способ обнаружения пневмопробойника в грунте и устройство для его реализации

Формула изобретения

1. Способ обнаружения пневмопробойника в грунте, согласно которому с помощью расположенного на пневмопробойнике или рядом с последним генератора волнового излучения возбуждают электромагнитные колебания и периодически определяют азимут пневмопробойника по максимальной величине волнового излучения по меньшей мере в двух точках, отличающийся тем, что в качестве генератора волнового излучения используют искровой разряд, при этом искровой разряд посылают отдельными импульсами, которые формируют с частотой менее 50 Гц или более 65 Гц.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что импульсы формируют с частотой равной частоте удара пневмопробойника.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что формирование импульсов искрового разряда осуществляют с помощью электрической машины высокого напряжения, для вращения вала которой используют сжатый воздух.

4. Устройство для обнаружения пневмопробойника в грунте, включающее генератор для излучения электромагнитных колебаний с приводом и по меньшей мере две направленные антенны для приема электромагнитных колебаний на поверхности земли, отличающееся тем, что генератор для излучения электромагнитных колебаний выполнен в виде искрового разрядника и электрически соединенного с искровым разрядником магнитоэлектрического приспособления для создания высокого напряжения, а привод генератора для излучения электромагнитных колебаний выполнен в виде пневмодвигателя с входным патрубком для сообщения с магистралью подачи сжатого воздуха к пневмопробойнику, при этом выходной вал пневмодвигателя кинематически связан с магнитоэлектрическим приспособлением для создания высокого напряжения.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что магнитоэлектрическое приспособление для создания высокого напряжения выполнено в виде установленного с возможностью вращения якоря с полюсным наконечником, трансформатора и прерывателя, а пневмодвигатель выполнен в виде турбины, с выходным валом которой кинематически связаны якорь и прерыватель, при этом трансформатор электрически соединен с искровым разрядником и прерывателем.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительной технике и предназначено для обнаружения устройств ударного действия - пневмопробойников, применяемых для пробивания скважин в грунте.

Известен способ определения месторасположения подземного объекта. Сущностью его в наводке электромагнитного поля в магнитной антенне, расположенной на поверхности земли, а через регулируемый резистор осуществляется обратная положительная связь. Оптимальная величина сопротивления этого резистора подбирается регулировкой. Максимальная избирательность устройства соответствует минимальному сопротивлению резистора. Электрический сигнал, усиленный усилителем высокой частоты и продетектированный детектором, регистрируется стрелочным индикатором.

Недостатком известного устройства является низкая помехозащищенность, обусловленная влиянием близкорасположенных металлических предметов. Метод обнаружения металлического предмета основан на регистрации отраженного сигнала, но в этом случае любой металлический предмет, находящийся в грунте, дает такой же отклик. Поэтому в городских условиях, когда имеются много металлических предметов в грунте, описанный метод поиска пневмопробойника не надежен в работе.

Наиболее близким аналогом способа обнаружения пневмопробойника является метод, разработанный ЦНИИС Министерства связи, обнаружения местонахождения буровой головки. Сущность его в том, что в буровую головку встраивается малогабаритный генератор звуковой частоты с излучающей рамкой и блоком питания. Электромагнитные колебания, излучаемые генератором, принимаются на поверхности земли приемником, состоящим из двух неподвижных и одной подвижной катушки искателя.

Недостатком рассматриваемого способа является неудобство в работе, т. к. необходимо параллельно со шлангом, по которому подается сжатый воздух для работы пневмопробойника, иметь кабель. Кроме того, необходим источник электроэнергии. Другими недостатками известного способа являются: сложность индентифицирования сигнала, т. к. в эфире имеются еще и промышленные сигналы; сложно повысить величину сигнала от генератора, установленного на пневмопробойнике, из-за малых габаритах, ограниченных диаметром скважины, и условий работы - ударный режим.

Относительно устройств, используемых для обнаружения пневмопробойников (металлических предметов) в грунте.

Известно устройство для определения местоположения подземного объекта, содержащее антенну, усилитель высокой частоты, детектор и измерительный узел, причем антенна выполнена из ферромагнитного материала с высокой температурной стабильностью и подключена через конденсатор и регулируемый резистор к усилителю высокой частоты, выполненному на составном транзисторе [1] .

Недостатком этого устройства является низкая эффективность обнаружения месторасположения подземного объекта из-за невозможности идентифицирования его по отношению к иным залегающим в грунте металлическим предметам.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для определения местоположения буровой головки с использованием полупроводниковых приборов. Оно содержит генератор, излучающий электромагнитные колебания, две неподвижные и одну подвижную катушки искателя, усилитель с батареей питания, индикатор и переключатель. Генератор закреплен на буровой головке, а все остальные элементы конструкции - на дневной поверхности. Недостатком известного устройства является низкая эффективность работы из-за сложности выделения сигнала, т. к. в эфире имеются еще и промышленные сигналы, и сложность обеспечения надежности работы генератора, подвергающегося ударной нагрузке от работающего пневмопробойника [2] .

Целью изобретения является повышение эффективности обнаружения пневмопробойника в неоднородных грунтах с металлическими включениями.

Это достигается за счет того, что с помощью расположенного на пневмопробойнике или рядом с ним генератора волнового излучения возбуждают электромагнитные колебания и определяют азимут движения пневмопробойника по максимальной величине волнового излучения, при этом в качестве генератора волнового излучения используют искровый разряд, причем искровый разряд посылают отдельными импульсами, которые формируют с частотой менее 50 Гц или более 65 Гц.

Эти операции позволяют идентифицировать сигнал по отношению к другим сигналам, что способствует повышению надежности обнаружения.

Целесообразно импульсы формируют с частотой равной частоте удара пневмопробойника.

Такая операция позволяет упростить исполнение, т. к. в принципе возможно совместить исполнительные механизмы, относящиеся к приводу движения пневмопробойника и к приводу генератора волнового излучения.

Целесообразно импульсы искрового разряда формировать с помощью электрической машины высокого напряжения, для вращения вала которой используют сжатый воздух.

Устройство для осуществления способа обнаружения пневмопробойника, включающее генератор для излучения электромагнитных колебаний с приводом и по меньшей мере две направленных антенны для приема электромагнитных колебаний на поверхности земли, при этом генератор выполнен в виде искрового разрядника и электрически соединенного с искровым разрядником магнитоэлектрического приспособления для создания высокого напряжения, а привод генератора выполнен в виде пневмодвигателя с входным патрубком для сообщения с магистралью подачи сжатого воздуха к пневмопробойнику, при этом выходной вал пневмодвигателя кинематически связан с магнитоэлектрическим приспособлением для создания высокого напряжения. Такое выполнение устройства позволяет осуществлять предлагаемый способ обнаружения пневмопробойника.

Магнитоэлектрическое приспособление для создания высокого напряжения выполнено в виде установленного с возможностью вращения якоря с полюсным наконечником, трансформатора и прерывателя, а пневмодвигатель выполнен в виде турбины с выходным валом, который кинематически связан якорь и прерыватель, при этом трансформатор электрически соединен с искровым разрядником и прерывателем. Такое выполнение устройства позволяет обнаружить месторасположение пневмопробойника, который по тем или иным причинам перестал работать, например заклинило ударник или какая-нибудь деталь поломалась.

На фиг. 1, 2 показана операция по обнаружению пневмопробойника в поперечной и продольной плоскостях (относительно оси движения пневмопробойника); на фиг. 3 - принципиальная схема устройства для проходки скважин в грунте.

На фиг. 1 показано устройство для проходки скважин в грунте, состоящее из пневмопробойника 1, пневмомагистрали 2 (фиг. 2, 3), пневмотурбины 3, соединенной с пневмомагистралью 2. На валу 4 пневмотурбины пневмодвигателя жестко закреплен кулачок 5, взаимодействующий с электрическими контактами прерывателя 6. К валу 4 пневмотурбины 3 присоединен якорь 7 с полюсными наконечниками постоянного магнита, который взаимодействует с обмотками трансформатора 8. Обмотка 1 трансформатора 8 соединена с разрядником 9. На поверхности грунтового массива и в приямке 10 (фиг. 1,2) со стороны торца скважины установлены направленные антенны 11, 12, соединенные с приборами 13, 14, анализирующими получаемый антеннами 12, 11 сигнал (в качестве этих приборов могут быть использованы анализаторы индустриальных помех). Скважина в грунте обозначена позицией 15.

При подаче сжатого воздуха по пневмомагистрали 2 пневмопробойник 1 создает ударные импульсы, благодаря которым он движется в грунте, образуя скважину 15. К пневмомагистрали 2 присоединен узел, создающий искровый разряд. Сжатый воздух из пневмомагистрали 2 поступает в пневмотурбину 3, которая вращает вал 4 с кулачком 5 и якорем 7. При вращении в магнитном поле якорь 7 наводит ЭДС в I обмотке трансформатора 8. В обмотке II, содержащей большое количество витков, наводится высокое напряжение (порядка 20 кВ). Индуктирующийся в первичной обмотке переменный ток при каждом достижении им своего максимума прерывается прерывателем (кулачок 5 вращается вместе с валом 4). При вращении якоря 7, являющимся магнитом, за один его оборот магнитный поток в сердечнике трансформатора 8 меняет свою величину и направление столько раз, сколько полюсов имеет якорь-магнит 7.

Электромагнитные волны, возникающие при прохождении электрической искры между контактами разрядника 9, улавливаются направленными антеннами 11, 12, соединенными с анализаторами сигналов 13, 14. Частота искровых разрядов зависит от числа оборотов турбины 3 и количества полюсов якоря 7. Целесообразно, чтобы в ее диапазон не вошла промышленная частота (50-60 Гц), что позволяет отфильтровать шумы и регистрировать только излучение, создаваемое искровым разрядом. Располагая на поверхности грунта или в приямке, по меньшей мере, две антенны с анализиторами сигналов, можно определить азимутальную плоскость и направление движения пневмопробойника. В случае поломки пневмопробойника 1 или его остановка, например из-за заклинивания ударника в корпусе при попадании частиц грунта между контактирующими поверхностями, искровый узел будет продолжать работу и месторасположение пневмопробойника будет обнаружено.

Для обнаружения пневмопробойника направленные антенны 11, 12 можно устанавливать на дневой поверхности или в приямке 10, при этом их необходимо размещать на определенном расстояния друг от друга.

Создают серию разрядов, при этом каждый искровый разряд обладает одинаковыми параметрами (частотой и продолжитель- ностью, которые определяются физическими свойствами искрового разряда). Серия разрядов в единицу времени (частота повторения разрядов) и служит для интенсификации. Частоту импульсов выбирают отличной от промышленных частот (меньше 50 Гц или более 65 Гц). Обычно промышленные частоты либо кратковременные (электрический транспорт, когда возникает электрический разряд между подвижным и неподвижным контактами), либо с определенной частотой (свеча двигателя внутреннего сгорания, искрящий коллектор электродвигателя). Частоты промышленные известны, поэтому, выбрав любую иную частоту повторения разрядов, можно отличить промышленную помеху (фон) от рабочей (информационной), по которой определяют расстояние до пневмопробойника. Частоту повторения радиоимпульсов формирует прерыватель 6 и он же определяет частоту посылаемых сигналов и их периодичность, т. е. продолжительность паузы между сигналами также может служить для идентификации радиосигнала. Например, пневмопробойник, работающий с частотой 7 Гц, будет опознан по отношению к другим источникам радиосигналов. Изменяя давление воздуха в сети, можно посылать сигналы с разной частотой (каждый сигнал будет иметь частоту в диапазоне 10⁴-10⁶ Гц, определяемая физикой искрового разряда) и таким образом можно уйти от помех, создаваемых иными источниками, работающими в том же диапазоне 10⁴-10⁶ Гц. В итоге имеются, по крайней мере, две возможности изменения частоты подаваемых сигналов, а именно: дискретно за счет прерывателя 6 и плавно за счет изменения давления сжатого воздуха. Если в первом случае регулировку осуществляют на поверхности, например, заменой прерывателя (один прерыватель от другого отличается количеством контактов), то во втором случае можно варьировать частотой в процессе проходки скважины, когда пневмопробойник находится в грунте.

Применение предлагаемого способа обнаружения пневмопробойника в грунте позволяет определить его месторасположе- ние. Это позволяет, с одной стороны, следить за его передвижением и при необходимости управлять его движением, а с другой - в случае поломки или заклинивания ударника при попадании частиц грунта между трущимися поверхностями точно указать меcто его расположения. Если в первом случае экономический эффект рассчитать сложно, то во втором он определяется затратами на извлечение. (56) Авторское свидетельство СССР N 355589, кл. G 01 V 3/00, 1970.

Пестов Г. Н. Закрытая прокладка трубопроводов. М. : Стройиздат, 1964, с. 51-52, рис. 32.