 мм. Номинальное усилие подачи составляет 2180 кГ (при давлении в гидросистеме 85 кГ/см2). Кратковременно при давлении 140 кГ/см2 усилие может повышаться до 3500 кГ.

Привод масляного насоса осуществляется от транспортного двигателя автомобиля мощностью 34 л. с.

Установка комплектуется трубчатой мачтой ферменной конструкции выстой 0,1 м и грузоподъемностью 7 Т. Подъем и опускание мачты производится при помощи гидроцилиндров.

Для промывки скважины используется центробежный насос типа CM 192/2 производительностью 520 л/мин и давлением 7,5 кГ/см2. Все оборудование смонтировано на автомашине Унимог-411. Общий вес установки равен 4000 кг.

Установка ДВ114/20 отличается от установки ДВ114/3 в основном большой грузоподъемностью механизма подачи (7 Т) и другой транспортной базой (автомобиль Унимог-406).

Установка ДВ114/10 имеет те же основные параметры, что и ДВ114/20, но отличается от нее транспортной базой (автомобиль Унимог-404).

Общий вес установки ДВ114/20 составляет 5300 кг, а установки ДВ114/10 — 4500 кг.

Установка ДВ114/40 предназначена для бурения на ту же глубину, что и другие модификации и отличается от них лишь конструкцией подвижного вращателя, который приводится от одного гидромотора. Этот вращатель обеспечивает скорости вращения в пределах 0—100 об/мин при крутящем моменте порядка 250 кГ*м (при давлении в гидросистеме 70 кГ/см2). Кратковременно при давлении 100, кГ/см2 крутящий момент может быть повышен до 350 кГ*м.

Установка ДВ114/40 смонтирована на автомашине Унимог-416, ее общий вес 5,8 т.