автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Теория и практика создания оборудования для бурения в грунте горизонтальных скважин с пневмотранспортом разрушенного материала по вращающемуся трубопроводу

На правах рукописи

Данилов Борис Борисович

ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СОЗДАНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ БУРЕНИЯ В ГРУНТЕ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН С ПНЕВМОТРАНСПОРТОМ РАЗРУШЕННОГО МАТЕРИАЛА ПО ВРАЩАЮЩЕМУСЯ ТРУБОПРОВОДУ

Специальность 05.05.04 - "Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины "

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук *. п ,. г г

1 и ¿иьЭ

Новосибирск - 2009

003483647

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте горного дела Сибирского отделения РАН

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Смоляницкий Борис Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Мамегтьев Леонид Евгеньевич; доктор технических наук, профессор Галдин Николай Семенович; доктор технических наук, профессор Каргин Владимир Анатольевич.

Ведущая организация - Новосибирский государственный

архитектурно-строительный университет (Сибстрин)

Защита состоится 03 декабря 2009 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 003.019.01 при Институте горного дела Сибирского отделения РАН по адресу: 630091, г. Новосибирск, Красный проспект, 54.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГД СО РАН.

Автореферат разослан « 02 » ноября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук >

Попов Н.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Особенностью современного строительства подземных коммуникаций в городах является быстрое увеличение масштабов применения бестраншейных способов. Основными причинами этого является возрастание интенсивности транспортных потоков, расширение наземных транспортных магистралей, увеличение плотности застройки территорий, высокая насыщенность подземного пространства различными коммуникациями и связанный с этим переход подземного строительства на более глубокие горизонты. В результате бестраншейные способы прокладки все чаще становятся единственно возможными методами ведения строительных работ.

Сдерживающим фактором, при этом, часто является уровень технических возможностей бестраншейных технологий и соответствующего оборудования. Необходимо существенное увеличение предельных возможностей оборудования по длине переходов, улучшение его санитарно-экологических показателей по шуму и вибрации, обеспечение сохранности зданий и сооружений, находящихся в непосредственной близости к зоне ведения и т.д. Решение этих задач является необходимым условием дальнейшего увеличения масштабов использования бестраншейных способов строительства подземных коммуникаций.

В последние годы в подземном строительстве расширилось применение установок направленного горизонтального бурения. Однако использование их в городских условиях связано с риском разрушения дорог, магистралей, других объектов, под которыми сооружаются скважины. Причиной этого является сам принцип гидравлического бурения, связанный с опасностью размывания каверн, вздутия дневной поверхности и другими последствиями использования бурового раствора, поступающего в скважину под большим давлением.

В связи с изложенным, исследования, направленные на создание новых технических средств для сооружения в грунте горизонтальных подземных каналов, являются актуальными.

Целью работы является обоснование принципиальной схемы и параметров способа бурения в грунте горизонтальных скважин, и создание технических средств для его реализации, обеспечивающих временную устойчивость скважин уплотнением части грунта с одновременным удалением его большей части воздушным потоком.

Идея работы заключается в формировании скважин с разделением грунта на две части, меньшая из которых уплотняется в стенки скважины для поддержания их устойчивости, а основная - разрушается и в виде пластичной или сыпучей массы поступает во вращающийся трубопровод, по которому затем транспортируется воздушным потоком. Объект исследований: скважинообразующий инструмент, разрушающий и разделяющий разрабатываемое грунтовое пространство на уплотняемую и удаляемую части;

- пневмотранспортная система с вращающимся шламопроводом, являющаяся выхлопным трактом пневмоударного механизма;

- пневмоударный механизм, являющийся генератором ударных импульсов, направленных на инструмент, и источником очистного агента для транспортирования разрушенной породной массы.

Предмет исследований:

- закономерности деформирования грунтового массива совместным действием статического усилия и ударных импульсов, определяющие устойчивость стенок скважины;

- закономерности движения частиц и порций разрушенной породной массы внутри вращающегося трубопровода под действием потока очистного агента;

- закономерности динамики пневмоударного механизма, работающего в условиях избыточного давления в выхлопном тракте, возникающего при транспортировании породной массы.

Задачи исследований:

- обоснование принципиальной схемы комплекса оборудования дня бурения горизонтальных скважин с частичным разрушением грунта и последующим его

удалением по вращающемуся трубопроводу, определение значений основных конструктивных, динамических и энергетических параметров его основных систем и элементов;

- выявление особенностей динамики взаимодействия рабочего органа с грунтовым массивом при одновременном воздействии статического усилия и ударных импульсов, определение области рациональных значений величин этих воздействий;

- определение динамических и конструктивных параметров пневмотранспортной системы, позволяющих реализовать эффективное удаление продукта бурения;

- исследование динамики пневмоударных механизмов и определение значений основных конструктивных и энергетических параметров, обеспечивающих возможность совместной работы с пневмотранспортной системой;

- создание комплекса технологического оборудования, реализующего идею сооружения скважин методом частичного уплотнения грунта статическим и импульсным воздействием на рабочий орган, и удаления части грунта по вращающемуся трубопроводу, экспериментальное исследование его рабочего процесса, испытания в полевых и производственных условиях.

Методы исследований. В работе применен комплексный подход, включающий анализ известных исследований и научно-технических разработок по теме работы, постановку и проведение теоретических и экспериментальных исследований методами математического и физического моделирования, с применением теории динамического подобия, методов многофакторной оптимизации.

Основные научные положения, защищаемые автором: 1. При горизонтальном направленном бурении скважин в грунтах достижение временной устойчивости скважин, исключение образования в грунте каверн и последующих просадок дневной поверхности обеспечивается разделением грунтового массива на уплотняемую в стенки скважины часть и удаляемую из нее транспортированием сжатым воздухом по горизонтальному вращающемуся

трубопроводу постоянного ссчения в сочетании с одновременным приложением к буровому инструменту статического и импульсного воздействия.

2. При сооружении скважин с уплотненными стенками в связных грунтах комбинированным способом область рациональных значений соотношения объема грунта, вдавленного в стенки скважины, к площади ее поверхности, находится в интервале значений от 11 до 23.

3. Существует область значений параметров статического и импульсного воздействия на буровой инструмент, в которой скорость его внедрения не изменяется при уменьшении энергии импульсов и при соответствующем повышении их частоты.

4. Вращение горизонтального трубопровода вокруг своей оси обеспечивает движение разрушенной при бурении породной массы воздушным потоком, скорость которого не менее чем в полтора раза ниже, необходимой для аэродинамического транспортирования этой массы в неподвижном трубопроводе.

5. Породная масса с разрушенными структурными связями между частицами или группами частиц может перемещаться потоком очистного агента по внутренней полости вращающегося трубопровода порциями, в виде пластичного поршня. Существует область рациональных значений внутреннего диаметра трубопровода, при котором давление воздуха, необходимое для движеиия порции, в слабой мере зависит от ее массы. Для диапазона диаметров буримых скважин до 600 мм рациональным значением является диаметр трубопровода от 180 до 200 мм.

6. Область рациональных значений основных конструктивных параметров бесклапанного пневмоударного механизма не изменяется при увеличении противодавления в выхлопном тракте. При этом ударная мощность уменьшается в 1,3 раза быстрее, чем расход воздуха, что является важным условием устойчивости работы шламотранспортной магистрали.

Достоверность научных результатов. Достоверность научных положений и выводов обеспечена использованием проверенных методов теоретических и

экспериментальных исследований, достаточным объемом и сходимостью их результатов.

Новизна научных положений.

1. Обоснована принципиальная схема установки горизонтального бурения, в которой для достижения временной устойчивости скважины, исключения образования в грунте каверн и последующих просадок дневной поверхности на скважинообразующий инструмент воздействуют одновременно статической и импульсной нагрузками, грунт при этом разделяется на уплотняемую в стенки скважины часть и удаляемую из нее транспортированием сжатым воздухом по горизонтальному вращающемуся трубопроводу постоянного сечения.

2. Получены зависимости, позволяющие определить соотношение объемов удаляемой части грунта и части, уплотняемой в стенки скважины, и установлен интервал - от 11 до 23 - значений соотношения объема грунта, вдавленного в стенки скважины, к площади ее поверхности, в пределах которого на стенках скважины грунт достигает плотности, достаточной для обеспечения ее временной устойчивости.

3. Установлена зависимость скорости внедрения инструмента в грунт от параметров статического и импульсного воздействия и определена область значений этих параметров, в которой уменьшение энергии импульсов при соответствующем увеличении их частоты не приводит к уменьшению скорости.

4. Установлена скорость потока воздуха, необходимая для транспортирования разрушенной породной массы по вращающемуся трубопроводу, при которой ее движение происходит непрерывно, без образования неподвижного подстилающего слоя. Определены параметры воздушного потока при дискретном перемещении порций грунтовой массы в виде пластичного поршня. Экспериментально доказана надежность транспортирования грунта, включая крупные фракции (до 0,5 диаметра транспортного канала) по горизонтальному вращающемуся трубопроводу воздушным потоком, скорость которого в полтора и более раз ниже значений, необходимых для транспортирования по неподвижному трубопроводу.

5. Определен диапазон диаметров вращающегося транспортного трубопровода, при котором не происходит закупоривание канала грунтовой массой при ее перемещении воздушным потоком давлением 0,6 МПа при расходе 0,15 кг/с.

6. Установлены закономерности изменения динамических параметров бесклапанных пневмоударных механизмов при увеличении противодавления в выхлопном тракте и области значений основных конструктивных факторов, при которых обеспечивается транспортирование разрушенной породной массы воздухом, отработанным пневмоударным механизмом.

Личный вклад автора состоит в обобщении известных результатов, постановке проблемы и задач исследований, выборе направления совершенствования технологического процесса и технических средств для сооружения подземных каналов, разработке и реализации методик экспериментальных исследований, разработке математических моделей и их численной реализации, обработке и анализе результатов, проведении натурных и производственных испытаний, внедрении в производство работ по бестраншейной прокладке подземных коммуникаций экспериментального образца нового бурового комплекса.

Практическая ценность. Предложена методика расчетов параметров бурового устройства, позволяющего реализовать новую технологию «сухого» бурения горизонтальных подземных скважин без применения буровых растворов или других дополнительных материалов для укрепления стенок скважин и транспортирования продукта бурения. Обоснована перспективность создания комплекса технических средств с комбинированным способом образования скважин и использованием воздушного потока для удаления из скважин продукта бурения. Определены основные параметры и разработан новый буровой комплекс для бурения в грунте скважин диаметром до 500 мм и длиной до 100 м при бестраншейной прокладке подземных коммуникаций. Экспериментально в полевых условиях и при производственных испытаниях доказана его работоспособность и положительный по сравнению с аналогами эффект от его применения.

Реализация работы. Полученные результаты использованы при создании экспериментального образца бурового комплекса, который в настоящее время используется на строительных объектах г. Новосибирска для бестраншейной прокладки подземных коммуникаций.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на международных конференциях «Фундаментальные проблемы формирования техногенной геосреды» (г. Новосибирск, 2006, 2008 гг.), 21 Всемирном горном конгрессе (г. Краков, Польша, 2008), Всероссийской научно - технической конференции «Политранспортные системы» (г. Новосибирск, 2009), на отчетных сессиях ИГД СО РАН (г. Новосибирск, 2006 - 2009 гг.)

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 22 печатных работах, включая 5 авторских свидетельств и 4 патента.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 246 страницах и состоит из введения, шести глав, заключения, списка используемой литературы из 152 наименований и приложений. Диссертация содержит 70 рисунков, 32 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, указаны её цели, основные научные положения, защищаемые автором, и результаты исследования.

В первой главе дается общая характеристика проблем сооружения горизонтальных подземных каналов при строительстве подземных коммуникаций различного назначения. Бестраншейные способы сооружения коммуникаций играют все более важную роль в подземном строительстве современных городов. Возрастание интенсивности транспортных потоков, высокая насыщенность подземного пространства городов коммуникациями, переход подземных сооружений на более глубокие горизонты являются основными причинами того, что бестраншейные способы становятся единственно возможными методами ведения строительных работ. В современных городах не только расширяются транспортные магистрали, но и возрастает степень благоустройства прилегающих

к ним территорий, увеличивается плотность их застройки. Поэтому бестраншейные способы все чаще применяются на участках строительства коммуникаций вдоль магистралей, повсеместно вытесняя открытые способы. Таким образом, сказанное выше свидетельствует о необходимости существенного увеличения технических возможностей оборудования по предельно возможной длине бестраншейных переходов.

Большое значение придаётся и санитарно-экологическим показателям технологического оборудования. Ужесточаются требования по загрязнению окружающего пространства, уровню шума, вибрации прилегающего грунтового массива. Последнее связано с обостряющейся проблемой сохранности зданий и сооружений, находящихся в непосредственной близости к зоне ведения работ.

В настоящее время в подземном строительстве расширилось применение установок направленного горизонтального бурения. Однако использование их в городских условиях связано с риском разрушения дорог, магистралей и других объектов, под которыми сооружаются скважины. Причина этого заключается в технологических особенностях использования бурового раствора, поступающего в скважину под большим давлением.

В работе выполнен обзор и технический анализ средств, используемых для прокладки подземных каналов. Разработана классификация способов сооружения скважин, в основу которой положены главные признаки, отражающие физическую сущность процесса образования скважины (рис.1). Предложенная классификация позволила выявить характерные признаки и свойства новой технологии сооружения скважин.

Подавляющее большинство проходческого оборудования, применяющегося в строительной практике, относится к устройствам, формирующим скважину путем удаления грунта (например, бурение), либо без удаления, за счет его уплотнения в массив (прокол). Но бурение требует дополнительных мер по поддержанию скважины в устойчивом состоянии, а прокол обеспечивает эту устойчивость за счет высоких энергозатрат на уплотнение грунтового массива. Между тем, способ сооружения скважин методом частичного уплотнения грунта

обладает потенциальной возможностью формирования устойчивой скважины с использованием свойств самого грунта, без применения каких-либо дополнительных материалов. Большую часть породной массы в этом случае необходимо удалять из скважины и лишь незначительную - уплотнять.

Рис. 1 - Классификация способов сооружения скважин

Вопросы, связанные с проходкой скважин комбинированным способом, рассматривались в работах Х.Б. Ткача, В.П. Гилеты, A.M. Петреева, Д.С. Воронцова, И.В.Тищенко. Результаты этих работ говорят о реальной возможности создания прогрессивной технологии проходки с частичным уплотнением грунта в стенки скважины. Имеются предпосылки снижения энергии импульсного воздействия на грунтовый массив за счет одновременного приложения статического усилия. Об этом свидетельствуют исследования, проведенные A.JI. Исаковым, В.А. Григоращенко. Возможно создание сухого технологического процесса, который может использоваться круглый год, включая периоды отрицательных температур. Основой такой технологии может являться процесс механического горизонтального бурения. Важной проблемой, которую

необходимо при этом решить, является удаление разрушенной породы из скважины. Использование сжатого воздуха в качестве очистного агента позволит существенно упростить технологию. Но для достижения высокой надежности транспортирования необходимы технические решения, обеспечивающие устойчивое движение разрушенного породного материала при низкой скорости воздушного потока.

Во второй главе обоснованы основные принципы построения технологического процесса горизонтального бурения с удалением грунта воздушным потоком и формированием устойчивых стенок скважины уплотнением, определен размер уплотняемой части грунта.

При выборе способа сооружения скважин и используемых при этом видов силового воздействия на грунтовый массив, учитывались результаты анализа достоинств, недостатков и перспектив развития различных методов проходки скважин, и экспериментальной проверки эффективности возможных способов улучшения технических показателей этих методов.

Для оценки перспектив и эффективности использования одновременного действия статического и импульсного усилий на образующий скважину рабочий орган были использованы результаты экспериментов, суть которых состояла в следующем. В процессе забивания в грунт стальной трубы диаметром 325 мм, к ее переднему заостренному концу через предварительно проложенную пионерную скважину диаметром 80 мм прикладывалось тяговое усилие величиной 250 кН. Ударные импульсы с энергией 1800 Дж и частотой около 3,2 Гц генерировались серийным пневмомолотом М - 200, закрепленным на заднем торце трубы. Задача исследования заключалась в определении величины внедрения трубы за один удар и скорости внедрения при действии статического усилия, и без него.

На рис. 2 отражен характер перемещений поперечных сечений трубы под действием ударных импульсов и усилия тяги. Во время действия статического усилия появились три всплеска амплитуды перемещения поперечного сечения трубы, вместо одного. Перемещение поперечных сечений приобрело характер

затухающих колебаний. Наиболее вероятно, что в этом случае происходит уменьшение коэффициента трения на поверхности контакта трубы с грунтом.

Рис. 2 - Перемещение поперечных сечений трубы под действием ударного импульса

В целом, действие статического усилия заметным образом изменило количественные показатели процесса. Остаточное перемещение после удара увеличилось в несколько раз. Скорость внедрения возросла с 2,5-3 м/ч до 25 - 30 м/ч. Следовательно, применение статического усилия позволяет уменьшить необходимую энергию ударных импульсов.

Задачей второго эксперимента являлось сравнение эффективности процесса пневмоударного внедрения полого стального кожуха в грунт при изменении энергии ударных импульсов, и при уменьшении присоединенной грунтовой массы, поступающей во внутреннюю полость трубы. Ниже приведены данные, полученные при забивании стального кожуха диаметром 325 мм на длину 40 м в глиняный массив плотностью около 1,8-2 г/смЗ с влажностью ~ 20 %. За критерий эффективности процесса было принято время внедрения участка трубы длиной 0,5 м, которое измерялось через промежутки длины, равные 1м.

Для генерирования ударных импульсов поочередно использовались две серийно выпускаемые машины СО-134 и М-200, существенно отличающиеся по массе и энергетическим параметрам (табл. 1). При уменьшении скорости внедрения периодически производилась очистка внутренней полости трубы от грунта.

ТАБЛИЦА 1. Основные характеристики используемых машин

Тип машины Энергия удара, Дж Масса ударника, кг Частота удара, Гц

СО-134 550 75 5,0

М-200 1800 270 3,1

Полученный результат представлен на рис. 3 в виде зависимости времени внедрения в грунт участков кожуха от длины погруженной в грунт части кожуха при разных энергетических параметрах генератора ударных импульсов. На графике цифрой I показаны участки, где в качестве генератора импульсов использовалась ударная машина СО-134, цифрой II - участки, где использовалась ударная машина М-200. На интервалах длины, обозначенных на графике вертикальными линиями, производилась выемка набранного внутрь трубы грунта, после чего забивка трубы продолжалась.

6000 5500 5000 4500 4000 3500

1

8 3000 ад

2500 2000 1500 1000 500 0

1

Ч-

— ---Л

0 2,5 5 Внедрение, м

I_

7,5 1С 12,5 15 17,5 20 22,5 25 27,5 30 32,5 35 37,5 40

' ' 1_] ш и

II1-

II

I I I

Рис. 3 - Зависимость времени внедрения единичной длины кожуха от общей длины внедрения. I, II -участки, забивание на которых производилось машинами СО-134 и М-200

Установлено, что очистка внутренней полости трубы от набранного грунта приводила к заметному возрастанию скорости внедрения. По мере того, как труба вновь наполнялась грунтом, скорость внедрения уменьшалась. Это хорошо согласуется с результатами исследований В.А. Григоращенко. В то же время более чем трехкратное увеличения энергии удара, в данных грунтовых условиях, заметным образом на скорость внедрения трубы не влияло. По этому технологические процессы, предусматривающие непрерывное удаление разрушенного грунта, потенциально имеют наилучшие перспективы достижения

высокой производительности. Это свидетельствует в пользу того, что способ механического бурения целесообразно принять за основу новой технологии проходки скважин, так как он сочетает в себе возможность использования статического усилия и импульсного воздействия на инструмент, и непрерывного удаления разрушенного материала.

Исключение из рабочих котлованов отработанного бурового раствора за счет транспортирования разрушенного грунта сжатым воздухом делает предпочтительным выбор технологической схемы с расположением бурового станка в рабочем котловане по оси сооружаемой скважины. Это дает возможность избежать потерь усилия подачи рабочего органа, связанного с изгибом буровой колонны, как в случае установки станка на поверхности. Для сооружения скважин большой протяженности необходимо предусмотреть возможность корректировки траектории скважин в процессе проходки. Легче всего такая возможность обеспечивается при разделении процесса на два этапа. Первый этап предусматривает прокладку пионерной скважины малого диаметра. На этом этапе наиболее просто осуществить корректировку направления скважины при ее отклонении от расчетной траектории. Второй этап предусматривает расширение скважины до проектного диаметра при обратном движении расширителя. При этом устраняется опасность потери устойчивости буровой колонной, так как к ней приложено тянущее, а не толкающее усилие. Технологическая схема процесса представлена на рис. 4.

^Шг-г < и - ь— \1/

Ц»*/"" 1! \ -I / .и

Рис. 4 - Технологическая схема проходки скважин: а - бурение пилотной скважины; б - расширение скважины и затягивание кожуха. 1 - пневмоударный механизм; 2 - буровая колонна; 3 - буровой станок; 4 - приемный котлован

Важное значение в технологическом процессе бурения имеет надежность транспортирования разрушенной породной массы. С помощью воздуха по трубам транспортируют в основном сыпучие мелкозернистые и пылевидные грузы. Недостатком пневмотранспортных систем является высокий расход энергии. Этот недостаток обусловлен самим принципом движения частиц материала в газовом потоке. Для процесса транспортирования в неподвижной трубе важны силы, удерживающие частицы во взвешенном состоянии. Это аэродинамическая подъемная сила и силы турбулентности. Для создания этих сил необходима высокая скорость воздушного потока, связанная со значительным увеличением расхода воздуха.

Проблема усугубляется тем, что транспортирование разрушенной породной массы практически во всех установках горизонтального бурения осуществляется по затрубному пространству между буровой колонной и поверхностью скважины, используемому в качестве транспортного канала. Поперечное сечение такого канала имеет форму полумесяца или кольца. С точки зрения как гидродинамических, так и аэродинамических качеств, такие формы транспортного канала являются неблагоприятными.

Надежность транспортирования разрушенной при бурении породной массы воздушным потоком можно обеспечить сочетанием двух технических решений:

- использованием в качестве транспортного канала размещенного в скважине трубопровода;

- вращением трубопровода вокруг своей продольной оси, в процессе транспортирования по нему грунта, например, вместе с инструментом, формирующим скважину.

Основанием для такого утверждения является то, что аэродинамические качества такого шламопровода гораздо выше, чем у затрубного пространства. Кроме того, физическая картина движения частиц во вращающемся трубопроводе отличается от рассмотренной выше. При повороте трубопровода на некоторый угол частицы материала, соскальзывая по стенке трубы, фактически сбрасываются в газовый поток. Отсутствует необходимость подъема частиц со

дна трубопровода и удержания их во взвешенном состоянии. Движение вдоль оси вращающегося трубопровода может происходить при гораздо меньшей скорости потока. При этом исключается или значительно затрудняется возможность образования подстилающего слоя из осевших на дно частиц. Следовательно, повышается надежность транспортирования.

Следующей важной задачей является определение размера той части грунта, которую в процессе проходки необходимо вдавливать в стенки скважины. Очевидно, что чем меньше эта часть, тем ниже энергоемкость процесса проходки. В тоже время, чрезмерное снижение её объема может привести к недостаточному упрочнению стенок формируемой скважины и появлению опасности ее обрушения. Излишнее уплотнение также может приводить к ухудшению устойчивости скважины, в связи с чрезмерным расширением зоны вокруг скважины, где разрушена естественная структура грунта.

Показателем степени уплотнения грунта на стенках скважины может являться отношение объема грунта, вдавленного в стенки, к площади поверхности скважины. Это отношение можно выразить в следующем виде:

V/S, = S- В /(л- dl В) или V/S, = S/L, где 5/ - площадь поверхности скважины;

V- объем грунта, вытесненного в стенки скважины;

S - площадь поперечного сечения вытесняемого слоя грунта;

L - длина окружности скважины; В - длина скважины.

Соотношение S/L характеризует процесс уплотнения вне зависимости от способа, которым пройдена скважина. Обозначив это соотношение через h, можно определить, что для пневмопробойника с диаметром корпуса D* показатель уплотнения:

h = S* /л£>* = £>*/4. (1)

Показатель уплотнения h для кольцевого инструмента выражается соотношением: h - [D2 - (D - 2Н)2] / 4D Н(1 - H/D), (2)

где Н - толщина кольца.

Из (1) и (2) следует, что кольцевой инструмент может обеспечить такую же степень уплотнения стенок скважины, как пневмопробойник диаметром /)*, образованной скважины, если толщина кольца удовлетворяет условию

Н>й(1- ^£НУ]Б)12. (3)

Таким образом можно определить какой должна быть толщина кольца, внедряемого в грунтовый массив, чтобы показатель уплотнения грунта на поверхности скважины был таким же, как для пневмопробойника с диаметром корпуса О*. Это позволяет использовать для решения задачи известные результаты исследований взаимодействия корпуса пневмопробойника с грунтом, проведенных коллективом специалистов под руководством А.Д. Костылева.

На основе анализа и обработки результатов исследований взаимодействия с грунтом корпуса пневмопробойника получена зависимость плотности грунтового слоя непосредственно на стенках скважины от соотношения 5л£ для двух типов грунтов, отличающихся исходной плотностью. Плотность грунта на стенках скважины дана в относительных единицах р/р0. За единицу принята его исходная плотность "ро".

В соответствии с представлениями механики грунтов, на участке значений Б/Ь от 18 до 24 (рис. 5) происходит переход процесса деформации фунта в иное качество с заметным снижением интенсивности роста относительной плотности, сопровождающимся разрушением грунтовых слоев.

Рис. 5 - Зависимость относительной плотности грунта на стенках скважины от соотношения Б/Ь.

1 - суглинок: р = 1,84 г/см3, С = 6-7;

2 - супесь: р = 1,71 г/см3, С = 9 - 11

Если величину плотности стенок скважины при Б/Ь = 62,5 (для пневмопробойников с диаметром корпуса равным 250 мм) принять за 100 %, то нетрудно установить, что в диапазоне значений Б/Ь от 11 до 23 достигается от 60 до 96,5 % максимальной плотности. При дальнейшем увеличении соотношения Б/1 в 2,7 раза плотность стенок возрастает всего на 3,5 %.Следовательно, приведенные значения соотношения Б/1 являются искомыми границами диапазона. Таким образом, при проектировании рабочего органа устройства для сооружения скважин комбинированным способом рекомендуется интервал значений Б/Ь от 11 до 23, что соответствует показателю плотности грунта на стенках скважины, формируемой пневмопробойником с диаметром корпуса от 45 до 90 мм. В соответствии с формулой (3) для диапазона диаметров скважин от 250 до 630 мм толщина слоя, уплотняемого в стенки скважины, должна находиться в пределах 14 - 25 мм. Нижние значения диапазона предпочтительны для плотных, прочных грунтов, верхние - для рыхлых.

В третьей главе приведены результаты исследования процесса внедрения в грунтовый массив инструмента, к которому одновременно приложено статическое усилие, крутящий момент и ударные импульсы. Одна из главных проблем технологии сооружения скважин с применением ударных импульсов — достижение достаточной энергии удара для эффективного внедрения инструмента в упруго-пластичную среду. Суть проблемы заключается в низкой эффективности воздействия ударного импульса, большая часть которого поглощается упругой составляющей реакции грунтового массива.

Перспективным направлением развития пневмоударного способа является повышение его производительности за счёт увеличения эффективности воздействия ударного импульса, путем приложения к инструменту дополнительного статического усилия, направленного в сторону действия ударных импульсов. Согласно предварительным результатам это позволит увеличить скорость внедрения и уменьшить при этом энергию ударных импульсов.

Задачей исследования является определение значений параметров импульсного воздействия во взаимосвязи с величиной статического усилия при бурении скважин диаметром до 530 мм. Задача решена методом проведения вычислительных экспериментов на математической модели. Математическое описание процесса построено на основе известного решения задачи о равновесном состоянии кольцевого слоя грунта с нагруженной изнутри полостью, предложенного д.т.н. А.Л. Исаковым, для описания динамики движения инструмента при расширении скважины одновременно с разрушением старого трубопровода в процессе его замены. Отличие бурового процесса заключается в отсутствии затрат энергии на разрушение старого трубопровода и в уплотнении не всего объема грунта, а только его части, величина которой определена в предыдущей главе. Расчетная схема бурового процесса изображена на рис. 6. По пионерной скважине диаметром 2Я0, движется инструмент в виде расширителя конической формы диаметром 2Щ с углом при вершине 2р. К расширителю вдоль оси пионерной скважины приложена сила Р„, создаваемая буровым станком. Движение расширителя происходит в результате повторяющихся с частотой п ударно-импульсных воздействий с энергией А„, передаваемых от генератора ударных импульсов. Часть грунта при этом уплотняется в радиальном направлении, а часть поступает в шламопровод и удаляется из скважины.

4

Рис. 6 - Схема расширения 2Е<> грунтовой полости: 1 - расширитель; 2 - уплотненная зона; 3 - расширенная скважина;

4 - генератор ударных импульсов;

5 - шламопровод;

Я1 - эквивалентный диаметр уплотняемой зоны

В общем случае перемещение инструмента вперед, при внедрении его в упруго пластичную среду под действием ударного импульса и статического усилия, определяется формулой:

X-4>- , (4)

" г.+Р.-Р.

где Л, - энергия, приобретенная инструментом за один удар; У, - сила лобового сопротивления;

- сила бокового сопротивления; Кн - дополнительное статическое усилие.

Из известного решения плоской задачи о равновесном состоянии кольцевого слоя грунта с нагруженной изнутри полостью определяются значения усилий, входящих в (4):

/г=2,Д±*^яГ/г.р(Я).,ж, (5)

\-k-tgp }а

где к - коэффициент трения инструмента о грунт;

¡3 - угол наклона образующей конуса к оси симметрии инструмента; К - радиус инструмента;

Р{Я) - полное давление грунта на коническую поверхность. Поскольку расширитель вращается, то сопротивление по боковой поверхности его линейному движению пренебрежимо мало. Равнодействующая сил }■'(,, приложенных к расширителю в фазе его перемещения вперед, вдоль пионерной скважины, равна:

(6)

Тогда перемещение расширителя вперед «о за один удар определится так:

* „=А (7)

Ра

Второй фазой процесса может являться обратное перемещение расширителя вследствие упругой реакции грунтового массива. В момент остановки расширителя на его контакте с грунтовой полостью будет действовать давление, обусловленное реакцией грунта. Наибольшая эффективность процесса достигается, если эта реакция полностью компенсируется усилием

тяги бурового станка. Если нет, то величина некомпенсированного давления упругой реакции грунта, определяется выражением:

г(д,2-д02) 1 + к '

р =-

упр

(8)

В этом случае радиальные перемещения границы грунтовой полости и0 определят отход расширителя назад:

Щ =и0щр. (9)

Остаточное перемещение н-, расширителя за один ударный цикл равно

И-, =«■„-)?„. (10)

А скорость движения расширителя оценивается выражением

У = Ч-п, (11)

где п - частота ударов.

Результаты расчетов значений динамических параметров отражены на рис. 7 в виде зависимости скорости внедрения от статического усилия при двух уровнях величины ударной мощности. Ударная мощность имеет одинаковую величину, но различную структуру.

Ум/ч 40

30

20

10

0

3 \ „ Ж

\ 2

/

50

100

150

200 Бн

Рис. 7 - Зависимость скорости внедрения расширителя от величины и структуры ударной мощности

1 - ,4=600 Дж, у =5 1/с;

2-Л=300 Дж, 1/=10 1/с;

3-/4=150Дж, у=20 1/с.

Анализ результатов позволяет сделать вывод о том, что структура ударной мощности импульсного воздействия в достаточно широком диапазоне ее изменения не влияет на скорость внедрения инструмента в массив, если величина статического воздействия равна или превышает упругую реакцию фунтового

массива. Следовательно, скорость линейного перемещения инструмента, может достигаться за счет увеличения частотной компоненты ударной мощности при снижении энергии импульсного воздействия. Это позволит уменьшить вибрационную и шумовую нагрузку на грунтовый массив и окружающее пространство.

Четвертая глава посвящена исследованию процесса транспортирования разрушенной породной массы воздушным потоком. Как отмечалось выше, физическая картина движения частиц во вращающемся трубопроводе имеет отличительные особенности. При повороте трубопровода на некоторый угол частицы материала, соскальзывая по стенке трубы, принудительно сбрасываются в газовый поток. Отсутствует необходимость подъема частиц со дна трубопровода и удержания их во взвешенном состоянии потоком воздуха. Поэтому можно предполагать, что движение частиц вдоль оси вращающегося трубопровода может происходить при гораздо меньшей скорости потока.

Задача исследования состояла в определения динамических и конструктивных параметров, при которых реализуются указанные потенциальные достоинства предложенного технического решения. В соответствии с представлением о физической сущности процесса движения породных частиц во вращающемся трубопроводе, расчет параметров транспортной системы следует начать с определения силы сопротивления. В нашем случае - силы трения частицы о поверхность трубопровода в фазе начала ее движения вниз под действием силы тяжести. Это произойдет при повороте трубопровода на некоторый угол а, при котором сила трения частицы о стенку становится равной скатывающей силе. Значение угла определяется так:

где к- коэффициент трения.

Условие равенства силы трения и силы лобового давления воздушного потока на частицу:

а = аг^(к) ,

(12)

где ц! - коэффициент сопротивления, зависящий от формы частицы; 5 - площадь миделева сечения частицы; IV - скорость обтекания частицы воздухом; рв - плотность воздуха.

Числовые величины и коэффициент сопротивления у/ можно заменить одним общим коэффициентом А, учитывающим форму и размеры частиц. Транспортируемые частицы также заменяются на эквивалентные, имеющие форму шара, диаметром ^. В результате получим:

Г = 0,7 Ар^-, (14)

V Рв

где ри - плотность материала.

Коэффициент 0,7 в формуле (14) характеризует степень влияния вращения трубопровода вокруг оси на снижение величины необходимой скорости воздушного потока. Скорость в этом случае примерно в 1,5 раза меньше по сравнению с обычными пневмотранспортными системами. Диаметр шламопровода определяется так:

а = (15)

где Q - объемный расход воздуха или подача компрессора.

Диаметр шламопровода определяет производительность и концентрацию твердой фазы в потоке. Производительность можно считать величиной заданной через скорость продольного перемещения инструмента. Тогда концентрация определится из выражения:

М = (16)

4 п-е

где й, - эквивалентный диаметр скважины, V,, - скорость подачи инструмента.

Эквивалентный диаметр меньше геометрического диаметра скважины на величину, которая определена во второй главе, как часть грунта, уплотняемая в стенки скважины. Таким образом, установлены основные исходные

величины, необходимые для инженерного расчета остальных параметров транспортной системы, в том числе и перепада давления на входе и выходе транспортной системы.

В практике подземного строительства часто прокладка скважин осуществляется в грунтах с повышенной влажностью. Транспортирование увлажненной грунтовой массы возможно в другом режиме работы пневмотранспортной системы. Скорость потока очистного агента должна быть еще ниже, чтобы сила лобового давления на частицу была гарантированно меньше силы ее трения о стенку трубопровода. В этом случае поступающая в процессе бурения грунтовая масса скапливается на входе трубопровода до момента его полного закупоривания. Вследствие вращения трубопровода происходит равномерное распределение этой порции грунта по всему сечению трубопровода. Таким образом, формируется грунтовая пробка, которая под действием давления воздуха движется по трубопроводу, как поршень в цилиндре. Вращение трубопровода способствует уменьшению силы трения грунтового поршня - пробки о стенки трубопровода и сохранению его целостности и поршневых свойств в процессе движения.

На грунтовый поршень в процессе его движения действует сила давления воздуха и сила трения о стенку трубопровода. Сила трения включает в себя две составляющие: вызванную силой тяжести, и обусловленную давлением грунтового скелета на стенки трубопровода. Все перечисленные силы зависят, в числе прочих факторов, от диаметра трубопровода. К другим факторам, определяющим работоспособность и эффективность пневмотранспортной системы, откосятся расход воздуха, перепад давлений, размер транспортируемых порций. Задачей исследования является изучение характера взаимосвязи факторов и установление их рациональных значений.

Дня определения динамических и конструктивных параметров пневмотранспортной системы разработана математическая модель, описывающая процесс движения грунтового поршня но трубопроводу. Расчетная схема процесса представлена на рис. 8.

3

Ро , г:-'? '¡г'1 Ре

у С) у (0+1

Рис. 8 - Расчетная схема процесса транспортирования грунтового поршня Уравнение движения единичного слоя грунтового поршня в произвольном сечении:

(17)

йг ах

где у{() - текущая координата края поршня по оси х; t - время;

Рс- давление грунтового скелета в произвольном сечении (Рс=/(х,())\ к - коэффициент трения грунта о стенку трубопровода; Я - ускорение свободного падения; р - плотность материала;

4 к-р

а =-—,

й

где р- коэффициент распора грунта, Б - диаметр трубопровода. Из уравнения (17) после интегрирования по х следует:

— 8к,

(18)

ре — ] где (. - длина фунтового поршня;

Ра- давление перед грунтовым поршнем;

Ра - атмосферное давление.

Давление газа перед пробкой определяется из уравнения состояния при допущении о том, что скорость поступления газа не зависит от его давления в полости трубопровода:

р (19)

V Б-АО

где С0 - начальная масса газа перед поршнем; С - скорость поступления газа; 51 - площадь сечения трубопровода;

Решение уравнения (18) позволяет определить закон движения пробки >'(/) и давление газа перед поршнем .

В начальный момент движения = о, тогда из (18) следует:

р (20)

а

Установившаяся скорость движения поршня:

вЯТа пи

0 =-;- . (¿1)

Таким образом, предложенная математическая модель процесса движения грунтового поршня в трубопроводе позволяет определить необходимую для движения величину давления на входе в трубопровод, скорость и время движения грунтового поршня при известной его массе и определенной длине трубопровода. Диапазон изменения массы грунтового поршня при различных диаметрах трубопровода определялся экспериментально. В расчетах учитывались крайние значения выявленного диапазона.

По результатам расчетов на модели построена зависимость давления в шламопроводе от массы транспортируемой порции для различных диаметров трубопровода (рис. 9). На рис. 10 приведена зависимость скорости движения порций различной массы от диаметра трубопровода. Анализ полученных данных показывает, при малых диаметрах шламопровода возникает высокое давление воздуха перед грунтовой пробкой. Транспортирование порций большой и даже средней массы при этом невозможно, так как необходимо давление, превышающее магистральное.

РПа 710' 5-10 3-1С1

мо5

О

' ]

>2 '

- 1

I 3 1

10

30 50

70 т, кг

Рис. 9 - Зависимость требуемого давления в трубопроводе от массы транспортируемого грунтового поршня для разных диаметров трубопровода 1 - О =100 кг; 2 - £=200 кг; 3 - £> = 300кг

0 0.1 0.2 0.3 0,м

Рис. 10 - Зависимость скорости движения грунтового поршня от диаметра трубопровода при одинаковом расходе воздуха 1- т=10 кг; 2 - т=20 кг; 3 - т- 40 кг

При увеличении диаметра шламопровода уменьшается давление воздуха в трубопроводе и одновременно снижается скорость транспортирования. Это повышает вероятность наложения двух и более транспортируемых порций, особенно при значительной длине шламопровода. Такое явление возможно, если грунтовая пробка сформировалась и начала движение раньше, чем предыдущая порция вышла из шламопровода. Надежная работа транспортной системы в таких случаях возможна, если при кратном увеличении массы пробки давление возрастает незначительно.

Рациональный баланс между давлением воздуха и скоростью транспортирования порций для диапазона диаметров буримых скважин в интервале от 270 мм до 630 мм достигается при использовании шламопровода с внутренним диаметром 200 мм. В пользу такого решения свидетельствует пологий характер кривой возрастания давления воздуха при увеличении массы порций во всем исследованном диапазоне.

В пятой главе описаны результаты исследования динамики пневмоударных механизмов. В первом разделе главы сформулированы требования к конструкции пневмоударного механизма. Особенность его работы в предложенной технологической схеме транспортирования разрушенной породной массы заключается в противодавлении со стороны выхлопа воздуха из рабочих камер.

Показано, что за основу конструкции пневмоударника, работающего в

воздухораспределения.

Бесклапанные пневмоударные механизмы с одной управляемой камерой отличаются простотой конструкции и надежностью работы. Выполненные по такой схеме пневмопробойники получили широкое применение благодаря именно этим качествам. Однако в условиях конструктивных ограничений на радиальные размеры более широкими потенциальными возможностями достижения высоких значений ударной мощности обладают бесклапанные механизмы с двумя управляемыми камерами.

В силу указанных обстоятельств эти две принципиальные конструктивные схемы приняты для проведения исследований динамики и получения данных, позволяющих оценить возможность их использования, как в качестве генератора ударных импульсов, воздействующих на инструмент, так и одновременно в качестве источника воздуха для пневмотранспортной системы. Для исследования динамики рабочего цикла и определения значений основных конструктивных и динамических параметров пневмоударных механизмов разработаны их математические модели. Модель включает в себя обобщенную расчетную схему (рис. 11), которая отражает принципиальные признаки, и систему уравнений, описывающих газодинамические процессы в рабочих камерах механизма и движение ударника.

неблагоприятных условиях, целесообразно принять бесклапанную схему

Ра |

] Рм

а

Рис. 11 - Обобщенная расчетная схема пневмоударного механизма: а - с одной управляемой камерой; б - с двумя управляемыми камерами

где Р. - давление воздуха в I - ой камере; К - показатель адиабаты; Я - универсальная газовая постоянная; К - объем / - ой камеры в момент удара; 5i - рабочая площадь ударника со стороны / - ой камеры; X - перемещение ударника; Т - температура воздуха в магистрали; Р3 - давление воздуха в г - ой камере;

- эффективная площадь канала, связывающегоу - ую и I - ую камеры; <р _ функция расхода (г,у - номера камер).

<р{р =

шг 0,528

Ф)9- Ш-М1? 0.528

,, .а» {..,1 ...сг! -Г^НГ^-^Г при? £0328

■ :г; -с.гз?

пйа 1 > " > 0.528

где т - масса ударника;

д - ускорение свободного падения; Ке - коэффициент отскока;

к - коэффициент трения.

Методы математического моделирования позволяют производить оценку отдельных выбранных параметров пневмоударных устройств при различных условиях и ограничениях без проведения большого объема натурных экспериментов. Натурные эксперименты проводятся лишь для настройки модели и проверки ее соответствия реальному механизму. Целью исследований является определение динамических параметров ударных механизмов при совместной работе со шламотранспортной магистралью, и определение области рациональных значений основных конструктивных факторов, при которых достигается наилучшая эффективность совместной работы.

Для проведения вычислительных опытов использовалась универсальная проблемно - ориентированная программа, созданная в ИГД СО РАН под руководством A.M. Петреева. Конструктивные и динамические параметры механизмов заданы в безразмерном виде. За единицы изменения приняты:

единица длины; т*- единица массы; S*- единица площади; Р*„- единица давления.

Производные единицы измерения определяются следующим образом:

V* = 1"а - единица объема; и* = /*„//* - единица скорости; А* = р *т $ * I *а - единица энергии; И* = А * и * - единица мощности; <2* = т*Н* - единица расхода воздуха.

Для каждого типа механизма проведено несколько опытов при различных значениях противодавления в выхлопном тракте ра, равных в безразмерном виде 0,143; 0,214; 0,286; 0,357. Результаты опытов представлены в графическом виде на рис. 12.

а б

Рис. 12 - Зависимость энергетических параметров от величины противодавления в выхлопном тракте: а - механизм с одной управляемой камерой; б - механизм с двумя управляемыми камерами

Анализ результатов вычислительных опытов показывает, что при одинаковой величине противодавлении в выхлопном тракте пневмоударный механизм с двумя управляемыми камерами теряет ударную мощность в меньшей степени, чем механизм с одной управляемой камерой. Сопоставление полученных результатов с данными экспериментальных исследований пневмопробойника, проведенных ранее Х.Б. Ткачом, и исследований кольцевого пневмоударника, свидетельствует об их близком совпадении.

Ударная мощность обеих механизмов уменьшается быстрее, чем расход воздуха. Как видно из графика, при увеличении противодавления в выхлопном тракте механизма с двумя управляемыми камерами с 0,143 до 0,357, т.е. в два с половиной раза, ударная мощность уменьшается в 1,7 раз, а расход воздуха уменьшается в 1,3 раза. Это обстоятельство позволяет сделать вывод о потенциальной пригодности пневмоударного механизма как источника сжатого воздуха для пневмотранспортной магистрали. Если в силу различных случайных факторов происходит перегрузка транспортной магистрали, то увеличивается концентрация грунтовой массы в потоке и возрастает давление воздуха. Это приводит к снижению ударной мощности механизма и уменьшению количества поступающей в транспортную магистраль разрушенной породной массы. Важно при этом то, что производительность процесса разрушения породы, как функция ударной мощности, уменьшается быстрее, чем производительность транспортной

системы, которая зависит от расхода воздуха. Техническая система, включающая пневмоударный механизм и транспортную магистраль, имеет потенциальную возможность саморегулирования и поддержания устойчивости работы.

Закономерно возникает вопрос о том, в какой мере можно изменить характер ухудшения энергетических параметров механизма при возрастании противодавления в выхлопном тракте. Поэтому была решена вторая задача эксперимента, которая заключалась в анализе возможности улучшения энергетических показателей ударного механизма, при его работе совместно со шламотранспортной системой, путем изменения его конструктивных факторов и достижения за счет этого более пологой характеристики параметров, отраженной на рис. 12.

Поиск областей рациональных значений факторов производился решением задачи многопараметрической оптимизации градиентным методом Бокса -Уилсона с применением положений теории планирования эксперимента. На модели механизма с двумя управляемыми камерами проведено три серии опытов с одинаковыми исходными значениями факторов при величине противодавления в выхлопном тракте 0,214; 0,286; 0,357. Интервалы варьирования факторов во всех сериях опытов были одинаковы. Коэффициенты уравнений регрессии, составленных по результатам опытов, свидетельствовали о слабой реакции модели на изменение значений конструктивных факторов, что обычно наблюдается в окрестности вершины гиперповерхности функции отклика. После определения шагов движения для каждого фактора были реализованы опыты по восхождению к вершине функции отклика при различных значениях Ра. Результаты опытов при максимальном противодавлении приведены в табл. 2.

Во всех сериях опытов максимальное значение параметра оптимизации достигалось на втором-третьем шаге. При этом величина приращения параметра оптимизации на одном шаге составляет 0,2 0,3 %. То есть реакция модели на изменение значений факторов весьма слабая. Это свидетельствует о том, что координаты вершины гиперповерхности функции отклика не изменяются при увеличении противодавления в выхлопном тракте ударного механизма. Область

Табл. 2. Результаты опытов при Ра =0,357

№ опыта У, Уг к, 1 N

1 6,1 9,9 1,43 0,67 0,1685

2 6,7 10,3 1,45 0,64 0,1734

3 7,3 10,7 1,48 0,61 0,1759

4 7,9 11,1 1,50 0,58 0,1752

рациональных значений факторов при этом остается прежней. Следовательно, при расчете параметров пневмоударных механизмов необходимо учитывать установленное в опытах уменьшение энергии и частоты ударов, и расхода воздуха в процессе бурения и транспортирования разрушенной породы Исходные данные в расчетах изначально должны быть приведены к условиям выхлопа воздуха в атмосферу в соответствии с зависимостью, отраженной на рис. 12.

Шестая глава посвящена результатам экспериментальных исследований, касающихся процесса транспортирования разрушенной грунтовой массы, и испытаний буровой установки в полевых и производственных условиях.

Задачей исследований пневмотранспортной системы являлось получение данных для моделирования работы этой системы, проверка возможности транспортирования породных фракций и инородных включений, и измерение максимальных значений давления воздуха в трубопроводе в процессе транспортирования грунтовых порций различной массы. Исследования проводились в грунтовом канале при бурении скважин макетом расширителя диаметром 420 мм и 530 мм. Влажность грунта изменялась в диапазоне от 4 до 20 %. путем искусственного увлажнения или высушивания. Измерительно -регистрирующая аппаратура включала измеритель расхода воздуха, датчики давления, усилитель сигнала, аналого - цифровой преобразователь, портативный компьютер.

Установлено, что при вращении трубопровода процесс непрерывного транспортирования разбуренного грунта происходит при скорости воздушного

Рис. 13 - Выход грунтовой порции Рис. 14 - Индикаторная диаграмма

давления в трубопроводе при транспортировании порции грунта

Получена индикаторная диаграмма давления воздуха в трубопроводе при транспортировании порций грунта в виде рыхлого поршня (рис. 13,14). Расхождение зафиксированной величины давления и расчетной не превышает 20 %, что свидетельствует о приемлемой степени соответствия модели реальному процессу.

Экспериментальные исследования динамики рабочего цикла пневмоударного механизма, заключались в записях индикаторных диаграмм | давления воздуха в рабочих камерах при выхлопе в среду с избыточным давлением. Последующая обработка диаграмм позволяла определить величину энергии и частоту ударов. Результаты исследования свидетельствовали об адекватности использовании математической модели, и подтвердили вывод о возможности использования механизма как источника воздуха для шламотранспортной магистрали. В ходе полевых и производственных испытаний

потока в трубопроводе 8 - 10 м/с, что значительно меньше скорости, необходимой для транспортирования по неподвижному трубопроводу. При дальнейшем уменьшении скорости воздуха процесс транспортирования переходит в дискретный. Грунт транспортируется порциями различного объема. При остановке вращения трубопровода процесс транспортирования во всех случаях прекращался. Крупные включения, размером до 0,5 диаметра трубопровода транспортируются в составе грунтовых порций не вызывая нарушений процесса,

с Давление а щлзмопроводе, МПа

I 0,06

ч 0,03

0+--г-——.............................-

101,4 101,9 102,4 102,9

Время, с

буровой установки в различных грунтовых и температурных условиях (включая зимний период) пробурено более 350 погонных метров скважин диаметром от 320 до 530 мм, большинство из которых сооружались под дорогами для прокладки электрокабеля, водопровода и других коммуникаций. При этом в скважины укладывались пластмассовые трубопроводы (рис. 15). Работы выполнялись по заказу АО «Новосибирскэнерго», МУП «Горводоканал» и других предприятий города Новосибирска.

Рис. 15 - Производственные испытания буровой установки: а - проходка пионерной скважины; 6 - расширение скважины; в - завершение процесса расширения; г - затяжка пластиковых труб

В ходе испытаний доказана работоспособность бурового комплекса и его конкурентоспособность в сравнении с другими техническими средствами. Установлено, что сухая технология бурения может использоваться круглогодично. Скважина с уплотненными стенками сохраняет устойчивость в

течение всего времени прокладки трубопровода. Расширение пионерной скважины до проектного диаметра осуществляется за один проход. Это выгодно отличает созданный комплекс от существующих установок горизонтального бурения американского и европейского производства, в которых возможно только последовательное расширение скважин за несколько проходов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно - квалификационной работой, в которой изложено обоснование новых технических и технологических решений дат создания нового типа устройств для бурения в уплотняемых грунтах горизонтальных скважин с частичным удалением грунта воздушным потоком при бестраншейной прокладке коммуникаций. Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. Обоснована принципиальная схема установки горизонтального бурения, в которой для достижения временной устойчивости скважины, исключения образования в грунте каверн и последующих просадок дневной поверхности на скважинообразующий инструмент воздействуют одновременно статической и импульсной нагрузками, грунт при этом разделяется на уплотняемую в стенки скважины часть и удаляемую из нее транспортированием сжатьм воздухом по оризонтальному вращающемуся трубопроводу постоянного сечения. !. Установлено соотношение объемов удаляемой и уплотняемой в стенки кважины частей грунта и интервал - от 11 до 23 - значений соотношения объема рунта, вдавленного в стенки скважины, к площади ее поверхности, в пределах оторого на стенках скважины грунт достигает плотности, достаточной для беспечения ее временной устойчивости.

. Установлена зависимость скорости внедрения инструмента в грунт от араметров статического и импульсного воздействия и определена область яачений этих параметров, в которой уменьшение энергии импульсов при эответствующем увеличении их частоты не приводят к уменьшению скорости.

4. Определена скорость потока воздуха необходимая для транспортирования разрушенной породной массы по вращающемуся трубопроводу, при которой движение происходит непрерывно, без образования неподвижного подстилающего слоя. Определены параметры воздушного потока при дискретном перемещении порций грунтовой массы в виде пластичного поршня. Экспериментально доказана надежность транспортирования грунта, включая крупные фракции (до 0,5 диаметра транспортного канала) по горизонтальному вращающемуся трубопроводу воздушным потоком, скорость которого в полтора и более раз ниже значений, необходимых для транспортирования по неподвижному трубопроводу.

5. Для бурового инструмента диаметром до 600 мм определен диапазон диаметров вращающегося транспортного трубопровода, при котором не происходит закупоривание канала грунтовой массой при ее перемещении воздушным потоком давлением 0,6 МПа при расходе 0,15 кг/с.

6. Теоретически установлены и экспериментально проверены закономерности изменения динамических параметров бесклапанных пневмоударных механизмов с ростом противодавления в выхлопном тракте. Определена область значений основных конструктивных факторов, при которых обеспечивается транспортирование разрушенной породной массы воздухом, отработанным пневмоударным механизмом. Показано, что динамика изменения параметров ударной мощности и расхода удовлетворяет условию устойчивости работы шпамотранспортной магистрали.

7. На основе выполненных исследований разработан и испытан в лабораторных, полевых и производственных условиях экспериментальный образец установки для бурения в грунтах скважин, с использованием статического и импульсного воздействия на грунтовый массив, и транспортированием разрушенного грунта сжатым воздухом по горизонтальному вращающемуся трубопроводу.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Петреев A.M. Образование скважин пневмопробойниками и грунто-проходчиками с кольцевым инструментом / A.M. Петреев, Б.Н. Смоляницкий, Б.Б. Данилов // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 2000. - № 6, с. 53 - 58.

2. Данилов Б.Б. Пути совершенствования технологий и технических средств для бестраншейной прокладки коммуникаций / Б.Б. Данилов // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 2007. - № 2, с. 69 - 75.

3. Данилов Б.Б. Повышение эффективности бестраншейных способов подземного строительства за счет применения пневмотранспорта / Б.Б. Данилов // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 2007. - № 5, с. 52-61.

4. Данилов Б.Б. Пути повышения эффективности забивания в грунт стальных труб пневматическими молотами / Б.Б. Данилов, Б.Н. Смоляницкий // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 2005. - № 6, с. 81 - 88.

5. Данилов Б.Б. Определение относительной плотности стенок грунтовых скважин при сооружении их комбинированным способом / Б.Б. Данилов, Б.Н. Смоляницкий // Изв. ВУЗов. Строительство. - 2004. - № 1, с. 49 - 53.

6. Данилов Б.Б. Перспективы развития технологий и технических средств для бестраншейной прокладки коммуникаций / Б.Б. Данилов // Труды конференции с участием иностранных ученых «Фундаментальные проблемы техногенной геосреды». Т 2. Машиноведение. - Новосибирск: ИГД СО РАН, 2007. - С. 143 -150.

7. Danilov В.В. Substation and Selection of Basic Technological Principles for the Evolvement of a New Procedure of the Controlled Horizontal Drilling / B.B. Danilov // Archives of Mining Sciences. - 2008. - P. 205 - 212.

8. Данилов Б.Б. Новые пневмоударные машины для реализации энерго-

и ресурсосберегающих технологий бестраншейной прокладки коммуникаций / Б.Б. Данилов Б.Н. Смоляницкий, A.M. Петреев П Совершенствование средств механизации путевых, строительных и погрузочно-разгрузочных работ. Сборник научных трудов. - Новосибирск: СГУПС, 2001. - С.62 - 69.

9. Смоляницкий Б.Н. Погружные пневмоударники с центральным шламопроводом / Б.Н. Смоляницкий, Б.Б. Данилов // Горные машины и автоматика. - 2002. - № 5, с. 20 - 23.

10. Смоляницкий Б.Н. Передача энергии удара импульса через промежуточный соединительный элемент грунтопроходчика / Б.Н. Смоляницкий, Б.Б. Данилов, А.Н. Якимович // Труды конференции с участием иностранных ученых «Фундаментальные проблемы техногенной геосреды». Т 2. Машиноведение. -Новосибирск: ИГД СО РАН, 2007. - С. 133 - 137.

И.Данилов Б. Б. Методика расчета параметров кольцевых геологоразведочных пневмоударников / Б.Б. Данилов, Б.Н. Смоляницкий, Л.И. Сухарева // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 1987. - № 5, с. 110 -113.

12. Смоляницкий Б.Н. Стенды для испытаний пневмоударных машин со сквозным осевым каналом / Б.Н. Смоляницкий, Б.Б. Данилов, А.Т. Сырямин II Строительные и дорожные машины. - 1988. - № 2, с. 7 - 8.

13. Данилов Б.Б. Повышение эффективности бурения скважин кольцевыми погружными пневмоударниками / Б.Б. Данилов, Б.Н. Смоляницкий // Импульсные машины для горного и строительного производства. Сборник научных трудов. - Новосибирск: ИГД СО АН СССР, 1990, с. 3 - 11.

14. Пат. 2344241 Российская Федерация, МПК E02F5/18 С1. Способ бестраншейной прокладки коммуникаций в грунте (варианты) / Данилов Б.Б., Смоляницкий Б.Н.; заявитель и патентообладатель Институт горного дела СО РАН, - №2007121125/03; заявл. 05.06.2007; опубл. 20.01.2009, Бюл.№2.-5с.: 4 ил.

15. Пат. 2311510 Российская Федерация, МПК E02F5/18 С1. Реверсивное устройство ударного действия / Данилов Б.Б.; заявитель и патентообладатель Институт горного дела СО РАН. - № 2006121049/03; заявл. 13.06.2006; опубл. 27.11. 2007, Бюл. № 33. - 4 е.: ил.

16. Пат. 2272872 Российская Федерация, МПК E02F5/18 С1. Реверсивное устройство ударного действия / Данилов Б.Б., Смоляницкий Б.Н.; заявитель и патентообладатель Институт горного дела СО РАН. - № 2004135294/03; заявл. 02.12.2004; опубл. 27.03.2006, Бюл. № 9.-5 е.: ил.

17. Пат. 2018655 Российская Федерация, МПК Е21СЗ/24, Е21В4/14. Кольцевой пневмоударник для бурения скважин / Смоляницкий Б.Н., Липин A.M., Данилов Б.Б. и др.; заявитель и патентообладатель Институт горного дела СО РАН. -№ 4908947/03; заявл. 06.02.1991; опубл. 30.08.1994, Бюл. № 16. - 4 е.: ил.

18.Пат. 1773995 Российская Федерация, МПК5 Е21В4/14, Е21СЗ/24. Кольцевой геологоразведочный пневмоударник / Смоляницкий Б.Н., Сухарева Л.И., Данилов Б.Б. и др.; заявитель и патентообладатель Институт горного дела СО РАН. - № 4834807; заявл. 06.06.1990; опубл. 07.11.1992, Бюл. № 41. - 4 е.: ил.

19. Пат. 1722085 Российская Федерация. Кольцевой геологоразведочный пневмоударник / Костылев А.Д., Зеленцов A.A., Смоляницкий Б.Н., Данилов Б.Б. и др.; заявитель и патентообладатель Институт горного дела СО РАН. - 1992.

20. Пат. 1676298 Российская Федерация. Кольцевой геологоразведочный пневмоударник / Костылев А.Д., Смоляницкий Б.Н., Данилов Б.Б. и др.; заявитель и патентообладатель Институт горного дела СО РАН. -1991.

21. Пат. 1671836 Российская Федерация, МПК7 Е21В4/14. Кольцевой пневмоударник для бурения скважин / Смоляницкий Б.Н., Данилов Б.Б. и др.; заявитель и патентообладатель Институт горного дела СО РАН. - № 4690247; заявл. 11.05.1989; опубл. 23.08.1991, Бюл. № 18.-4 е.: ил.

22. Пат. 1370218 Российская Федерация, МПК7 Е21В4/14. Кольцевой пневмоударник для бурения скважин / Костылев А.Д., Данилов Б.Б. и др.; заявитель и патентообладатель Институт горного дела СО РАН. - №4099520; заявл. 25.07.1986; опубл. 30.01.1988, Бюл. №4.-3 е.: ил.

Подписано в печать 22.10.2009. Формат 60 х 84 /16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Уч. печ. л. 2,3 Тираж 100 экз. Заказ № ?

Учреждение Российской академии наук Институт горного дела СО РАН. 630091, г. Новосибирск, Красный проспект, 54.

Введение

1 Обоснование актуальности создания нового комплекса технических средств для сооружения горизонтальных скважин

1.1 Бестраншейная прокладка коммуникаций - как один из основных способов подземного строительства.

1.2 Современные требования к бестраншейным технологиям и техническим средствам.

1.3 Классификация способов сооружения скважин при бестраншейной прокладке коммуникаций.

1.4 Анализ перспектив развития основных используемых в настоящее время основных способов и технических средств для бестраншейной прокладки коммуникаций.

1.5 Обоснование основных направлений и способов совершенствования бестраншейной технологии и технических средств

1.6 Задачи исследования.

2 Обоснование и определение основных конструктивных и энергетических параметров комплекса- оборудования для бурения горизонтальных скважин с частичным удалением грунта по вращающемуся трубопроводу

2.1 Обоснование и выбор принципа образования скважин.

2.2 Обоснование способов повышения эффективности внедрения инструмента в грунтовый массив.

2.3 Обоснование и выбор способа удаления разрушенной породы

2.4 Определение рационального соотношения извлекаемой и уплотняемой части грунта.

2.5 Обоснование технологической схемы установки для бурения горизонтальных скважин с удалением разрушенного грунта по вращающемуся трубопроводу.

Выводы.

3 Исследование динамики внедрения инструмента в грунтовый массив при комбинированном силовом воздействии

3.1 Обоснование схемы силового воздействия на инструмент.

3.2 Обоснование области значений параметров силового воздействия на инструмент.

3.3 Исследование динамики внедрения инструмента в грунт при одновременном воздействии статического усилия и ударных импульсов.

Выводы.

4 Исследование процесса транспортирования разрушенной породной массы по вращающемуся трубопроводу

4.1 Обоснование способа повышения эффективности транспортирования разрушенной породной массы воздушным потоком

4.2 Определение основных параметров шламотранспортной магистрали непрерывного действия.

4.3 Определение основных параметров пневмотранспортной магистрали периодического действия.

Выводы.

5 Исследование динамики пневмоударного механизма

5.1 Обоснование требований к погружному пневмоударнику с учетом специфики выполняемых функций.

5.2 Обоснование и выбор принципиальной конструктивной схемы

5.3 Расчетная схема и исходные уравнения.

5.4 Результаты моделирования.

5.5 Методика расчета конструктивных и динамических параметров пневмоударных механизмов.

Выводы.

6 Экспериментальные исследования элементов комплекса технических средств для сооружения скважин комбинированным способом с удалением грунта по специальному трубопроводу с закрытой схемой циркуляции очистного агента

6.1 Оборудование для экспериментальных исследований.

6.2 Постановка экспериментов по транспортированию грунтовой массы воздушным потоком по вращающемуся трубопроводу.

Выводы

Актуальность темы. Особенностью современного строительства подземных коммуникаций в городах является быстрое увеличение масштабов применения бестраншейных способов. Основными причинами этого является возрастание интенсивности транспортных потоков, расширение наземных транспортных магистралей, увеличение плотности застройки территорий, высокая насыщенность подземного пространства различными коммуникациями и связанный с этим переход подземного строительства на более глубокие горизонты. В результате бестраншейные способы прокладки все чаще становятся единственно возможными методами ведения строительных работ.

Сдерживающим фактором, при этом, часто является уровень технических возможностей бестраншейных технологий и соответствующего оборудования. Необходимо существенное увеличение предельных возможностей оборудования по длине переходов, улучшение его санитарно-экологических показателей по шуму и вибрации, обеспечение сохранности зданий и сооружений, находящихся в непосредственной близости к зоне ведения и т.д. Решение этих задач является необходимым условием дальнейшего увеличения масштабов использования бестраншейных способов строительства подземных коммуникаций.

В последние годы в подземном строительстве расширилось применение установок направленного горизонтального бурения. Однако использование их в городских условиях связано с риском разрушения дорог, магистралей, других объектов, под которыми сооружаются скважины. Причиной этого является сам принцип гидравлического бурения, связанный с опасностью размывания каверн, вздутия дневной поверхности и другими последствиями использования бурового раствора, поступающего в скважину под большим давлением.

В связи с изложенным, исследования, направленные на создание новых технических средств для сооружения в грунте горизонтальных подземных каналов, являются актуальными.

Целью работы является обоснование принципиальной схемы и параметров способа бурения в грунте горизонтальных скважин, и создание технических средств для его реализации, обеспечивающих временную устойчивость скважин уплотнением грунта с одновременным удалением его большей части воздушным потоком.

Идея работы заключается в формировании скважин с разделением грунта на две части, меньшая из которых уплотняется в стенки скважины для поддержания их устойчивости, а основная - разрушается и в виде пластичной или сыпучей массы поступает во вращающийся трубопровод, по которому затем транспортируется воздушным потоком. Объект исследований: скважинообразующий инструмент, разрушающий и разделяющий разрабатываемое грунтовое пространство на уплотняемую и удаляемую части;

- пневмотранспортная система с вращающимся шламопроводом, являющаяся выхлопным трактом пневмоударного механизма;

- пневмоударный механизм, являющийся генератором ударных импульсов, направленных на инструмент, и источником очистного агента для транспортирования разрушенной породной массы.

Предмет исследований:

- закономерности деформирования грунтового массива совместным действием статического усилия и ударных импульсов, определяющие устойчивость стенок скважины;

- закономерности движения частиц и порций разрушенной породной массы внутри вращающегося трубопровода под действием потока очистного агента;

- закономерности динамики пневмоударного механизма, работающего в условиях избыточного давления в выхлопном тракте, возникающего при 6 транспортировании породной массы. Задачи исследований:

- обоснование принципиальной схемы комплекса оборудования для бурения горизонтальных скважин с частичным разрушением грунта и последующим его удалением по вращающемуся трубопроводу, определение значений основных конструктивных, динамических и энергетических параметров его основных систем и элементов;

- выявление особенностей динамики взаимодействия рабочего органа с грунтовым массивом при одновременном воздействии статического усилия и ударных импульсов, определение области рациональных значений величин этих воздействий; определение динамических и конструктивных параметров пневмотранспортной системы, позволяющих реализовать эффективное удаление продукта бурения;

- исследование динамики пневмоударных механизмов и определение значений основных конструктивных и энергетических параметров, обеспечивающих возможность совместной работы с пневмотранспортной системой;

- создание комплекса технологического оборудования, реализующего идею сооружения скважин методом частичного уплотнения грунта статическим и импульсным воздействием на рабочий орган, и удаления части грунта по вращающемуся трубопроводу, экспериментальное исследование его рабочего процесса, испытания в полевых и производственных условиях.

Методы исследований. В работе применен комплексный подход, включающий анализ известных исследований и научно-технических разработок по теме работы, постановку и проведение теоретических и экспериментальных исследований методами математического и физического моделирования, с применением теории динамического подобия, методов многофакторной оптимизации.

Основные научные положения, защищаемые автором:

1. При горизонтальном направленном бурении скважин в грунтах достижение временной устойчивости скважин, исключение образования в грунте каверн и последующих просадок дневной поверхности обеспечивается разделением грунтового массива на уплотняемую в стенки скважины часть и удаляемую из нее транспортированием сжатым воздухом по горизонтальному вращающемуся трубопроводу постоянного сечения в сочетании с одновременным приложением к буровому инструменту статического и импульсного воздействия.

2. При сооружении скважин с уплотненными стенками в связных грунтах комбинированным способом область рациональных значений соотношения объема грунта, вдавленного в стенки скважины, к площади ее поверхности, находится в интервале значений от 11 до 23.

3. Существует область значений параметров статического и импульсного воздействия на буровой инструмент, в которой скорость его внедрения не изменяется при уменьшении энергии импульсов и при соответствующем повышении их частоты.

4. Вращение горизонтального трубопровода вокруг своей оси обеспечивает движение разрушенной при бурении породной массы воздушным потоком, скорость которого не менее чем в полтора раза ниже, необходимой для аэродинамического транспортирования этой массы в неподвижном трубопроводе.

5. Породная масса с разрушенными структурными связями между частицами или группами частиц может перемещаться потоком очистного агента по внутренней полости вращающегося трубопровода порциями, в виде пластичного поршня. Существует область рациональных значений внутреннего диаметра трубопровода, при котором давление воздуха, необходимое для движения порции, в слабой мере зависит от ее массы. Для диапазона диаметров буримых скважин до 600 мм рациональным значением является диаметр трубопровода от 180 до 200 мм. 8

6. Область рациональных значений основных конструктивных параметров бесклапанного пневмоударного механизма не изменяется при увеличении противодавления в выхлопном тракте. При этом ударная мощность уменьшается в 1,3 раза быстрее, чем расход воздуха, что является важным условием устойчивости работы шламотранспортной магистрали.

Достоверность научных результатов. Достоверность научных положений и выводов обеспечена использованием проверенных методов теоретических и экспериментальных исследований, достаточным объемом и сходимостью их результатов.

Новизна научных положений.

1. Обоснована принципиальная схема установки горизонтального бурения, в которой для достижения временной устойчивости скважины, исключения образования в грунте каверн и последующих просадок дневной поверхности на скважинообразующий инструмент воздействуют одновременно статической и импульсной нагрузками, грунт при этом разделяется на уплотняемую в стенки скважины часть и удаляемую из нее транспортированием сжатым воздухом по горизонтальному вращающемуся трубопроводу постоянного сечения.

2. Получены зависимости, позволяющие определить соотношение объемов удаляемой части грунта и части, уплотняемой в стенки скважины, и установлен интервал - от 11 до 23 - значений соотношения объема грунта, вдавленного в стенки скважины, к площади ее поверхности, в пределах которого на стенках скважины грунт достигает плотности, достаточной для обеспечения ее временной устойчивости.

3. Установлена зависимость скорости внедрения инструмента в грунт от параметров статического и импульсного воздействия и определена область значений этих параметров, в которой уменьшение энергии импульсов при соответствующем увеличении их частоты не приводит к уменьшению скорости.

4. Установлена скорость потока воздуха, необходимая для транспортирования разрушенной породной массы по вращающемуся трубопроводу, при которой ее движение происходит непрерывно, без образования неподвижного подстилающего слоя. Определены параметры воздушного потока при дискретном перемещении порций грунтовой массы в виде пластичного поршня. Экспериментально доказана надежность транспортирования грунта, включая крупные фракции (до 0,5 диаметра транспортного канала) по горизонтальному вращающемуся трубопроводу воздушным потоком, скорость которого в полтора и более раз ниже значений, необходимых для транспортирования по неподвижному трубопроводу.

5. Определен диапазон диаметров вращающегося транспортного трубопровода, при котором не происходит закупоривание канала грунтовой массой при ее перемещении воздушным потоком давлением 0,6 МПа при расходе 0,15 кг/с.

6. Установлены закономерности изменения динамических параметров бесклапанных пневмоударных механизмов при увеличении противодавления в выхлопном тракте и области значений основных конструктивных факторов, при которых обеспечивается транспортирование разрушенной породной массы воздухом, отработанным пневмоударным механизмом.

Личный вклад автора состоит в обобщении известных результатов, постановке проблемы и задач исследований, выборе направления совершенствования технологического процесса и технических средств для сооружения подземных каналов, разработке и реализации методик экспериментальных исследований, разработке математических моделей и их численной реализации, обработке и анализе результатов, проведении натурных и производственных испытаний, внедрении в производство работ по бестраншейной прокладке подземных коммуникаций экспериментального образца нового бурового комплекса.

Практическая ценность. Предложена методика расчетов параметров бурового устройства, позволяющего реализовать новую технологию «сухого» бурения горизонтальных подземных скважин без применения буровых растворов или других дополнительных материалов для укрепления стенок скважин и транспортирования продукта бурения. Обоснована перспективность создания комплекса технических средств с комбинированным способом образования скважин и использованием воздушного потока для удаления из скважин продукта бурения. Определены основные параметры и разработан новый буровой комплекс для бурения в грунте скважин диаметром до 500 мм и длиной до 100 м при бестраншейной прокладке подземных коммуникаций. Экспериментально в полевых условиях и при производственных испытаниях доказана его работоспособность и положительный по сравнению с аналогами эффект от его применения.

Реализация работы. Полученные результаты использованы при создании экспериментального образца бурового комплекса, который в настоящее время используется на строительных объектах г. Новосибирска для бестраншейной прокладки подземных коммуникаций.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на международных конференциях «Фундаментальные проблемы формирования техногенной геосреды» (г. Новосибирск, 2006, 2008 гг.), 21 Всемирном горном конгрессе (г. Краков, Польша, 2008), Всероссийской научно - технической конференции «Политранспортные системы» (г. Новосибирск, 2009), Международной научно-практической конференции «Экологическая геология: научно-практические, медицинские и правовые аспекты» (г. Воронеж, 2009 г.), на отчетных сессиях ИГД СО РАН (г. Новосибирск, 2006 - 2009 гг.).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 22 печатных работах, включая 5 авторских свидетельств и 4 патента.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 246 страницах и состоит из введения, шести глав, заключения, списка

11 используемой литературы из 179 наименований и приложений. Диссертация содержит 70 рисунков, 32 таблицы.

Автор признателен и благодарен д.т.н., профессору Б.Н. Смоляницкому, при научной консультации которого были выполнены и подготовлены к защите исследования.

Автор выражает благодарность д.т.н. E.H. Шеру, д.т.н. A.JI. Исакову, сотрудникам лаборатории подземных строительных геотехнологий за неоценимую помощь в проведении исследований и их внедрении в производство.

Выводы:

1. Экспериментально установлено, что способ проходки скважин с частичным уплотнением грунта отвечает требованиям прочности и устойчивости сооружаемых скважин.

2. Способ транспортирования грунта по отдельному вращающемуся трубопроводу обеспечивает надежное удаление из скважины продукта бурения.

3. Установлено, что бесклапанные пневмоударные механизмы, работающие в условиях противодавления в выхлопном тракте, имеют энергетические параметры, позволяющие использовать их как источник воздушного потока для работы шламотранспортной магистрали.

4. Доказана работоспособность бурового комплекса, в котором используется способ сооружения скважин путем частичного уплотнения грунта и способ удаления другой части разрушенного грунта через вращающийся трубопровод, и его конкурентоспособность в сравнении с другими техническими средствами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно - квалификационной работой, в которой изложено обоснование новых технических и технологических решений для создания нового типа устройств для бурения в уплотняемых грунтах горизонтальных скважин с частичным удалением грунта воздушным потоком при бестраншейной прокладке коммуникаций. Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. Обоснована принципиальная схема установки горизонтального бурения, в которой для достижения временной устойчивости скважины, исключения образования в грунте каверн и последующих просадок дневной поверхности на скважинообразующий инструмент воздействуют одновременно статической и импульсной нагрузками, грунт при этом разделяется на уплотняемую в стенки скважины часть и удаляемую из нее транспортированием сжатым воздухом по горизонтальному вращающемуся трубопроводу постоянного сечения.

2. Установлено соотношение объемов удаляемой и уплотняемой в стенки скважины частей грунта и интервал - от 11 до 23 - значений соотношения объема грунта, вдавленного в стенки скважины, к площади ее поверхности, в пределах которого на стенках скважины грунт достигает плотности, достаточной для обеспечения ее временной устойчивости.

3. Установлена зависимость скорости внедрения инструмента в грунт от параметров статического и импульсного воздействия и определена область значений этих параметров, в которой уменьшение энергии импульсов при соответствующем увеличении их частоты не приводят к уменьшению скорости.

4. Определена скорость потока воздуха необходимая для транспортирования разрушенной породной массы по вращающемуся трубопроводу, при которой движение происходит непрерывно, без образования неподвижного подстилающего слоя. Определены параметры воздушного потока при

228 дискретном перемещении порций грунтовой массы в виде пластичного поршня. Экспериментально доказана надежность транспортирования грунта, включая крупные фракции (до 0,5 диаметра транспортного канала) по горизонтальному вращающемуся трубопроводу воздушным потоком, скорость которого в полтора и более раз ниже значений, необходимых для транспортирования по неподвижному трубопроводу.

5. Для бурового инструмента диаметром до 600 мм определен диапазон диаметров вращающегося транспортного трубопровода, при котором не происходит закупоривание канала грунтовой массой при ее перемещении воздушным потоком давлением 0,6 МПа при расходе 0,15 кг/с.

6. Теоретически установлены и экспериментально проверены закономерности изменения динамических параметров бесклапанных пневмоударных механизмов с ростом противодавления в выхлопном тракте. Определена область значений основных конструктивных факторов, при которых обеспечивается транспортирование разрушенной породной массы воздухом, отработанным пневмоударным механизмом. Показано, что динамика изменения параметров ударной мощности и расхода удовлетворяет условию устойчивости работы шламотранспортной магистрали.

7. На основе выполненных исследований разработан и испытан в лабораторных, полевых и производственных условиях экспериментальный образец установки для бурения в грунтах скважин, с использованием статического и импульсного воздействия на грунтовый массив, и транспортированием разрушенного грунта сжатым воздухом по горизонтальному вращающемуся трубопроводу.

1. Данилов Б. Б. Пути совершенствования технологий и технических средств длябестраншейной прокладки коммуникаций Текст. / Б. Б. Данилов // ФТПРПИ. -2007- №2. С. 69-75.

2. Месинов В. М. О методических рекомендациях по расширению примененияметодов бестраншейной прокладки подземных коммуникаций Текст. / В. М. Месинов // Механизация строительства. 2000 - № 10.

3. Караваев Н. П. Перспектива развития техники для бестраншейной прокладки трубопроводов Текст. / Н. П. Караваев, Г. П. Баландюк // Механизация строительства. 1993 -№ 7. С. 16 - 19.

4. Васильев С. Г. Подземное строительство неглубокого заложения Текст. / С. Г. Васильев. Львов: Изд-во Львовского университета, 1980. - 144 с.

5. Кюн Г. Закрытая прокладка непроходных трубопроводов Текст. / Г. Кюн, Л.

6. Шойбле, X. Шлик. М.: Стройиздат, 1993. - 168 с.

7. Хейборт П. Обзор выставки «NO-DIG LIVE' 96» в Абингдоне Текст. /

8. П. Хейборт // РОБТ. 1996 - № 2. С. 2 - 5.

9. СНиП Ш-33-76. Правила производства и приемки работ Текст. М.:1. Стройиздат, 1977. 219 с.

10. СНиП Ш-4-8-4.3. Правила производства и приемки работ. Техника безопасности в строительстве Текст. -М.: Стройиздат, 1980. 255 с.

11. Гилета В. П. Создание и совершенствование пневмоударных устройств дляпроходки горизонтальных скважин способом виброударного продавливания Текст.: дис. . .докт. техн. наук / В. П. Гилета. Новосибирск, 1997. - 287с.

12. Чепурной Н. П. Точность проходки скважин пневмопробойниками Текст. / Н. П. Чепурной // Горные машины: сб. науч. тр. / ИГД СО АН СССР. -Новосибирск, 1980. С. 53 - 57.

13. Чепурной Н. П. Экспериментальное исследование процесса проходки криволинейных скважин в уплотняемых грунтах Текст. / Н. П. Чепурной, Б. Н. Смоляницкий, В. В. Червов, В. В. Трубицын // ФТПРПИ. 1996. - № 6.1. С. 72-76.

14. Гурков К. С. Дальнейшее развитие применения пневмопробойников в строительстве Текст. / К. С. Гурков, Ф. М. Муталов, Б. Н. Смоляницкий //

15. Механизация строительства. 1993. - № 1. С. 9 - 11.

16. Гурков К.С. Пневмопробойники Текст. / К.С. Гурков, В.В. Климашко, А.Д. Костылев, В. Д. Плавских, Е.П. Русин, Б.Н. Смоляницкий, К.К. Тупицын, Н.П. Чепурной. Новосибирск: Изд-во ИГД СО РАН, 1990. - 217с.

17. Быков В. И. Оборудование для пробивки скважин в грунте Текст. / В. И. Быков, В. П. Потемкин //Механизация строительства 1990. - № 2. С. 9 -11.

18. Ешуткин Д. Н. Высокопроизводительные гидропневматические ударные машины для прокладки инженерных коммуникаций Текст. /

19. Д. Н. Ешуткин, Ю. М. Смирнов, В. И. Цой. М.: Стройиздат, 1990. - 173 с.

20. Гурков К. С. Об увеличении скорости проходки скважин пневмопробойниками Текст. / К. С. Гурков, В. В. Климашко, А. Д. Костылев, В. Д. Плавских, Г. А. Ткаченко // ФТПРПИ. 1989. - № 2. С. 65 - 73.

21. Бесчастный А. В. Опыт использования пневмопробойных машин в организациях Главмоспромстроя Текст. / А. В. Бесчастный, И. И. Строгин, П. А. Ваганов // На стройках России. 1984. - № 6. С. 24 - 26.

22. Григоращенко В. А. Укрепление оснований пневмопробойниками Текст. / В. А. Григоращенко, А. Е. Земцова, А. Л. Исаков, Ю. Б. Рейфисов // Новосибирск. ИГД СО АН СССР, 1990.

23. Пат. 38428 на промышленный образец Российская Федерация. Комплект пневмопробойника с расширителем для проходки и расширения скважин в грунте Текст. / X. Б. Ткач, А. Д. Терсков, В. В. Червов, В. В. Трубицын В. М. Терин; зарегистрирован 28.05.1993.

24. Пат. 2012737 Российская Федерация. Устройство для образования скважин в грунте Текст. / X. Б. Ткач, А. Д. Костылев, В.В. Червов, В. В. Трубицын, А. Д. Терсков, С. А. Корышев, В. Г. Вергановский; опубл. 15.05.1994, Бюл.№ 9- 12 с.

25. Кершенбаум Н. Я. Прокладка горизонтальных и вертикальных скважин ударным способом Текст. / Н. Я. Кершенбаум, В. И. Минаев. М.: Недра, 1984. - 245 с.

26. Минаев В. И. Обоснование метода виброударного прокола грунтовых препятствий Текст. / В. И. Минаев // Строительство трубопроводов 964 - 7.

27. Григоращенко В. А. Прокладка металлических труб пневмопробойниками Текст. / В. А. Григоращенко. Новосибирск: Изд. ИГД СО АН СССР. Препринт № 38, 1990. - 32 с.

28. Ткач X. Б. О проходке скважин в грунте пневмопробойниками Текст. / X. Б. Ткач // ФТПРПИ. 1991 - № 6. С. 69 - 77.

29. Костылев А. Д. Анализ проходки скважин пневмопробойниками Текст. / А. Д. Костылев // ФТПРПИ. 2000. - № 3. С. 95 - 100.

30. Федулов А. И. Пневматика или гидравлика? Текст. / А. И. Федулов // ФТПРПИ. 1979. - № 4. С. 54 - 65.

31. Есин Н. Н. Пневматика и гидравлика в буровых машинах ударного действия Текст. / Н. Н. Есин, Н. А. Беляев // ФТПРПИ. 1980 - № 2.1. С. 56-61.

32. Григоращенко В.А. Бестраншейные технологии в России Текст. /

33. B.А. Григоращенко и др. Справочник // раздел «Пневмопробойники»1. C. 87- 90.

34. Суднишников Б. В. Воздухораспределительные устройства пневматических машин ударного действия Текст. / Б. В. Суднишников, Н. Н. Есин. -Новосибирск: изд. СОАН, 1965.-47 с.

35. Тупицын К. К. К исследованию машин ударного действия с пневматическими пульсаторами Текст. / К. К. Тупицын. Новосибирск: Изд. ИГД СО АН СССР. Препринт № 2, 1980. - 40 с.

36. Гурков К. С. Новый типоразмерный ряд пневмопробойников Текст. / К. С. Гурков, В. В. Климашко, А. Д. Костылев, В. Д. Плавских, Г. А. Ткаченко, Н. П. Чепурной // ФТПРПИ. 1989. - № 4. С. 61 - 65.

37. Климашко В. В. К определению хода ударника пневматической машины на участках наполнения и опоражнивания рабочей камеры Текст. / В. В. Климашко, Б. Н. Смоляницкий, X. Б. Ткач // ФТПРПИ. 1976. - № 6. - С. 54-59.

38. Климашко В. В. Пути повышения энергии удара машин для забивания труб при бестраншейной прокладке подземных коммуникаций Текст. / В. В. Климашко,

39. B. П. Гилета, Б. Н. Смоляницкий // Механика горных пород. Горное и строительное машиноведение. Технология горных работ: сб. науч. тр. / ИГД СО АН СССР. Новосибирск, 1993. - С.76 - 79.

40. Абраменков Д. Э. Пневмопробойники для проходки лидерных скважин Текст. . . / Д. Э. Абраменков, Э. А. Абраменков, С. А. Малышев, А. А. Надеин, Р. Ш. Шабанов // Механизация строительства. 1996. - № 5. С. 14 - 15. . „ ,.

41. Есин Н. Н. Погружные пневматические машины ударного действия для бурения скважин Текст. / Новосибирск: Наука, 1976.

42. Петреев А. М. О некоторых режимах работы машин ударного действия Текст. / ' А. М. Петреев // ФТПРПИ. 1969. № 6.

43. Петреев А. М. Особенности перемещения вибрационных устройств Текст. / А. М. Петреев, В. П. Гилета, Б. Н. Смоляницкий // ФТПРПИ. 1997. № 6.1. C. 59-65.

44. Суднишников Б.В. Исследование и конструирование пневматических машин ударного действия Текст. / Б. В. Суднишников, Н. Н. Есин, К. К. Тупицын. -Новосибирск: Наука, 1985. 134 с.

45. Гурков К. С. Повышение эффективности пневмопробойников Текст. / К. С. Гурков, А. Д. Костылев, Г. А. Ткаченко // Научные основы механизации горных работ: сб. науч. тр. / ИГД СО АН СССР. Новосибирск, 1986. - С.81 - 92.

46. Ткач X. Б. Пути совершенствования пневмопробойников и повышения эффективности проходки скважин Текст. / X. Б. Ткач//ФТПРПИ. 1995. -№ 1. С. 66-74.

47. Ткач X. Б. Новый метод определения параметров рабочего цикла пневматической виброударной машины Текст. / X. Б. Ткач, Е. Н. Шер, А. В. Прасолов, В. В. Трубицын // ФТПРПИ. 1995. - № 3. С. 37 - 40.

48. Родионов Г. В. О классификации машин ударного действия Текст. / Г. В. Родионов // Машины ударного действия: сб. науч. тр./ ЗСФ АН СССР. -Новосибирск, 1953. С. 53 - 73.

49. Трубников Ю. А. Оборудование для бестраншейной прокладки труб Текст. / Ю. А. Трубников, В. А. Труханов, Н. Н. Грамм // Механизация строительства. -1971.-№2. С. 23-26.

50. Баландинский Е. Д. Бестраншейная прокладка инженерных коммуникаций: развитие и внедрение Текст. / Е. Д. Баландинский, Б. Н. Ладыженский, В. И. Минаев //Механизация строительства. 1987. - № 8. С. 10 - 11.

51. Черниховский Ю. Ф. Машины для бестраншейной прокладки труб Текст. / Ю. Ф. Черниховский // Механизация строительства. 1977.-№6.-С. 19-21.

52. Лавров Г. Е. Механизация строительства магистральных трубопроводов. под автомобильными и железными дорогами Текст. / Е. Г. Лавров, Т. X. Сатаров. М.: Недра, 1978. - 135 с.

53. Danilov В.В. Substation and Selection of Basic Technological Principles for the Evolvement of a New Procedure of the Controlled Horizontal Drilling / B.B. Danilov // Archives of Mining Sciences. 2008. - P. 205 - 212.

54. Гилета В. П. Проходка скважин с частичной экскавацией грунта Текст. / В. П. Гилета, Б. Н. Смоляницкий // Строительные и дорожные машины. 2001 - № 4. С. 7 - 9.

55. Воронцов Д. С. Обоснование принципиальной схемы и конструктивных параметров грунтопроходчика Текст.: дис. .канд. техн. наук /

56. Д. С. Воронцов. Новосибирск, 2005. - 123 с.

57. Ткач X. Б. Технология и механизация расширения скважин с частичным удалением грунта Текст. / X. Б. Ткач. Ярославль: Изд-во Института ОМТПС Минстроя СССР, 1976. - 2 с.

58. Ткач Х.Б. Исследование способа и устройства для пробивания скважин с частичным удалением грунта Текст. : дис. .канд. техн. наук / X. Б. Ткач. — Новосибирск, 1973. 241 с.

59. Менее И. М. Прокладка труб методом прокола Текст. / И. М. Менее // Жилищное коммунальное хозяйство. 1961. - № 5.

60. Руднев В. К. Бестраншейная прокладка трубопроводов Текст. / В. К. Руднев, Н. Д. Каслин // Строительные и дорожные машины. 1994. -№ 5. С. 12 - 15.

61. Баландинский Е. Д. Бестраншейная прокладка инженерных коммуникаций: развитие и внедрение Текст. / Е. Д. Баландинский, Б. Н. Ладыженский, В. И. Минаев // Механизация строительства. 1987. - № 8. С. 10-11.

62. Лавров Т.Е. Способы производства работ и оборудование при бестраншейной прокладке труб Текст. / Т.Е. Лавров // Монтажные и специализированные работы в строительстве. 1960. - № 3. С. 10-15.

63. Маметьев Л. Е. Обоснование и разработка способов горизонтального бурения и оборудования бурошнековых машин Текст. : дис. .докт. техн. наук. -Кемерово, 1992.-492 с.

64. Тимошенко В. К. Влияние формы наконечника на усилие прокола Текст. / В. К. Тимошенко // Строительство трубопроводов. 1968. - № 4.

65. Чередников Е. Н. Исследование процесса проходки скважин пневмопробойниками Текст. : дис. .канд. техн. наук / Е. Н. Чередников. -Новосибирск, 1970. 187 с.

66. Пат. 2012738 Российская Федерация. Устройство для образования скважин в грунте Текст. / А. Д. Костылев, А. Д. Терсков, X. Б. Ткач, Б. Н. Смо-ляницкий, В. В. Червов, В. В. Трубицын; опубл. 15.05.1994, Бюл. № 9. 10 с.

67. Свирщевский В. К. Проходка скважин в грунте способом раскатки Текст. / В. К. Свирщевский. Новосибирск: Наука, 1982. - 120 с.

68. Свирщевский В. К. Основы теории и создания машин для проходки скважин в грунте способом раскатки Текст. : дис. .докт. техн. наук / В. К. Свирщевский. -Новосибирск, 1988. -325 с.

69. Бобылев Л. М. Рабочий орган для раскатки скважин в грунте Текст. / Л. М. Бобылев, А. Л. Бобылев //Механизация строительства. 1996. -№ 10. С.26-27.

70. Кершенбаум Н. Я. Виброметод в проходке горизонтальных скважин Текст. / Н. Я. Кершенбаум, В. И. Минаев. -М.: Недра, 1968. 155 с.

71. Лавендел Э. Э. Вибрационные процессы и машины Текст. : в 4 т. / Э. Э. Лавендел.-М.: Машиностроение, 1981.

72. Блехман И.И. Что может вибрация? Текст. / И.И. Блехман М.: Наука, 1988. — 207 с.

73. Бауман В.Л. Вибрационные машины и процессы в строительстве Текст. / В.Л. Бауман, М.: Высшая школа, 1977. - 231с.

74. Перлей Е. М. Об изменении истинных характеристик внешнего и внутреннего трения движения грунтов под влиянием вибрации Текст. / Е. М. Перлей // Труды ВНИИГС, Вып. 17.-М.: Стройиздат, 1964.

75. Добросельский П. В. Адаптирующиеся пневмопробойники для бестраншейных , технологий Текст. / П. В. Добросельский // Строительные и дорожные машины.- 1999. № 1. С. 19-21.

76. Добросельский П. В. Оборудование для бестраншейной укладки подземных коммуникаций Текст. / П. В. Добросельский, Н. Я. Лукичев // Строительные и дорожные машины. 1996. - № 7.

77. Бондарь М. Ю. Применение пневмопробойников в СССР и за рубежом. Обзор Текст. / М. Ю. Бондарь. М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1974. - 55 с.

78. Бондарь М. Ю. Самопередвигающиеся пневматические машины ударного действия. Обзор Текст. / М. Ю. Бондарь. -М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1978. 53 с.

79. Рацкевич Г. И. Применение пневмомашин ударного действия для устройства подземных сооружений Текст. / Г. И. Рацкевич, В. А. Козлов, А. Д. Костылев // Механизация строительства. 1978 - № 5. С. 8 - 10.

80. ГОСТ 5.1798-73. Пневмопробойники реверсивные ИП4603 и ИП4605 Текст. / М.: Изд-во стандартов, 1973. 4 с.

81. Пат. 2054505 Российская Федерация. Пневматическое реверсивное устройство ударного действия для проходки скважин в грунте Текст. / X. Б. Ткач, А. Д. Костылев, Б. Н. Смоляницкий, В.В. Червов, В. В.

82. Трубицын, В. Г. Вергановский, С. А. Корышев; опубл. 20.02.1996, Бюл. № 5.-18 с.

83. Пат. 2080443 Российская Федерация. Пневматическое реверсивное устройство ударного действия для проходки скважин в грунте Текст. / X. Б. Ткач, А. Д. Терсков, В. В. Трубицын, В. В. Червов; опубл. 27.05.1997, Бюл. №15. 18 с.

84. А. с. 924276 СССР. Устройство ударного действия для проходки скважин в грунте Текст. / Костылев А. Д., Богинский В. П., Смоляницкий Б.Н.; опубл. 30.04.1982, Бюл. № 16.

85. А. с. 967137 СССР. Устройство ударного действия для образования скважин в грунте Текст. / Костылев А. Д., Смоляницкий Б.Н., Богинский В. П.

86. А. с. 927912 СССР. Устройство ударного действия для проходки скважин в грунте Текст. / Костылев А. Д., Смоляницкий Б.Н., Богинский В. П., Сырямин Ю. Н. и Данилова О. М.; опубл. 15.05.1982, Бюл. № 18.

87. А. с. 901410 СССР. Устройство для проходки скважин в грунте Текст. / Трегубов Б. Г., Мухин Ж. Г. и Власов В. Н.; опубл. 30.01.1982, Бюл. № 4.

88. Назаров Н. Г. Повышение ударной мощности пневмопробойников Текст. / Н. Г. Назаров // Горные машины: сб. науч. тр. / ИГД СО АН СССР. Новосибирск, 1980.-С.14-20.

89. Гилета В. П. К вопросу создания пневмоударных устройств повышенной мощности для забивания труб Текст. / В. П. Гилета, Н. Д. Сырямин // Виброударные процессы в строительном производстве: сб. науч. тр./ ИГД АН СССР. Новосибирск, 1986. - С.15 - 22.

90. Чепурной Н. П. Исследование точности проходки скважин пневмопробойниками Текст. : дис. .канд. техн. наук / Н. П. Чепурной. -Новосибирск, 1974. 189 с.

91. Трубицын В.В. Контроль движения пневмопробойника по колебаниям грунта Текст. / В. В. Трубицын, В. В. Червов // ФТПРПИ. 1998. № 4. - С. 117-121.

92. Репин А. А. Способ корректируемой проходки скважин в грунтах Текст.: дис. . .канд. техн. наук / А. А. Репин. Новосибирск, 2001. - 120 с.

93. Костылев А. Д. Опыт создания управляемых пневмопробойников Текст. / А. Д. Костылев // ФТПРПИ. 1996 - № 6. С. 77 - 82.

94. Костылев А. Д. Управляемый пневмопробойник Текст. / А. Д. Костылев, П. А. Маслаков, Б. Н. Смоляницкий // ФТПРПИ. 2001. - № 3. С. 86-90.

95. Тупицин К. К. Управляемые пневмопробойники Текст. / К. К. Тупицин, А. Д. Костылев, Е. Н. Чередников, А. Т. Караваев // Строительные и дорожные машины. 1998. -№ 3. С. 16 - 19.

96. Костылев А. Д. Краткий анализ способов и схем устройств для управления направлением движения пневмопробойника в грунте Текст. / А. Д. Костылев // Известия ВУЗов. Строительство. 1998. - № 10. - С.112 -115.

97. Пат. 2135701 Российская Федерация. Способ управления пневмопробойником Текст. / Гилета В. П., Смоляницкий Б. Н., Леонов И. П.; опубл. 07.03.1999, Бюл. № 24 6 с.

98. Рыбаков А.П. Основы бестраншейных технологий Текст. / А.П. Рыбаков. М.: Пресс Бюро, 2005, № 1.

99. Балаховский М. С. На Российском рынке американская фирма "Уегтеег" . Текст./ М. С. Балаховский // Механизация строительства. - 2000. - № 10. С. 2-7.

100. Гилета В. П. К вопросу создания пневмоударного устройства повышенной мощности для забивания труб Текст. / В. П. Гилета,

101. Н. Д. Сырямин // Виброударные процессы в строительном производстве: сб. науч. тр. / ИГД СО АН СССР. Новосибирск, 1986. - С. 15-22.

102. Белобородов В.Н. Моделирование процесса генерации ударного импульса при забивании металлических труб в грунт Текст. В.Н. Белобородов, А.Л. Исаков, В.Д. Плавских, В.В. Шмелев // ФТПРПИ. 1997. - № 6.

103. Исаков А.Л. Об эффективности передачи ударного импульса при забивании металлических труб в грунт Текст. / А.Л. Исаков, В.В. Шмелев // ФТПРПИ. -1998.-№ 1.С. 89-97.

104. Рейфисов Ю. Б. Условия самотранспортирования керна грунта в трубе при забивке ее пневмопробойником Текст. / Ю. Б. Рефисов // Виброударные процессы в строительном производстве: сб. науч. тр. / ИГД СО АН СССР. -Новосибирск, 1986. С.23 - 29.

105. Плавских В. Д. Методика расчета пневмопробойников Текст. / В. Д. Плавских, Е. Н. Чередников // Горные машины: сб. науч. тр. / ИГД СО АН СССР. Новосибирск, 1980. -С.113 - 120.

106. Костылев А. Д. Исследование рабочего процесса реверсивных пневмопробойников Текст. / А. Д. Костылев, В. Д. Плавских, Е. Н. Чередников // Горные машины: сб. науч. тр. / ИГД СО АН СССР. Новосибирск, 1980. -С.З- 13.

107. Смоляницкий Б.Н. Новые пневмоударные машины "Тайфун" для специальных строительных работ Текст. / Б. Н. Смоляницкий, В. В. Червов, В. В. Трубицын, И. В. Тищенко, И. Э. Вебер //Механизация строительства. 1997. - № 7. С.5 - 8.

108. Смердин В. С., "Тайфун-290" представитель нового поколения пневмоударных машин Текст. / В. С. Смердин, В. В. Червов, В. В. Трубицын // Транспортное строительство. - 1996. - № 5, С.27 - 28.

109. А. с. 1245666 СССР. Устройство ударного действия для проходки скважин в грунте Текст. / Костылев АД., Данилов Б.Б., Смоляницкий Б.Н., Сырямин А.Т., Червов В.В.; опубл. 23.07.1986, Бюл. № 27.

110. Смоляницкий Б.Н. Новые пневмоударные машины Института горного дела

111. СО РАН Текст. / Б. Н. Смоляницкий, В. В. Червов, К. Б. Скачков //

112. Механизация строительства. 2001. -№ 12. С.7 - 12.

113. А. с. 1719558 СССР. Устройство ударного действия для проходки скважин в грунте Текст. / X. Б. Ткач, В. П. Гилета, О. JI. Безродная, В. В. Червов, С. В. Шалунов, А. Д. Терсков; опубл. 15.03.1992, Бюл. № 10.

114. Червов В. В. Энергия удара пневмомолота с упругим клапаном в камере обратного хода Текст. / В. В. Червов // ФТПРПИ. 2004. - № 1. - С. 80-89.239

115. Смоляницкий Б.Н. Адаптация пневмоударных устройств к источнику сжатого воздуха Текст. / Б.Н. Смоляницкий, В.В. Червов // Известия ВУЗов. Строительство. 1999. - № 8. - С.80 - 84.

116. Петреев A.M. Согласование параметров пневмомолота с производительностью источника питания Текст. / А. М. Петреев, Б. Н. Смоляницкий // ФТПРПИ. 1999 - № 2. С. 86 - 90.

117. Тупицын К. К. О процессе взаимодействия пневмопробойников с грунтом Текст. / К. К. Тупицын // ФТПРПИ. 1980. - № 4. С. 9 - 12.

118. Бабаков В. А. Об одном варианте расчета движения пневмопробойника в грунте Текст. / В. А. Бабаков // Горные машины: сб. науч. тр. / ИГД СО АН СССР. Новосибирск, 1980. - С.80 - 84.

119. Данилов Б.Б. Пути повышения эффективности забивания в грунт стальных труб пневматическими молотами / Б.Б. Данилов, Б.Н. Смоляницкий // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2005. № 6,с. 81-88.

120. Баркан Д. Д. Виброударная установка горизонтального бурения Текст. / Д. Д. Баркан, Н. Я. Кершенбаум, В. И. Минаев // Труды МИНХиГП им. И. М. Губкина. М.: Недра, 1964.

121. Данилов Б.Б. Повышение эффективности бестраншейных способов подземного строительства за счет применения пневмотранспорта /

122. Б.Б. Данилов // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2007. - № 5, с. 52 - 61.

123. Данилов Б.Б. Пути совершенствования технологий и технических средств для бестраншейной прокладки коммуникаций /Б.Б. Данилов // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2007. - № 2, с. 69 - 75.

124. Абраменков Э. А. Об установлении структуры ударной мощности пневмоударного механизма Текст. / Э. А. Абраменков // Пневматические буровые машины: сб. науч. тр. / ИГД СО АН СССР. Новосибирск, 1984.-С. 79 - 86.

125. Земцова А. Е. Исследование процесса взаимодействия конического расширителя с грунтом и разрушаемой трубой при бестраншейной замене коммуникаций Текст. / Кандидатская диссертация. Новосибирск: ИГД СО РАН, 1998.

126. Петреев A.M. Образование скважин пневмопробойниками и грунто-проходчиками с кольцевым инструментом / A.M. Петреев,

127. Б.Н. Смоляницкий, Б.Б. Данилов // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2000. - № 6, с. 53 - 58.

128. Костылев А.Д., Смоляницкий Б.Н., Данилов Б.Б. и др. Новый забойный кольцевой пневмоударник для бурения геологоразведочных скважин. -ФТПРПИ. 1985 - № 2.

129. Пат. 1722085 Российская Федерация. Кольцевой геологоразведочный пневмоударник / Костылев А.Д., Зеленцов A.A., Смоляницкий Б.Н., Данилов Б.Б. и др.; заявитель и патентообладатель Институт горного дела СО РАН. -1992.

130. Пат. 1676298 Российская Федерация. Кольцевой геологоразведочный пневмоударник / Костылев А.Д., Смоляницкий Б.Н., Данилов Б.Б. и др.; заявитель и патентообладатель Институт горного дела СО РАН. 1991.

131. Данилов Б. Б. Методика расчета параметров кольцевых геологоразведочных пневмоударников Текст. / Б.Б. Данилов, Б.Н. Смоляницкий, Л.И. Сухарева // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1987. - № 5, с. 110-113.

132. Данилов Б.Б. Определение относительной плотности стенок грунтовых скважин при сооружении их комбинированным способом Текст. / Б.Б. Данилов, Б.Н. Смоляницкий // Изв. ВУЗов. Строительство. 2004. - № 1, с. 49 -53.

133. Исаков А.Л. Напряженно-деформированное состояние массива грунта при движении в нем пневмопробойника Текст. / А.Л. Исаков,

134. A.К. Ткачук // ФТПРПИ. 2000. № 2.

135. Гилета В. П. Исследование и создание пневмоударного самодвижущегося грунтозаборного устройства для очистки кожухов от грунта при бестраншейной прокладке коммуникаций Текст. / Кандидатская диссертация. Новосибирск: ИГД СО АН СССР, 1981.

136. Кондратенко A.C. Влияние статической нагрузки на процесс очистки обсадной трубы от грунтового керна Текст. / A.C. Кондратенко // Проблемы механики современных машин. Материалы III международной конференции Т 2. Улан-Удэ: ВСГТУ, 2006. - 295с.

137. Гилета В. П. Виброперемещение двухмассовой автоколебательной системы с внешним сухим трением Текст. / В. П. Гилета, Б. Н. Смоляницкий, А. М. Пегреев, Е. В. Тетенов // ФТПРПИ. 1997 № 3. - С. 69 - 75.

138. Червов В. В. Новый способ очистки трубы от грунтового керна при бестраншейной прокладке подземных коммуникаций Текст. /

139. B. В. Червов // Механизация строительства. 2003. - № 1. - С.17 - 20.i \

140. Варнелло Э. П. Новый способ очистки закладочных трубопроводов Текст. / Э П. Варнелло, А. Г. Своровский // Импульсные машины для горного и строительного производства: сб. науч. тр. / ИГД СО АН СССР. Новосибирск, 1990. - С.43 -46.

141. Червов В.В. Пневмомолот "Тайфун-70" и новый метод очистки трубы от грунтового керна Текст. / В.В. Червов, A.C. Кондратенко // Механизация строительства. 2006. - № 8. С. 8-12.

142. А. с. 1058647 СССР. Самоходное грунтозаборное устройство Текст. / А.Д. Костылев, В.А. Григоращенко и др.; опубл. 07.11.1983, Бюл. № 45.

143. Червов В. В. Условия самоочистки полости трубы от грунтового керна при бестраншейной прокладке коммуникаций Текст. / В. В. Червов // ФТПРПИ. 2005.-№ 2. С. 67-73.

144. Малевич И.П., Матвеев А.И. Пневматический транспорт сыпучих строительных материалов.- М., Стройиздат, 1979.

145. Казаков А.П. Пневматический транспорт. Волго-Вятское книжное издательство, 1966.t ,

146. Смолдырев А.Е. Трубопроводный транспорт,-М., Недра, 1980.

147. Урбан Я. под ред. Шведова JT.M. Пневматический транспорт.- М.: Машиностроение, 1967.

148. Цытович Н. А. Механика грунтов Текст. / Н. А. Цытович. М.: Высшая школа, 1979.-272 с.

149. Н. Я. Хархута. Машины для уплотнения грунтов. Ленинград: "Машиностроение", 1973. 174 с.

150. М. Н. Гольдпггейн, А. А. Царьков, И. И. Черкасов. Механика грунтов. Основания и фундаменты. Москва: "Транспорт", 1981. 225 с.

151. Швец В. Б. Справочник по механике и динамике грунтов Текст. / В. Б. Швец, JI. К. Гинзбург, В. М Гольдштейн // Будивельник, Киев, 1987.

152. Рахматулин X. А. Вопросы динамики грунтов Текст. / X. А. Рахматулин, А. Я. Сагомонян, Н. А. Алексеев. М.: Изд-во МГУ, 1964. - 346 с.

153. Е. Н. Чередников. О взаимодействии пневмопробойника с грунтом. // ФТПРПИ. 1970. - № 3, с. 63 - 65. •

154. Смоляницкий Б.Н. Погружные пневмоударники с центральным шламопроводом / Б.Н. Смоляницкий, Б.Б. Данилов // Горные машины и автоматика. 2002. - № 5, с. 20-23.

155. Курленя М. В. Об эффекте аномально низкого трения Текст. / М. В. Курленя,

156. В. Н. Опарин, В. И. Востриков // ФТПРПИ. 1997 - № 1, с. 3-16.

157. Востриков В. И. О некоторых особенностях движения твёрдых тел при комбинированных виброволновом и статическом воздействиях Текст. / В. И. Востриков, В. Н. Опарин, В. В. Червов // ФТПРПИ. 2000. - № 6,с. 5-11.

158. Григоращенко В.А. О некотором опыте восстановления подземных трубопроводов малыми предприятиями России Текст. / В. А. Григоращенко, A.A. Отставнов, К.Е. Хренов, В.А. Харькин // Сантехника, отопление, кондиционирование. 2008. - № 4, с. 28 - 30.

159. Исаков A. JI. Задача о расширении грунтовой полости при бестраншейной замене подземных коммуникаций Текст / A. JI. Исаков, А. Е. Земцова // ФТПРПИ. 1998. - № з, с. 95 - 100.

160. Изотов A.C. Задача о нагружении толстостенной трубы из хрупкого материала самоуравновешенной парой сил Текст. A.C. Изотов, A.JI. Исаков, А.Е. Земцова // ФТПРПИ. 1998. - № 2.

161. Исаков A. JI. О классификации грунтов без жестких структурных связей по их прочностным характеристикам Текст. / ФТПРПИ 2000. - № 6, с. 26 - 29.

162. Ветров Ю. А. Резание грунтов землеройными машинами Текст. / Ю. А. Ветров. М.: Машиностроение, 1971. - 358 с.

163. Зеленин А.Н. Основы разрушения грунтов механическими способами Текст. / А.Н. Зеленин. М.: Машиностроение, 1968. - 436. с.

164. Герц Е.В. Динамика пневматических систем машин Текст. / Е.В. Герц. М.: Машиностроение, 1985.-256 с.

165. Иосилевич Г. Б. Прикладная механика / Г. Б. Иосилевич // Учебник для машиностроит. спец. вузов. М., 1989. С. 375.

166. Пат. 2311510 Российская Федерация, МПК E02F5/18 С1. Реверсивное устройство ударного действия / Данилов Б .Б.; заявитель и патентообладатель Институт горного дела СО РАН. № 2006121049/03; заявл. 13.06.2006; опубл. 27.11. 2007, Бюл. № 33. - 4 е.: ил.

167. Петреев А. М. Исследование динамики бесклапанного пневмоударногомеханизма с одной рабочей камерой Текст. / А. М. Петреев, В. П. Богинский // Горные машины: сб. науч. тр. / ИГД СО АН СССР. Новосибирск, 1980. -С. 20-37.

168. Климашко В. В. Зависимость к.п.д. цикла пневмопробойника от факторов, определяемых воздухораспределительной системой Текст. / В. В. Климашко // Горные машины: сб. науч. тр. / ИГД СО АН СССР Новосибирск, 1980. -С.73- 80.

169. Данилов Б.Б. Анализ динамики и создание кольцевого геолого-разведочного пневмоударника Текст. / Кандидатская диссертация. Новосибирск: ИГД СО АН СССР, 1985.- 176 с.

170. Ткач X. Б. О работе пневматического поршневого привода с выхлопом в среду с давлением большим атмосферного Текст. / X. Б. Ткач // ФТПРПИ. -1996.-№6, с. 63-71.

171. Суднишников Б. В. Элементы динамики машин ударного действия Текст. / Б. В. Суднишников, Н. Н. Есин. Новосибирск: изд. СОАН, 1965. - 84 с.

172. Сушков В. В. Техническая термодинамика Текст. / В. В. Сушков. М.: Госэнергоиздат, 1960. - 375 с.

173. Климашко В. В. Экспресс-расчет машин для забивания труб Текст. / В. В. Климашко, Г. Г. Васильев // Импульсные машины для горного и строительного производства: сб. науч. тр. / ИГД СО АН СССР. Новосибирск, 1990.-С.11- 24.

174. Смоляницкий Б. Н. К методике расчета пневматической машины ударного действия с одной управляемой камерой Текст. / Б. Н. Смоляницкий // Горные машины: сб. науч. тр. / ИГД СО АН СССР. Новосибирск, 1980. - С. 37 - 44.

175. ГОСТ 5180-84. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик Текст. Введ. 24 - 10 - 84. - М.: Изд-во стандартов, 1993.-19 с.

176. Смоляницкий Б.Н. Стенды для испытаний пневмоударных машин со сквозным осевым каналом / Б.Н. Смоляницкий, Б.Б. Данилов, А.Т. Сырямин // Строительные и дорожные машины. 1988. - № 2, с. 7 - 8.

177. Николаев В. А. Фирма "Горизонталь" микротоннельное буровое оборудование Текст. // Строительные и дорожные машины. - 2001. - № 10.