А.С.Кадыров, А.С. Нурмаганбетов, Б.К. Курмашева

Карагандинский государственный технический университет, Республика Казахстан

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА БУРЕНИЯ ГРУНТА ШНЕКОВЫМ РАБОЧИМ ОРГАНОМ БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА

В настоящее время в отечественной и мировой практике шнековое бурение скважин производится в основном до диаметра 600 мм [1]. При диаметрах скважин свыше 600 мм чаще всего применяются буровые установки роторного, ударно-канатного и грейферного типов. Например, при строительстве Камского автозавода для устройства свай диаметром 1000 - 1200 мм использовались станки CО - 1200 циклического действия с рабочим органом в виде желонки.

Научно-исследовательской лабораторией кафедры строительно-дорожных машин Карагандинского государственного технического университета разработан самоходный агрегат CAC - 1200 для устройства буронабивных свай диаметром 1200 мм и глубиной до 7м. Бурение скважин этим агрегатом осуществляется при помощи шнекового рабочего органа, преимуществом которого по сравнению с другими способами бурения является более высокая производительность, вследствие непрерывности процесса. Применение специальной конструкции грунтоотборщика позволяет осуществлять непрерывную погрузку грунта в транспортные средства.

Самоходный агрегат CAC - 1200 включает в себя колонну, буровой став, вращатель, стрелу с гидроцилиндрами подъема и маслостанцию, установленные на ходовой части, а также грунтоотборщик и бетоноразгрузчик. Колонна представляет собой сварную решетчатую конструкцию с двумя направляющими, по которым передвигается вращатель, соединенный крестовой муфтой с буровым ставом, состоящим из сварного шнека диаметром 1200 мм с шагом 630 мм, и трехперого долота, перья которого армированы твердым сплавом. Грунтоотборщик включает в себя трубы разных диаметров, транспортер и системы рычагов с гидроцилиндром для подъема грунтоотборщика. Верхняя труба снабжена скребками и вращается на роликах, закрепленных на нижней трубе, к которой приварен фланец с отверстием для выдачи грунта на транспортер.

Бетонозагрузчик представляет собой сварную емкость, снабженную откидным сварным лотком-удлинителем.

Производственные испытания агрегата CAC - 1200 проводились на строительной площадке Джезказганского медеплавильного завода при устройстве буронабивных свай в серо-зеленых плотных набухающих глинах. При этом исследовался процесс бурения грунта шнековым рабочим органом и анализировались затраты времени на отдельные операции. С учетом времени переезда от скважины к скважине время рабочего цикла составляет 85 минут и эксплуатационная производительность агрегата равна 5-6 сваям в смену.

Анализ полученных результатов показывает, что суммарное время рабочего цикла агрегата CAC - 1200 может быть уменьшено в основном за счет сокращения времени бурения путем оптимизации параметров бурения шнекового рабочего органа.

Поскольку шнековый рабочий орган осуществляет разрушение грунта и его транспортирование, то режим его работы определяется этими двумя функциями. Измерялась мощность, затрачиваемая на бурение и транспортирование. Средняя величина общей мощности, определенная методом пик, составляет 45 кВт. Так как номинальная мощность электродвигателя - 75 кВт, то коэффициент загрузки двигателя равен 0,6. Это свидетельствует о неполном использовании мощности электродвигателя вращателя и возможности увеличения осевого усилия на буровой став.

Средняя величина мощности транспортирования составляет 14,25 кВт, и средняя мощность электродвигателя вращателя, расходуемая на резание грунта, - 30,75 кВт.

Анализ полученных зависимостей (рисунок 1) показывает, что потребляемая суммарная мощность с возрастанием глубины от 1 до 6 м увеличивается линейно от 32 до 45 кВт и величина ее прироста на одном метре бурения скважины составляет 0,3 кВт.

Рисунок 1 - Зависимости изменения потребляемой мощности и скорости от глубины бурения

Скорость бурения при том же увеличении глубины уменьшается от 0,15 до 0,10 м/мин: или на 33 %. Снижение скорости и увеличение потребляемой на бурение мощности с увеличением глубины объясняется тем, что по мере увеличения глубины возрастает плотность грунта и его сопротивление резанию. Знание фактических затрат и закономерностей расхода мощности необходимо при выборе мощности электродвигателя механизма вращения шнекового рабочего органа.

Литература:

1. Владиславлев B.C. Разрушение пород при бурении скважин. «Недра», 1967.