Буровой станок – незаменимый помощник при разработке твердых пород

Извлечь ресурсы, скрытые под толщей земли, непросто. Особенно, если те лежат твердыми, прочными массивами. Их не возьмет ни бульдозерный отвал, ни ковш экскаватора. Здесь не обойтись без буровзрывных работ. Бурение также применяют для добычи жидких и газообразных энергоносителей: воды, газа, нефти. Главный рабочий агрегат при этом – буровой станок, буровая установка, общее название – буровая машина.

Буровые машины классифицируют:

• по способу монтажа – стационарные, мобильные; 
• по расположению бурового канала – вертикальный, наклонный или горизонтальный;  
• по приводу рабочего инструмента – электрический, дизельный, гидравлический (пневматический).

Пробуренный в грунте или горной породе канал, если его диаметр не превышает 75 мм, а длина 5 м, называют шпуром. Если показатели больше, тогда это скважина.

Как работают буровые станки и установки

Классическая буровая установка имеет сложную конструкцию и большую массу. Чаще всего это сооружение для добычи газа или нефти. Она размещается стационарно на суше или на плавучей морской платформе. Также буровыми установками или станками называют агрегаты, при помощи которых бурят водяные скважины или каналы для взрывчатки на карьерах.

Буровые станки и установки разделяют по способу:

• разрушения породы;
• нагрузки на буровом инструменте;
• удаления разрушенного материала из зоны бурения.

Разрушать породу буровые станкимогут механическими или физическими способами. В первом случае применяются шарошечные и резцовые долота. Во втором – инструменты термического, взрывного, гидравлического, электрогидравлического и ультразвукового действия. В промышленности и строительстве превалирует механическое бурение. Физические способы применяются редко из-за того, что одни из них малоэффективны, другие слишком энергозатратны.

Важно, как буровой станок передает нагрузку на рабочий инструмент. Вращательный способ подходит для разработки материалов с малой и средней крепостью. Резец вращается и прижимается передней гранью к породе, непрерывно ее срезает, скалывает. 

Есть два вида вращательного бурения – сплошное и колонковое. В первом случае разрушается весь столб материала. Во втором – только узкое кольцо вокруг центрального керна. Керн вынимают из скважины столбиками. Такой способ позволяет бурить даже твердые породы, однако применяется редко. Из-за того, что много времени уходит на подъем и выгрузку кернов он сильно тормозит разработку.

При ударном бурении, например в ударно-канатных станках, долото наносит сильные удары. При каждом отскоке немного поворачивается, и пройдя круг, разрушает материал по всей площади забоя.

При ударно-вращательном способе инструмент вращается непрерывно. Его применяют для разработки крепких, очень крепких и абразивных пород. Если превалирует разрушение силой вращения, то это – вращательно-ударное бурение. Инструмент постоянно прижат к породе и вращается. А по его хвостовой части наносятся удары. Этот способ наиболее эффективен для бурения наклонных и горизонтальных скважин. 

При шарошечном способе шарошка сильно прижимается к дну забоя и перекатывается. При качении зубья скалывают материал.

Промышленные буровые станки постоянно удаляют из канала продукты разрушения. Для этого применяются шнеки или продувка сжатым воздухом, воздушно-паровой смесью. 

Если скважина глубокая, в сотни метров и более, имеет большой диаметр (400-700 мм), продукты удаляют не постоянно, а периодически – желонками – цилиндрическими «ведрами» либо при помощи продувки сжатым воздухом.

Буровые станки на карьерах: выбор строго по потребности

Важный фактор, который определяет, какие выбрать буровые станки – цена. Она сопоставима со стоимостью бульдозеров – от сотен тысяч до миллионов гривен. Но важнее свойства породы, которую им придется разрабатывать, и конкретные условия эксплуатации.

На площадке (уступе) карьера обычно бурят несколько скважин для взрывчатки. При этом используют мобильные машины на гусеничном шасси. 

Ударно-канатные буровые станки на карьерах довольно просты и сравнительно недороги. Но у них малая продуктивность из-за низкой частоты ударов (40-50 в минуту).

Станки вращательного бурения с шарошечными долотами предназначены для функционирования в сухих, обводненных, трещиноватых и монолитных породах как с низким, так и с высоким показателем крепости. Они могут прокладывать вертикальные и наклонные скважины. 

Твердую породу хорошо разрабатывает буровой станок с погружным ударником. Он обеспечивает высокую скорость проходки, маневренность, экономичность.

Карьерный буровой станок должен быть выносливым

На карьерах в основном используют машины фирм Epiroc (ранее Atlas Copco, Sandvik Mining and Construction, Furukawa, Caterpillar. Новые буровые станки создаются из современных компонентов. Их монтируют на гусеничных платформах Caterpillar, Intertrack. Оснащают компрессорами Atlas Copco, Gardner-Denver, Ingersoll-Rand, системами гидропривода Denison, Mannesmann-Rexroth, Vickers, Vane, дизелями Caterpillar, Cummins, Komatsu, GM.

В лучших моделях станков основные приводы гидравлические. Один двигатель (дизель или электрический) приводит в работу компрессор и маслостанцию. Гидравлика механизирует основные и вспомогательные операции. Такое решение снижает массу агрегата и облегчает регулировки. 

Работа карьеров зависит от потребности в материалах, которые те вырабатывают. Поэтому часто носит сезонный характер. К началу работ станки приводят в наилучшее состояние, затем весь сезон интенсивно эксплуатируют. 

Ремонт буровых станков в весенне-летний период обычно проводят в полевых условиях. Фирмы-изготовители, как правило, предлагают свои системы контроля и управления работой станков. При их использовании карьерный буровой станок служит дольше, меньше изнашивается его привод и рабочие инструменты.