Вращательное бурение: как выбрать станок для крепких пород
Взрывные работы на карьерах начинаются с бурения. От того, какой способ бурения выбран, зависит не только скорость проходки, но и расход топлива, ресурс инструмента и, в конечном счёте, стоимость тонны руды или вскрыши.
Вращательное бурение (шарошечное) — используется для крепких и очень крепких монолитных пород с коэффициентом крепости f = 6–20, так как осевое усилие и высокий крутящий момент позволяют устойчиво разрушать забой без потери прямолинейности скважины.
Альтернативным способом бурения является ударно-вращательный метод (DTH). Однако важно понимать: DTH — это не надстройка над вращательным станком, а отдельная технология, требующая прежде всего компрессора с другими характеристиками.
Принцип работы вращательного бурения
Вращательное бурение основано на одновременном воздействии двух усилий:
- Осевая нагрузка (подача) — прижимает шарошечное долото к забою.
- Крутящий момент — заставляет долото вращаться, а его зубья или штыри вдавливаться и скалывать породу.
Шарошки перекатываются по забою, создавая динамическую нагрузку. В отличие от ударных методов, здесь нет импульсного воздействия — разрушение идёт непрерывно, за счёт сжатия и сдвига.
Когда вращательное бурение эффективно
Метод показывает лучшие результаты на следующих типах пород:
- f = 6–20 (крепкие и очень крепкие);
- Монолитные, без обильной трещиноватости;
- Абразивные породы (кварц, железистые кварциты).
Мощные установки вращательного бурения ориентированы в первую очередь на массовое бурение взрывных скважин при открытых горных работах.
Станок востребован и на вскрышных работах — при удалении скальных пород, перекрывающих полезное ископаемое, особенно на глубоких карьерах и угольных разрезах, где вскрыша представлена известняками, песчаниками или сланцами.
Помимо горной добычи, такие буровые установки применяются в крупном промышленном и инфраструктурном строительстве: бурение под взрыв при разработке скальных оснований котлованов ГЭС, АЭС, под фундаменты высотных зданий, а также при проходке выемок в горной местности.
Основные требования к буровому станку
Чтобы станок эффективно работал в режиме вращательного бурения, он должен иметь:
Крутящий момент не менее 10 000 Н·м (для диаметров 216–270 мм);
Усилие подачи от 200 кН, осевое давление — до 270 кН;
Жёсткую мачту, устойчивую к кручению и вибрациям. Слабая мачта снижает точность скважины и ускоряет износ направляющих.
Надёжный вращатель с усиленной коробкой передач и смазкой подшипников на высоких оборотах.
Почему крепкие породы требуют особого подхода к выбору бурового станка
Бурение по крепким породам (f > 12) — это всегда компромисс между скоростью, ресурсом и энергозатратами. Вот три главных ограничения, которые диктуют выбор техники:
- Высокие нагрузки на вращатель. При f = 14–20 крутящий момент должен быть не просто «пиковым», а длительно доступным. Иначе станок перегревается или встает.
- Износ направляющих мачты. Вибрации от шарошечного долота передаются на мачту. Если направляющие не имеют износостойкой наплавки, люфт возникает уже через 500–700 моточасов.
- Эффективный обдув скважины. В крепких абразивных породах шлам тяжелый и острый. При недостаточном расходе воздуха (менее 35 м³/мин) частицы не выносятся на поверхность, оседают обратно и дополнительно изнашивают долото.
Итак, выбор станка вращательного бурения — это всегда поиск баланса между мощностью, ресурсом и стоимостью метра скважины. В качестве практического примера того, как этот баланс реализован в тяжёлом классе, можно рассмотреть платформенную установку JK1300.
Её конструкция и ключевые решения (от системы смазки вращателя до компоновки силового агрегата) наглядно иллюстрируют все описанные нами критерии. Подробнее с техническими характеристиками и вариантами комплектации этой модели можно ознакомиться по ссылке ниже:
Подробнее о буровой установке вращательного бурения JK1300