Научная статья на тему 'Повышение эффективности циклической проходки скважин в грунте'

Повышение эффективности циклической проходки скважин в грунте Текст научной статьи по специальности «Машиностроение»

CC BY
49
7
Поделиться
Ключевые слова
ВИБРОУДАРНОЕ ПРОДАВЛИВАНИЕ / КОМБИНИРОВАННАЯ ПРОХОДКА / ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО / ГРУНТОПРОХОДЧИК / ЛЕБЕДКА / ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ПРИВОД / VIBRO-IMPACT PUSHING / COMBINED HOLE-MAKING / GROUND INTAKE DEVICE / TUNNELING MACHINE / WINCH / PNEUMATIC DRIVE

Аннотация научной статьи по машиностроению, автор научной работы — Гилета В.П., Тищенко И.В., Ванаг Ю.В.

В работе приведены технологические приемы циклической проходки скважин диаметром свыше 300 мм методами виброударного продавливания и комбинированного с частичным уплотнением и экскавацией грунта на основе использования пневмоударных машин (пневматических генераторов импульсной нагрузки). Результаты исследований, полученные с использованием физических моделей грунтозаборных устройств позволили установить характерные особенности изменения силы сопротивления обратному транспортированию оборудования с извлекаемым грунтовым керном по мере его удаления от забоя. Получены аналитические выражения для инженерного расчета требуемого усилия лебедки. Приведены технические характеристики созданного ряда лебедок скреперного типа, работающих на едином энергоносителе с ударными машинами сжатом воздухе. Предложена принципиальная схема лебедки с гибридным пневматическим приводом, имеющая переменную тягово-скоростную характеристику при ограниченном расходе энергоносителя, реализация конструкции которой при виброударном продавливании и комбинированном способе позволяет сократить время технологического цикла образования скважин и повысить производительность проходческих работ.

Похожие темы научных работ по машиностроению , автор научной работы — Гилета В.П., Тищенко И.В., Ванаг Ю.В.,

INCREASE IN EFFICIENCY OF THE CYCLIC DRIVING OF WELLS IN SOIL

Processing methods of a cyclic driving of wells with a diameter over 300 mm by methods of vibro-impact pushing and combined with partial consolidation and excavation of soil on the basis of use of pneumo-percussive mashines (pneumatic bore-hole driver) are given in work. The results of researches received with use of the ground intake devices physical models have allowed to establish characteristics of change of force of resistance to the return transportation of the equipment with the taken soil core in process of his removal from a face. Analytical expressions for engineering calculation of the winch tractive force are received. Technical characteristics of the created number of the winches of scraper type working at the uniform energy carrier with shock cars compressed air are given.The schematic diagram winch with hybrid pneumatic drive, the having variable traction and high-speed characteristic is offered at a limited expense of the energy carrier which realization of a design at vibroshock breakdown and a combined method allows to reduce time of a production cycle of formation of wells and to increase productivity of driving works. A schematic diagram of a winch with a hybrid pneumatic drive is proposed, which has variable traction and speed characteristics with a limited energy carrier consumption, the implementation of the design which in vibro-impact pushing and combined method allows to reduce time of process of formation of wells and improve the performance of the tunneling works.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Повышение эффективности циклической проходки скважин в грунте»

Тургумбаев Женишбек Жумадылович (Бишкек, Кыргызстан) - доктор технических наук, профессор, профессор кафедры "Механика и промышленная инженерия" Кыргызского государственного технического университета (КГТУ) им. И.Раззакова (720044, г. Бишкек, пр. Ч.Айтматова, 66, e-mail: t_ jenish@mail.ru).

Turgumbaev Jenishbek Jumadilovich (Bishkek, Kyrgyzstan) - Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of Department of Mechanics and industrial engineering of the Kyrgyz State Technical University (KSTU) named after I.Raz-zakov (720044, Bishkek, Ch.Aitmatov ave, 66, e-mail: t_jenish@mail.ru).

Ill III II III III II III III III II III III III II III III II III III III II III III II III III III II III III II III III III II III III II III III III II III MM

УДК 621.23.05

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЦИКЛИЧЕСКОЙ ПРОХОДКИ СКВАЖИН В ГРУНТЕ

В.П. Гилета12, И.В. Тищенко1, Ю.В. Ванаг2 1 Институт горного дела им. Н. А. Чинакала, г. Новосибирск, Россия 2Новосибирский государственный технический университет, г. Новосибирск, Россия

Аннотация. В работе приведены технологические приемы циклической проходки скважин диаметром свыше 300 мм методами виброударного продавливания и комбинированного с частичным уплотнением и экскавацией грунта на основе использования пневмоударных машин (пневматических генераторов импульсной нагрузки). Результаты исследований, полученные с использованием физических моделей грунтозаборных устройств позволили установить характерные особенности изменения силы сопротивления обратному транспортированию оборудования с извлекаемым грунтовым керном по мере его удаления от забоя. Получены аналитические выражения для инженерного расчета требуемого усилия лебедки. Приведены технические характеристики созданного ряда лебедок скреперного типа, работающих на едином энергоносителе с ударными машинами - сжатом воздухе.

Предложена принципиальная схема лебедки с гибридным пневматическим приводом, имеющая переменную тягово-скоростную характеристику при ограниченном расходе энергоносителя, реализация конструкции которой при виброударном продавливании и комбинированном способе позволяет сократить время технологического цикла образования скважин и повысить производительность проходческих работ.

Ключевые слова: виброударное продавливание, комбинированная проходка, грунтозаборное устройство, грунтопроходчик, лебедка, пневматический привод.

ВВЕДЕНИЕ

Одним из этапов сооружения и реконструкции объектов промышленного и гражданского назначения, логистических кластеров и транспортных магистралей является прокладка подземных коммуникаций. Насыщенная инфраструктура современных мегаполисов, ужесточение строительных и экологических нормативов, направленных на минимизацию ущерба, наносимого существующим сооружениям и природным экосистемам с последующим сокращением объемов и затрат при проведении восстановительных мероприятий, выдвигают на первый план развитие закрытых

(бестраншейных) методов, основанных на образовании каналов в приповерхностных слоях грунтового массива [1].

Анализ потребностей строительного производства и данные международного Союза предпринимателей подземного строительства показывают, что при устройстве таких переходов значительное количество работ приходится на проходку скважин диаметром до 600 мм и длиной до 40 м. По принятой классификации сооружения таких размеров относятся к классу непроходных. В этом случае реализация бестраншейных методов является особо сложной задачей, так как управление техническими средствами может осуществляется

а б

1 3 2 5 4 1

Рис. 1. Проходка скважины виброударным продавливанием с погружением трубы-кожуха (а) и экскавацией грунтового керна (б): 1 - труба-кожух; 2 - пневмомолот; 3 - переходная насадка;

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

4 - грунтозаборное устройство; 5 - лебедка

только дистанционно с дневной поверхности, исключая нахождение обслуживающего персонала непосредственно вблизи забойной зоны [2-6].

Среди многообразия технологических приемов для получения скважин непроходного сечения достаточно известны виброударные способы проходки с использованием пневматических машин ударного действия. Для образования диаметром скважин диаметром до 300 мм в уплотняемых грунтах методом прокалывания широко используют пневматические машины ударного действия - пневмопробой-ники [7]. Опыт эксплуатации такого оборудования в России, ближнем и дальнем зарубежье показал эффективность технологических процессов с их использованием. К достоинствами пневмоударных машин можно также отнести возможность прокладки трубопроводов из любых материалов, сравнительно низкая себестоимость, высокая надежность, малые габаритные размеры, что позволяет существенно сократить транспортные расходы, объемы подготовительных, земляных, монтажных и восстановительных работ.

Для проходки скважин большего сечения до 1420 мм включительно применим метод

виброударного продавливания [8, 9]. Он заключается в предварительном внедрении стального трубчатого элемента 1 с открытым передним торцом в грунтовый массив (рис. 1а). Источником импульсного воздействия служит пневмомолот 2, оснащенный переходной насадкой 3. Внедряемый стержень одновременно является и рабочим инструментом разработки забойной зоны, и обсадной оболочкой долговременной защиты стенок скважины от обрушения. Поступающий при этом во внутреннюю полость трубы грунт затем удаляется. Данный процесс может быть как непрерывным и протекать за счет эффекта вибротранспортирования грунтовой массы, наблюдаемом при определенном сочетании статической и динамической нагрузки [10], так и носить циклический характер [11]. Последний является наиболее универсальным, так как не требует погружения трубной плети на всю длину перехода и выхода ее в приемный приямок, позволяет проводить экскавацию керна на любом этапе проходки, обеспечивая тем самым приемлемые скоростные показатели процесса, эффективно вести работы в широком спектре грунтовых условий. Комплект оборудования (рис. 16) включает грунтозабор-

а б в

1 2 3 4 5

Рис. 2. Оборудование для проходки скважины комбинированным способом: а - общий вид грунтопроходчика; б - разработка забоя: в -

извлечение грунтового керна 1 - кольцевой рабочий орган; 2 - пневмоударный привод; 3 - устье скважины; 4 - лебедка; 5 - грунтовый керн

ное устройство 4, выполненное в виде полого цилиндрического керноприемника в качестве рабочего органа, жестко соединенного с пнев-моударным приводом. Доставка агрегата к забою и его разработка осуществляются под действием динамической импульсной нагрузки. Обратное извлечение устройства с керно-вой массой в рабочий приямок производится канатной лебедкой 5.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Накопленный многолетний опыт по созданию и практическому применению оборудования на базе пневмоударной техники для реализации представленных выше способов прокладки подземных коммуникаций показал перспективность использования для выполнения переходов диаметром 300 - 600 мм альтернативного комбинированного метода проходки. Суть технологии заключается в разделении всего объема вытесняемого грунта на две фракции, одна из которых уплотняется в радиальном направлении, обеспечивая временную устойчивость стенок скважины, а другая - удаляется за ее пределы [12-14].

Для его апробации был спроектирован и изготовлен опытный образец проходческого комплекса для образования каналов диаметром 325 - 426 мм (рис. 2). Основным его функциональным элементом является грунтопроход-

чик с кольцевым рабочим органом 1, установленным на корпусе пневмоударного привода 2 (рис. 2а). Доставка оборудования к забойной зоне через входное устье скважины 3 и его последующее извлечение осуществляется канатной лебедкой двустороннего действия 4 (рис. 26). Ударный механизм включается только на время перемещения забоя, что улучшает условия его эксплуатации и в целом продлевает срок службы агрегата. Разработанный грунтовый керн 5 в виде тела волочения совместно с грунтопроходчиком удаляется за пределы скважинного пространства в рабочий приямок (рис. 2в). Режим работы оборудования носит циклический характер, заключающийся в периодическом повторении перечисленных выше технологических операций.

Полевые испытания проходческого комплекса велись на полигоне ИГД СО РАН и на различных строительных объектах г. Новосибирска. В ходе их выполнения успешно пройдено около 200 м промышленных скважин различного назначения.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

С целью дальнейшего совершенствования технологии комбинированной проходки и оптимизации параметров функциональных элементов оборудования была проведена обширная исследовательская работа. Постановка стендовых экспериментов осуществлялась в лабораторных условиях по методике приближенного физического моделирования

Рис. 3. Схема экспериментальной установки при работе с устройством емкостного (а) и перепускного (б) типа

процесса [15]. Объектами исследований выступали действующие масштабные модели грунтопроходчиков, функционирующие на тех же принципах, что и устройства натуральных размеров. Наружный диаметр калибрующей части составлял й = 110 мм. В первом варианте передний кольцевой рассекатель размером 1р = 85 мм совмещался с грунтоприемной капсулой, образуя замкнутую полость ограниченного объема общей длиной L0 = 0,5 м (рис. 3а). Энергия удара источника импульсной нагрузки составляла Е = 40 Дж при частоте П = 10,8 Гц [16]. Во втором случае рабочий орган выполнялся в виде короткого кольцевого фрагмента длиной, равной его диаметру (¡р = й =110 мм), обеспечивающего перепуск грунта в ранее разработанный участок скважины для последующей экскавации (рис. 3, б). Параметры ударной мощности привода соответствовали значениям: Е = 8 Дж; П = 4,2 -10,4 Гц [17].

Серии опытов проводились на стенде, представляющем собой грунтовый канал с необходимым набором оборудования и измерительно-регистрирующих средств. По своим характеристикам стендовый грунт соответствовал супеси с объемным весом У = 1770 кг/м3, влажностью ш = 5,6 %, ударной плотностью С = 5 ^ 6. Контроль перечисленных пара-

метров осуществлялся в соответствии с требованиями ГОСТ 5180-84.

В ходе экспериментов на моделях сохранялись основные технологические принципы циклической проходки скважин оборудованием натуральных размеров, включая выполнение следующих операций (рис. 3):

- доставку модели грунтопроходчика по скважине 1 к забою статическим усилием подачи;

- разработку забойной зоны с разделением грунта на фракции и формированием стенок канала рабочим органом 2, приводимым в действие ударным приводом 3;

- экскавацию излишней грунтовой массы при обратном перемещении оборудования тяговым канатом 4, наматываемым на барабан ручной лебедки 5, закрепленной на направляющей рамной конструкции 6.

В первом варианте величина внедрения в забой была постоянной и составляла Х = 0,4 м, а во втором изменялась в каждой серии опытов, начиная от значения в одну длину рабочего органа (Х = 1Р = 0,11 м) с шагом, равным его половине:

X = Х-1 + 0,5 • ¡р

, н

3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

\ 1

\2

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

0,2

0,4

0,6

0,8

м

1 - ступенчатый переход рассекателя с капсулой; 2 - плавное сопряжение элементов

0.2 0,3 0,4 0,5 1.,м

Величина внедрения в забой:

1 - X = I = 0,11 м;

р ' '

2 - X = 2,51 = 0,28 м

Рис. 4. Изменение силы сопротивления извлечению по мере удаления от забоя модели грунтопроходчика емкостного (а) и перепускного (б) типа.

Одним из исследуемых параметров являлись усилия, развиваемые лебедкой при обратном перемещении грунтопроходчика с грунтовым керном, которые фиксировались по показаниям пружинного динамометра Д (рис. 3) типа ДПУ-01-2 ГОСТ 13837-79.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Полученные значения позволили определить характер изменения сопротивления стендового грунтового массива извлечению моделей различного исполнения. На рис. 4 представлены графические зависимости, построенные после соответствующей обработки экспериментальных данных. При этом за исходную точку отсчета принято положение в момент отрыва устройства от забоя (рис. 3).

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Анализ построенных графиков функций показывает, что в большинстве случаев (кривые 2 на рис 4а и 1, 2 на рис 46) пиковые значения необходимого тягового усилия развиваются в начальной фазе процесса и соответствуют максимуму сопротивления грунтового массива. Исключение составляет вариант, когда сопряжение переднего рассекателя размером й = 110 мм с грунтоприемной капсулой, диаметр которой меньше на 5 мм, выполнено в ступенчатой форме (рис. 3а). При обратном перемещении по вновь пройденному участку эта ступенька начинает срезать стенку скважины, постепенно образуя плотный грунтовый нарост на наружной поверхности капсульной полости, что приводит к увеличению внешнего трения и трехкратному росту силы сопротив-

ления движению на участке 0,1 - 0,3 м (кривая 1 на рис.4а). Дальнейшее движение в сторону скважинного устья на расстояние, равное приблизительно двукратной величине шага проходки для грунтопроходчика емкостного типа (рис. 4а) и полуторократной - для модели с перепускным рабочим органом (рис 46) сопровождается постепенным снижением максимальных значений функций до минимального уровня, остающегося неизменным вплоть до полного выхода устройства за пределы грунтового массива.

Сопоставление двух кривых на рис. 46 показывает, что для модели с перепускным рабочим органом увеличение величины внедрения в 2,5 раза не приводит к существенному росту усилия отрыва, которое повышается менее чем в 1,4 раза с F = 770 Н до F =

' ~ изв " изв

1030 Н. Однако при этом на графике 2 имеется участок, на котором падение силы замедляется, что объясняется наличием перепущенного грунтового керна (рисунок 36), трение которого о стенки скважины создает дополнительное сопротивление перемещению. Наличие данной особенности не позволяет увеличить глубину разработки забоя за цикл проходки свыше х = 2,51 из-за опасности возникновения ' р

анкерного эффекта, который выражался в резком увеличении силы сопротивления обратному перемещению грунтопроходчика после его отрыва от забоя, что приводило к перегрузке лебедки и полной остановке процесса.

Сравнение двух вариантов исполнения моделей показывает, что в случае использования оборудования емкостного типа с грун-

то приемной капсулой имеет место 5олеетя-желый (приблизительно в .е^е^с! раз5) реосим нагружения лебедки (рис. 4а). Данный факт оеъяомяется большей величиной разработки з абоя за цикл проходки, увеличенными массо-габаритными п оказателями таких ус;"Г|эс^С1СТЕз, что приводит к росту силы внешнего трения боковых п0верхнн0тей о итенки оважины по сравнению с устройствами перепускного типа (|эис. 463

Опираясь н^га получен ные экспериментальные данные и используя расчетную схему вза-имодей ствия грунтопроходчика с массивом, построен ную на основе известно го решения задачи о расширениигрунтовой полости коническим расширителем [18] пр едложе ны методики упрощенного расч20а таких устройств [16]. (В них, согласно принятой оценке показа-тел е й основных механических характер 4стик различных категорий грунтов [19], получен ы aнaлитиуecбиe зависимости, опи сывающие сопротивление среды внедрению устройств ударного действияс кольцевыми рабочими органами. При этом внешнее боковое сопро-тивлен ие изменяется пропорцион ал ьно вели чине нормального давлени я обжатия гру^ товь^^гу! массивом взаимодействующих с ним элементовгрунтопроходчика:

(1)

где 1 - коэффициент трения «металл-грунт»;

- суммарная площадь боковых поверхностей, контактирующих с грунтом, м2; ^ - коэффициент пропорциональности щ = бí5

[1-е]; , Ъ - коэффици-нты линейной аппроксимации среднего давления [1 8];

К - наружный радиус рабочего органа, м; р - плотность грунта, кг/м3; & - ускорение свободного падения, м/с2, д = 9^231 м/с2; ^ -залегани я скважины,м; ^атм - атмосферное давление, ПЭ; Ратм =101325 Па.

Извлечение устройства из скважины со пряжено с преодолением основного сопротивл.-ния, вызванного как действием самой сил ы 1=1 (рис. 3а), так и присоединением к ней дополнительного трения И2 пе репуще нного через рабочий орган грунтового керна о стенки канала (рис. 36). Последнее можно учитывать через зафиксированную разницу между усилием

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

извлечения при минимальном ' = / когда

Х-

И = ее0 Н и максимальном 1 = 2,51, когда

изв ' р' т

Иизв к 1030 Н внедрении модели в забой, составляющую около 35% (рис. 46). Исх5дя из этого, номи нально3 значение харак-

тер истики лебедки д олжно бытьнеменее:

= 1,35- Е

(2)

На основе проведенных исследований выполнен инженерный расчет основных параметров различных типоразмеров натурных образцов проходческого оборудования комбинированного типа. В дальнейшем это позволило перейти к проектированию его отдельных функциональных элементов, включаяи канатную лебедку. При этом, соблюдая принцип использования единого энергоносителя, для питания последней целесообразно использовать тот же сжатый воздух, на котором работает и сам импульсный генератор грунтопроходчика. Благодаря своим преимуществам пневматические приводы нашли широкое распространение в горном машиностроении [20]. Отечественная и зарубежная промышленность выпускает большую номенклатуру двигателей вращательного действия, обладающих мягкими нагрузочными характеристиками. С учетом ограниченного потребления энергоносителя, обусловленного возможностями передвижных компрессорных станций, применяемых в условиях строительной площадки, максимальная мощность пневмомотора не может превышать 10 + 12 кВт. Исходя из этого, в соответствии с нормами проектирования грузоподъемного оборудования [21], разработан ряд тяговых механизмов, предназначенных для использования как в технологии комбинированной проходки (рис. 2), так и при виброударном прода-вливании для очистки труб от грунтового керна (рис. 1а). Их технические данные приведены в таблице 1.

Производительность проходческих и очистных операций напрямую зависит от величины перемещения забоя за один рабочий цикл и скорости обратного транспортирования устройства с порцией извлекаемого грунта в рабочий приямок. Поэтому дальнейшее повышение технического уровня создаваемого оборудования связано с улучшением выходных характеристик применяемых лебедок. Однако практическая реализация такого подхода традиционными способами существенно сдерживается возможностью создания более мощных приводов вращательного действия, их высоки-

Таблица 1

ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛЕБЕДОК

Параметр Тип лебедки

Однобарабанная Однобарабанная Двухбарабанная

Номинальное тяговое усилие, кН 32 50 40

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Скорость намотки каната, м/мин 0 + 15 0 + 12 0 + 13

Канатоемкость барабана, м 70 65 2 х 95

Двигатель; - тип; - номинальная мощность, кВт; - номинальная частота вращения, с-1; - давление сжатого воздуха, МПа - расход сжатого воздуха, м3/мин П8-12 8 12,5 0,6 8,2 П12-12 12 12,5 0,6 12,2 П8-12 8 12,5 0,6 8,2

Общее передаточное отношение привода 52 80 60

ми передаточными отношениями (табл.), что дополнительно усложняет и удорожает конструкцию.

Вместе с тем, как показали исследования, при извлечении устройства с грунтовым керном из скважины действие номинального значения тягового усилия и, соответственно крутящего момента на валу двигателя, требуется на сравнительно коротком интервале по сравнению с длиной самого перехода (рис. 4). В ходе дальнейшего движения нереализуемый запас мощности может быть трансформирован в более высокие скоростные показатели лебедки, что уменьшит время обратного перемещения оборудования и цикла экскавационных работ. Исходя из таких особенностей, возникает целесообразность создания гибридного пневматического привода, обеспечивающего переменную тягово-скоростную характеристику проектируемого механизма при ограниченном расходе энергоносителя [22].

Предложенная конструкция пневматической лебедки (рис. 5а) состоит из рамного основания 1, пневмодвигателя 2, редуктора 3, барабана 4, валы которых соединяются управляемой муфтой 5. Дополнительным силовым элементом привода служит пневмоцилиндр двустороннего действия 6, корпус которого шарнирно связан с рамой, а шток передает усилия на исполнительный орган лебедки при помощи рычажного механизма преобразования движения. Последний включает в себя рычаг 7 и обгонную муфту, состоящую из храпового колеса 8 и собачки 9.

Функционирование устройства заключается в последовательном выполнении необходи-

мых рабочих операций (рис. 56). Для отрыва от забоя и начала процесса извлечения грун-тозаборного оборудования 10 из выработки 11, включением муфты барабан соединяется с редуктором основного привода. Через распределитель 12, магистрали 13, 14 сжатый воздух подается в пневмомотор и штоковую полость 15 пневмоцилиндра. Поворотом крана 16 так же запитывается и его поршневая камера 17. За счет разности их рабочих площадей шток начинает выдвигаться, а его поступательное перемещение помощью рычажного механизма преобразования движения и обгонной муфты трансформируется во вращательное движение, передаваемое на барабан. Совместная работа двух двигателей позволяет в течение ограниченного промежутка времени достичь максимального значения крутящего момента и реализовать номинальное значение тягового усилия на канате 18, необходимое для преодоления сопротивления грунтовой среды.

Дальнейшая фаза движения системы характеризуется падением нагрузки до минимального уровня. При этом дифференциальная схема включения пневмоцилиндра не позволяет резко возрасти скорости движения его штока. Снижение крутящего момента на барабане до величины, реализуемой основным пневмодвигателем вращательного действия, позволит ему выйти на номинальную частоту вращения, увеличив скорость намотки каната. Обгонная храповая муфта автоматически снимет силовое воздействие пневмоцилиндра, шток которого, завершив рабочий ход, останавливается, а заполненный объем поршневой полости впоследствии служит аккумуля-

Рис. 5. Общий вид пневматической лебедки (а) с гибридным приводом и схема ее работы при отрыве ГЗУС от забоя (б) и транспортировании по скважине (в)

тором для стабилизации давления энергоносителя на входе в пневмомотор.

ВЫВОДЫ

Созданы самодвижущиеся грунтозаборные устройств (ГЗУС) с рабочими органами емкостного и перепускного типа для выполнения скважин в уплотняемых грунтах с расположением рабочего органа впереди пневмоударной машины или в ее средней части.

Предложена эмпирическая формула для определения силы сопротивления извлечению модели из забоя. Установлено, что усилие

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

отрыва ГЗУС емкостного типа от забоя превышает усилие транспортирования более чем в 3 раза, а для ГЗУС перепускного типа - более чем в 7 раз.

Предложена принципиальная схема лебедки с гибридным пневматическим приводом, обеспечивающим переменную тягово-скорост-ную характеристику при ограниченном расходе энергоносителя, реализация конструкции которой при виброударном продавливании и комбинированном способе позволяет сократить время технологического цикла образования скважин и повысить производительность проходческих работ.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Рыбаков, А. П. Основы бестраншейных технологий (теория и практика) / А. П. Рыбаков. - М.: Стройиздат, 2006. - 304 с.

2. Кюн, Г. Закрытая прокладка непроходных трубопроводов / Г. Кюн, Л. Шойбле, X. Шлик; Пер. с нем. Е.Ш. Фельдмана. - М.: Стройиздат, 1бб3. - 16б с.

3. Бестраншейная прокладка инженерных коммуникаций / Е. Д. Баландинский и др. - М.: Центр технического инжиниринга и маркетинга и рекламы, 1бб1. - 13б с.

4. Кершенбаум, Н. Я. Проходка горизонтальных и вертикальных скважин ударным способом / Н. Я. Кершенбаум, В. И. Минаев.

- М. : Недра, 1б84. - 246 с.

5. Строительство городских систем газоснабжения. Справочник строителя / А. П. Шальнов и др. - М.: Стройиздат, 1бН6. - 360 с.

6. Руководство по проходке горизонтальных скважин при бестраншейной прокладке инженерных коммуникаций / ЦНИИОМТП Госстроя СССР. - М.: Стройиздат, 1б82. - б6 с.

Н. Пневмопробойники в строительном производстве / А. Д. Костылев и др. - Новосибирск: Наука, 1б8Н. - 142 с.

8. Повышение эффективности и долговечности импульсных машин для сооружения протяженных скважин в породных массивах / Б. Н. Смоляницкий и др. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2013. - 204 с.

б. Современные технологии сооружения протяженных скважин в грунтовых массивах и технические средства контроля их траектории / Б. Н. Смоляницкий и др. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2016. - 23Н с.

10. Тищенко, И. В. Виброударное прода-вливание и комбинированный способ очистки труб от грунтового керна / И. В. Тищенко // Строительные и дорожные машины. - 2013. -№ 11. - С. 3б-42.

11. Гилета, В. П. Повышение эффективности проходки скважин методом виброударного продавливания / В. П. Гилета, И. В. Тищенко, Ю. В. Ванаг // Вестник КузГТУ. - 2016. - № 6.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

- С. 82- 88.

12. Данилов, Б. Б. Пути совершенствования технологий и технических средств для бестраншейной прокладки коммуникаций / Б. Б. Данилов // ФТПРПИ. - 200Н. - № 2. - С. 6б-Н6

13. Гилета, В. П. Проходка скважин с частичной экскавацией грунта / В. П. Гилета, Б. Н. Смоляницкий // Строительные и дорожные машины. - 2001. - № 4. - С. Н-б.

14. Петреев, А. М. Образование скважин пневмопробойниками и грунтопроходчиками с кольцевым инструментом / А. М. Петреев, Б. Н. Смоляницкий, Б. Б. Данилов // ФТПРПИ. -2000. - № 6. - С. 53-58.

15. Баловнев, В. И. Физическое моделирование резания грунтов / В. И. Баловнев. - М.: Машиностроение, 1б6б. - 15б с.

16. Смоляницкий, Б.Н. Создание оборудования ударного действия для проходки скважин в грунте комбинированным способом / Б.Н. Смоляницкий, Д.С. Воронцов // Механизация строительства. - 201Н. - Т. Н8. - № 1. - С. 38-43.

1Н. Тищенко, И. В. Комбинированная проходка скважин в грунте ударными устройствами с кольцевым инструментом / И. В. Тищенко, Б. Н. Смоляницкий, В. П. Гилета // ФТПРПИ.

- 2006. - № 6. - С. 8Н-бН.

18. Исаков, А. Л. Задача о расширении грунтовой полости при бестраншейной замене подземных коммуникаций / А. Л. Исаков, А. Е. Земцова // ФТПРПИ. - 1бб8. - № 3. - С. б5-100.

1б. Исаков, А. Л. О классификации грунтов без жестких структурных связей по их прочностным характеристикам // ФТПРПИ. - 2000.

- № 6. - С. 26-2б.

20. Зиневич, В. Д. Пневматические двигатели горных машин / В. Д. Зиневич, Г. 3. Ярмоленко, Е. Г. Калита. - М.: Недра, 1бН5. - 344 с.

21. Справочник по кранам: в 2 т. Т. 1. / Под общ. ред. М. М. Гохберга. - М.: Машиностроение, 1б88. - 536 с.

22. Пат. 215Н333 РФ: МПК В 66 D 1/08: Пневматическая лебедка / В. П. Гилета, И. В. Тищенко, Б.Н. Смоляницкий, И.П. Леонов, И.Э. Вэбер; ИГД СО РАН. - № бб114032/28; заявл. 28.06.1ббб; опубл. 10.10.2000, Бюл. № 28.

INCREASE IN EFFICIENCY OF THE CYCLIC DRIVING OF WELLS IN SOIL

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

V.P. Gileta, I.V. Tishchenko, Yu.V. Vanag

Abstract. Processing methods of a cyclic driving of wells with a diameter over 300 mm by methods of vibro-impact pushing and combined with partial consolidation and excavation of soil on the basis of use of

pneumo-percussive mashines (pneumatic bore-hole driver) are given in work. The results of researches received with use of the ground intake devices physical models have allowed to establish characteristics of change of force of resistance to the return transportation of the equipment with the taken soil core in process of his removal from a face. Analytical expressions for engineering calculation of the winch tractive force are received. Technical characteristics of the created number of the winches of scraper type working at the uniform energy carrier with shock cars - compressed air are given.The schematic diagram winch with hybrid pneumatic drive, the having variable traction and high-speed characteristic is offered at a limited expense of the energy carrier which realization of a design at vibroshock breakdown and a combined method allows to reduce time of a production cycle of formation of wells and to increase productivity of driving works.

A schematic diagram of a winch with a hybrid pneumatic drive is proposed, which has variable traction and speed characteristics with a limited energy carrier consumption, the implementation of the design which in vibro-impact pushing and combined method allows to reduce time of process of formation of wells and improve the performance of the tunneling works.

Keywords: vibro-impact pushing, combined hole-making, ground intake device, tunneling machine, winch, pneumatic drive.

REFERENCES

1. Rybakov A. P. Osnovy bestranshejnyh tekh-nologij (teoriya i praktika) [Basics of trenchless technologies (theory and practice)]. Moscow, Strojizdat, 2006. 304 p.

2. Kyun G., Shojble L., Shlik H. Zakrytaya prokladka neprohodnyh truboprovodov [Closed laying of no-go pipelines]. Moscow, Strojizdat, 1993. 168 p.

3. Balandinskij E. D. and other. Bestranshe-jnaya prokladka inzhenernyh kommunikacij [Trenchless laying of engineering services]. Moscow, Centr tekhnicheskogo inzheniringa i market-inga i reklamy, 1991. 139 p.

4. Kershenbaum N. Ya., Minaev V. I. Prohod-ka gorizontal'nyh i vertikal'nyh skvazhin udarnym sposobom [Driving of horizontal and vertical wells by percussion method]. Moscow, Nedra, 1984. 246 p.

5. Shal'nov A. P. and other. Stroitel'stvo gorodskih sistem gazosnabzheniya. Spravochnik stroitelya [The construction of urban gas supply systems. The Builder Reference book]. Moscow, Strojizdat, 1976. 360 p.

6. Rukovodstvo po prohodke gorizontalnyh skvazhin pri bestranshejnoj prokladke inzhenernyh kommunikacij [Guidelines for the horizontal wells drilling in trenchless laying of engineering services] / CNIIOMTP Gosstroya SSSR. Moscow, Strojizdat, 1982. 96 p.

7. Kostylev A. D. and other. Pnevmoprobojniki v stroitelnom proizvodstve [Pneumodrilt in construction production]. Novosibirsk, Nauka, 1987. 142 p.

8. Smolyanitskij B. N. and other. Povyshenie ehffektivnosti i dolgovechnosti impul'snyh mashin dlya sooruzheniya protyazhennyh sk-

vazhin v porodnyh massivah [Increase of efficiency and durability of pulse machines for construction of extended wells in rock massifs]. Novosibirsk, Izd-vo SO RAN, 2013. 204 p.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

9. Smolyanitskij B. N. and other. Sovremen-nye tekhnologii sooruzheniya protyazhennyh skvazhin v gruntovyh massivah i tekhnicheskie sredstva kontrolya ih traektorii [Modern technologies for the construction of extended wells in soil massifs and technical means for monitoring their trajectory] [Modern technologies of construction of long wells in underground arrays and technical means of verification of their trajectory]. Novosibirsk, Izd-vo SO RAN, 2016. 237 p.

10. Tishchenko I. V. Vibroudarnoe pro-davlivanie i kombinirovannyj sposob ochistki trub ot gruntovogo kerna [Vibropercussive pipeline piercing and the integrated process for removal of a soil core from a pipe]. Stroitel'nye i Dorozhnye Mashiny. 2013, no. 11, pp. 39-42.

11. Gileta V. P., Tishchenko I. V., Vanag Yu. V. Povyshenie ehffektivnosti prohodki skvazhin met-odom vibroudarnogo prodavlivaniya [Increase in efficiency of the driving of wells by method of vibro-impact pushing]. KuzSTU, 2016, no. 6, pp. 82-88.

12. Danilov B. B. Puti sovershenstvovaniya tekhnologij i tekhnicheskih sredstv dlya bes-tran-shejnoj prokladki kommunikacij [Ways of improvement of the technologies and equipment for trenchless communications laying] // Journal of Mining Science. 2007, vol. 43 (2), pp. 171-176.

13. Gileta V. P., Smolyanitskij B. N. Prohodka skvazhin s chastichnoj ehkskavaciej grunta [Well drilling with partial soil excavation]. Stroitel'nye i Dorozhnye Mashiny. 2001, no. 4, pp. 7-9.

14. Petreev A. M., Smolyanitskij B. N., Danilov B. B. Obrazovanie skvazhin pnevmoprobojnika-

mi i gruntoprohodchikami s kolcevym instrumen-tom [Borehole driving by pneumatic punchers and impact devices with an annular instrument]. Fiziko-Tekhnicheskie Problemy Razrabotki Pole-znykh Iskopaemykh. 2000, no. 6, pp. 53-58.

15. Balovnev V. I. Fizicheskoe modelirovanie rezaniya gruntov [Physical modeling of the soil cutting]. Moscow, Mashinostroenie, 1969. 159 p.

16. Smolyanitsky B.N., Vorontsov D. S. Sozdanie oborudovaniya udarnogo dejstviya dlya prohodki skvazhin v grunte kombinirovannym sposobom [Development of equipment for impact drilling of wells in the soil in a combined way] // Mekhanizaciya stroitel'stva. 2017, vol. 78 (1), pp. 38-43.

17. Tishchenko I. V., Smolyanitskij B. N., Gile-ta V. P. Kombinirovannaya prohodka skvazhin v grunte udarnymi ustrojstvami s kolcevym instru-mentom [Combined hole-making in soil by impact devices with an annular working organ]. Journal of Mining Science. 2006, vol. 42 (6), pp. 600-609.

18. Isakov A.L., Zemtsova A. E. Zadacha o rasshirenii gruntovoj polosti pri bestranshejnoj zamene podzemnyh kommunikacij [Problem of expanding the soil cavity with trenchless replacement of underground communications]. Journal of mining science. 1998, vol. 34 (3), pp. 267-271.

19. Isakov A. L. O klassifikacii gruntov bez zhestkih strukturnyh svyazej po ih prochnostnym harakteristikam [Classification of soils without stiff structural bonds by their strength characteristics]. Journal of mining science. 2000, vol. 36 (6), pp. 541-544.

20. Zinevich V. D., Yarmolenko G. Z., Kalita E. G. Pnevmaticheskie dvigateli gornyh mashin [Pneumatic engines of mining machines]. Moscow, Nedra, 1975. 344 p.

21. Gohberg M. M. and other. Spravochnik po kranam: v 2 t. Tom 1. [Reference book of cranes]. Moscow, Mashinostroenie, 1988. 536 p.

22. Gileta V. P., Tishchenko I. V., Smoljanitskij B. N., Leonov I. P., Veber I. EH. Pnevmatich-eskaya lebedka [Pneumatic Winch]. Patent RF, no.19990114032, 2000.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

Гилета Владимир Павлович (Россия, Новосибирск) - доктор технических наук, профес-

сор, профессор кафедры проектирование технологических машин ФГБОУ ВО «НГТУ» (630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, e-mail: gileta@corp.nstu.ru); ведущий научный сотрудник лаборатории механизации горных работ Института горного дела им. H.A. Чинакала СО РАН (630091, Россия, г. Новосибирск, Красный пр., 54, e-mail: gileta@corp. nstu.ru).

Vladimir P. Gileta12 (Novosibirsk, Russian Federation) - doctor of technical sciences, professor department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University (NSTU) (630073, 20, Prospekt K. Marksa, Novosibirsk, Russian Federation, e-mail: gileta@ corp.nstu.ru); leading researcher laboratory of mining mechanization, Chinakal Institute of Mining of the Siberian Branch of Russian Academy of Sciences (CIM SB RAS) (630091, 54, Krasny avenue, Novosibirsk, Russian Federation, e-mail: gileta@corp.nstu.ru).

Тищенко Игорь Владимирович (Россия, Новосибирск) - кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории механизации горных работ Института горного дела им. H.A. Чинакала СО РАН (630091, Россия, г. Новосибирск, Красный пр.,54, e-mail: ighor.tishchienko.70@mail.ru).

Ighor V. Tishchenko (Novosibirsk, Russian Federation) - Ph. D. in Technical Sciences, senior researcher laboratory of mining mechanization, Chinakal Institute of Mining of the Siberian Branch of Russian Academy of Sciences (CIM SB RAS) (630091, 54, Krasny avenue, Novosibirsk, Russian Federation, e-mail: ighor. tishchienko.70@mail.ru).

Ванаг Юлия Валерьевна (Россия, Новосибирск) - старший преподаватель кафедры проектирование технологических машин ФГ-БОУ ВО «НГТУ» (630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса,20, e-mail: yuliya.vanag@corp.nstu. ru).

Yuliya V. Vanag (Novosibirsk, Russian Federation) - senior lecturer department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University (NSTU) (630073, 20, Prospekt K. Marksa, Novosibirsk, Russian Federation, e-mail: yuliya.vanag@corp.nstu.ru).