Не счесть алмазов...
Установки для бурения алмазным инструментом

Не счесть алмазов в каменных пещерах...
Песня индийского гостя из оперы «Садко», Н.А. Римский-Корсаков

Установки для бурения (сверления) алмазным инструментом, которые также называются «установки (станки) алмазного бурения», «установки торцевого бурения», «машины алмазного сверления», «машины для кольцевого бурения», «установки колонкового сверления», «керносверлильные установки» и т. д., – это группа оборудования, предназначенного для бурения (сверления) с помощью инструмента, режущая часть которого оснащена промышленными алмазами, круглых отверстий в стенах, перекрытиях и других строительных конструкциях из бетона, железобетона, камня, кирпича и т. п. Они относятся к алмазному режущему инструменту, довольно широко используемому в современном строительстве. Данной публикацией мы начинаем серию статей, в которых познакомим читателей с этим прогрессивным, современным оборудованием, и в том числе с мало распространенными в нашей стране сферами его применения.

 

Типы и конструкции установок

Основными компонентами установки для алмазного бурения являются привод (двигатель), станина и рабочий инструмент – алмазная коронка или алмазное спиральное сверло. Сама станина жестко крепится к обрабатываемой поверхности или возле нее с помощью крепежной плиты.

В конструкцию установки также могут входить редуктор, ручной или электрический насос для подачи воды, система пыле­улавливания, маслобак и т. д.

Типы установок. Для бурения отверстий диаметром примерно до 120 мм в кирпичной кладке, бетоне и железобетоне применяются самые малые буровые машины (дрели) ручного типа. Отверстия бóльших диаметров выполняются с помощью более сложных установок станинного типа, у которых двигатель с алмазной коронкой крепится на станине и может плавно по ней перемещаться вдоль оси вращения по мере углубления коронки в высверливаемый материал.

Станинные электрические установки являются более универсальными, чем ручные, так как позволяют выполнять более широкий спектр задач с более высокой точностью по диаметру и заданному углу просверливаемого отверстия.

Небольшие станинные установки являются стационарными, также существуют установки – навесные орудия, устанавливаемые на экскаваторах, экскаваторах-погрузчиках, погрузчиках с бортовым поворотом и других дорожно-строительных машинах. Практически не встречаются на отечественном рынке, но известны в мире крупные установки алмазного бурения на колесных шасси – в виде прицепов и даже самоходные.

Силовой привод (двигатель). Для привода установок алмазного бурения используются электромоторы, двигатели внутреннего сгорания (бензиновые или дизельные), а также гидравлические и пневматические моторы.

Выбор типа и мощности силового привода зависит от условий работы установки: диаметра отверстий, которые предполагается сверлить, прочности материала и других условий работы.

Самым распространенным в России типом установок алмазного бурения являются электрические. Обязательным условием применения электрических установок является наличие электрической сети и иногда системы водоснабжения.

Электродвигатели (бормоторы) бывают однофазные и трехфазные в зависимости от мощности. Чаще всего применяются однофазные, которые питаются от сети напряжением 220–240 В и используются для бурения отверстий малых и средних диаметров (до 500 мм) и небольшой глубины (до 300 мм). Они имеют простую конструкцию и небольшую массу. На таком оборудовании можно бурить отверстия в полу и стенах. Однако бурение отверстий в потолке может быть проблематичным, так как подобные установки имеют воздушную систему охлаждения, теплый воздух собирается к потолку, а пыль сыплется на установку сверху, и в запыленной атмо­сфере эффективность охлаждения снижается.

Для бурения отверстий большего диаметра и глубины применяют мощные асинхронные электродвигатели, питающиеся от сети 380–400 В. Корпус такой установки, как правило, герметичен, защищен от пыли и грязи, за счет этого снижаются затраты на текущее обслуживание установок. Для более интенсивного отвода тепла используется водяное охлаждение. К минусам трехфазных установок можно отнести массу, которая на 20% больше, чем у однофазной установки, и питание от сети 380 В, которое может быть не на каждом объекте.

Шпиндель бормотора соединяется с редуктором через интегральную муфту предельного момента (фрикционную пару), которая при заклинивании буровой коронки в процессе бурения защищает бормотор от перегрузки.

Однако при значительном увеличении мощности электродвигателя возрастает его масса, поэтому при достижении определенного порога целесообразнее использовать гидравлический или пневматический привод – при намного меньшей массе он может иметь намного бóльшую мощность.

Гидравлические установки являются одними из самых мощных в ряду алмазной бурильной техники и предназначены для бурения отверстий больших диаметров и глубины в монолитном высокоармированном бетоне и скальных породах. Возвратно-поступательное перемещение каретки может осуществляться вручную или с помощью отдельного гидравлического мотора. Обязательным условием работы является наличие водоснабжения и, если привод гидравлических агрегатов электрический, наличие электросети 380–400 В. Выпускаются также гидравлические агрегаты с дизельным приводом. Для работы гидравлических установок требуется наличие гидростанции высокого давления, а стоимость гидравлических установок намного выше электрических. Для работы на них оператору необходимо пройти обучение и получить соответствующие навыки.

Ряд специалистов считает, что наиболее предпочтительным для установок алмазного бурения является пневматический привод. Пневматические установки алмазного бурения могут применяться во взрывоопасных помещениях и подземных сооружениях, где разрешено использование электроприборов напряжением не более 36 В.

Бурильные установки с приводом от бензиновых двигателей обеспечивают полную независимость от источников электропитания и мобильность. Бензиновые установки применяют в основном дорожники для отбора проб при исследовании состояния дорожного полотна и установки металлических конструкций.

Скорость вращения алмазной коронки изменяется в зависимости от прочности разрабатываемого материала, необходимой величины крутящего момента и многих других условий. Скоростные режимы меняются в том числе с помощью редуктора установки, который может иметь 2–4 ступени.

Станина является основой бурильной установки. Производить алмазное бурение отверстий большого диаметра, удерживая машину в руках, невозможно: установка должна длительное время фиксироваться в строго определенном положении по оси бурения, даже самый небольшой перекос может привести к заклиниванию коронки.

Станина состоит из крепежной плиты и направляющей стойки. Посредством станины установка алмазного бурения неподвижно закрепляется на рабочей поверхности с помощью крепежной плиты. Обычно плита имеет регулировочные винты, позволяющие точно выставить станину по уровню. Стойка жестко или шарнирно соединена с плитой. Во втором случае имеется еще и регулируемый упор (штанги различной длины), позволяющий наклонять стойку относительно плиты на различные углы. Это дает возможность сверлить отверстия не только вертикальные и горизонтальные, но и под углом к обрабатываемой поверхности. Известны также конструкции со стойками, которые позволяют поворачивать бурильный агрегат вокруг оси стойки, то есть единожды закрепив агрегат, выполнить несколько отверстий, расположенных по кругу, что значительно экономит время.

Двигатель с алмазной коронкой, которая внедряется вглубь материала, перемещается по направляющей стойке. На направляющей стойке располагается каретка с быстродействующим устройством крепления бурильного мотора и механизмом подачи (реечным, цепным или винтовым), обеспечивающим перемещение каретки вдоль стойки. От прочности и жесткости станины, а также надежности ее крепления во многом зависит точность и качество выполняемых отверстий, поскольку именно станина воспринимает немалые нагрузки, возникающие при бурении отверстий большого диаметра. Высота расположения отверстия и глубина сверления регулируются. Встроенные горизонтальный и вертикальный уровни, а также указатель центра отверстия обеспечивают высокую точность бурения. Подача каретки может осуществляться вручную путем вращения рукоятки оператором или с помощью привода, например электрического или гидравлического.

При бурении на большую глубину станины наращиваются удлиняющими деталями, а также оснащаются алмазной буровой коронкой нестандартной длины или с удлинителями. При бурении отверстий большого диаметра используются станины с двумя стойками. Стойка и опорная плита крепления чаще всего выполняются из легкого и прочного алюминиевого сплава, что облегчает транспортировку, монтаж и демонтаж установки.

Крепление станины может быть анкерным, вакуумным, универсальным или распорной штангой. В предварительно просверленное отверстие забивается и расклинивается строительный анкер или дюбель, в который вкручивается анкерный болт. Опорная плита станины устанавливается на анкерный болт и закрепляется гайкой, то есть крепится к бетонной стене, потолку или полу всего лишь одним анкером. Для кирпича крепление делают иначе – проходят стену обычным сверлом и устанавливают с обратной стороны шайбу, чтобы крепление было сквозным.

При вакуумном креплении плита, оснащенная уплотнителем, прижимается к рабочей поверхности, и из-под нее вакуумным насосом через шланг откачивается воздух, в результате разрежения плита удерживается на поверхности.

Универсальный способ – это наличие в конструкции станины возможности применять и анкерный, и вакуумный способы крепления в зависимости от условий работы в данной конкретной ситуации.

Крепление опорной телескопической плиты штангой враспор между полом и потолком возле просверливаемой стены осуществляется в стесненных замкнутых помещениях и производится с помощью механического замка и кронштейна.

Алмазная буровая коронка (кольцевое сверло) представляет собой металлическую трубу, обычно изготовленную из относительно мягкой стали. С одной торцевой стороны она имеет резьбу или устройство для крепления к валу двигателя бурильной установки, с другой стороны на нее с помощью особого припоя напаяны сегменты с алмазными кристаллами в виде выступов. Диаметр этих выступов больше, чем у корпуса, поэтому при бурении сам корпус обычно не соприкасается со стенкой пробуренного отверстия. Алмазные сегменты могут располагаться только на торцевой части корпуса или еще дополнительно на внешней боковой поверхности. В таком случае бурение происходит по всей глубине инструмента. Корпус коронки может быть цельным или иметь отверстия различной формы и размера, в частности, для удаления пыли. С каждой установкой можно применять алмазные коронки различного диаметра.

Наиболее широко применяются коронки диаметром от 10 до 1850 мм. Стандартная длина коронки – 450 мм. Это в большинстве случаев также соответствует толщине тех стен или перекрытий, которые требуется пробурить. Если же такой длины недостаточно, то коронку можно удлинить трубой. В случае значительной глубины отверстия используют накручивающиеся коронки и необходимое количество удлинительных труб, и тогда процесс алмазного бурения походит на бурение геологических скважин.

Во время бурения внутрь коронки постоянно подается вода, которая служит для охлаждения алмазных сегментов, предотвращения ослабления их паяного крепления и для вымывания наружу продуктов бурения. Например, для бурения отверстия диаметром 100 мм в стене толщиной 0,5 м требуется около 5 л воды. При выполнении бурения в чистых, уже отделанных помещениях вода собирается на входе отверстия с помощью пылесоса или полиэтиленовой пленки. Применяются и кольцевые сверла для сухого бурения, только в этом случае инструмент быстрее изнашивается, а сам процесс бурения занимает больше времени.

При алмазном бурении коронка в бетоне проходит около 10–60 мм/мин. Считается, что технологически алмазное бурение бетона возможно в глубину до 30 м.

Для бурения отверстий небольших диаметров могут использоваться алмазные спиральные сверла, которые состоят из рабочей части с двумя спиралевидными канавками и хвостовика. По канавкам во время бурения выводится отработанный материал, а с помощью хвостовика сверло крепится к дрели или бурильной машине. На конце рабочей части расположена режущая часть сверла с алмазами.

Прочие компоненты. Электронные системы управления, которыми оснащаются некоторые современные установки алмазного бурения, позволяют избегать перегрузок, в частности, у системы может быть функция автоматического отключения привода, благодаря которой сокращается время работы вхолостую, что в свою очередь увеличивает срок службы машин. Оператор, управляющий установкой, всегда видит значение нагрузки на дисплее. Часто производители предлагают заказчикам собрать установку индивидуально, под конкретные потребности, используя ассортимент коронок, двигателей, стоек, маслостанций и т. д. Так удается добиться наиболее эффективного использования оборудования.

Преимущества и недостатки алмазного бурения

Алмазный инструмент постепенно вытесняет со стройплощадок пневматические отбойные молотки, так как обладает целым рядом уникальных преимуществ.

Площадь соприкосновения алмазной коронки с обрабатываемой поверхностью намного меньше, чем у обычных сверл, а режущая способность алмазного инструмента существенно выше, благодаря этому значительно уменьшается нагрузка на детали бурильной установки,увеличивается скорость бурения и производительность труда в целом.

При алмазном бурении не создается ударных и вибрационных нагрузок на строительные конструкции, благодаря этому в материале не возникает трещин и микротрещин, отсутствуют характерные повреждения в месте выхода сверлящей коронки из стены. В результате, по оценке специалистов, трудозатраты по заделке отверстий после монтажа технологических трубопроводов сокращаются в 3 раза.

Эта технология позволяет получать отверстия с большой точностью по форме и расположению, со шлифованной поверхностью, не требующей последующей обработки. Напротив, если отверстие диаметром 50 мм проделывать в бетонной стене с помощью отбойного молотка, то входная «воронка» получится чуть ли не в полметра диаметром.

Алмазные коронки легко справляются с материалами любой твердости, не исключая гранит, базальт и монолитный железобетон со стальной арматурой. Это очень удобно и экономит массу времени и трудозатрат – не нужно менять инструмент для сверления бетона и металла.

Алмазные коронки долговечнее твердосплавных сверл. При бурении алмазным инструментом полностью исключено повреждение самой коронки, возможно лишь изнашивание алмазных сегментов. К тому же сегменты алмазной коронки могут быть легко заменены.

Установки алмазного бурения способны бурить отверстия на плоских и криволинейных поверхностях (трубы, арки и т. д.). Отверстие может быть выполнено в любом месте и на любой высоте, в горизонтальной и вертикальной плоскостях и под любым углом.

Небольшие установки алмазного бурения могут работать в тесных помещениях (шириной до 1 м), работы в которых с помощью традиционных технологий (перфоратором и т. д.) были бы невозможны. Малые размеры помещений никак не отражаются на качестве и точности отверстий.

Работа алмазных установок характеризуется малошумностью и отсутствием пыли (благодаря подаче воды в коронку), в результате пыль не вредит здоровью работающих неподалеку людей, а во-вторых, экономится время на уборку пыли после завершения работ. Таким образом, технология алмазного бурения экологична и полностью пригодна для закрытых, непроветриваемых помещений.

Алмазное бурение позволяет получать более глубокие отверстия, чем при использовании перфоратора.

Установки алмазного бурения мобильны и обслуживаются всего одним оператором.

Одним из недостатков установок алмазного бурения являются их размеры – все-таки по сравнению с ручными дрелями установки велики и имеют определенные ограничения по размерам пространства, необходимого для работы. Следует отметить, что производители работают над преодолением этого недостатка и выпускают всё более компактные установки, обладающие рабочими характеристиками на уровне «полноразмерных» установок.

Еще одним недостатком является цена покупки установки, которая, конечно, значительно выше, чем у ручной дрели, однако установка окупается быстрее благодаря более высокой производительности, в том числе за счет экономии на зарплате высвободившихся работников, к тому же срок службы бурильной установки в несколько раз превышает ресурс ручной дрели (например, десять лет и более у установки против двух лет у дрели).

 

Применение

Алмазный бурильный инструмент используется при создании отверстий для прокладки самых различных коммуникаций в зданиях (стенах, перекрытиях, фундаменте) и сооружениях, например, в конструкциях мостов и тоннелей, а также для прокладки лотков (технологических каналов) на поверхности строительных конструкций под укладку различных кабелей и для устройства проемов и ниш в стенах под установку различного оборудования.

Выше уже упоминались материалы, в которых способны бурить (сверлить) отверстия установки с алмазным инструментом.

При выполнении строительных и ремонтных работ, а также при разрушении сооружений порой требуется пробурить в строительных конструкциях тысячи отверстий. Долгое время для этих целей использовали пневматические отбойные молотки, однако процесс был долгим и трудоемким. Внедрение технологий бурения алмазным инструментом позволило существенно сократить сроки работ и улучшило условия труда строителей.

В странах Запада установки алмазного бурения используют ремонтные бригады коммунальных служб для поиска мест утечки из труб, находящихся под дорожным или тротуарным покрытием, – с помощью установок бурятся контрольные скважины.

Строительство, расширение и ремонт дорожных покрытий. В отличие от России на Западе, и особенно в США, установки алмазного бурения широко используются при устройстве и ремонте цементобетонного дорожного покрытия и покрытий взлетно-посадочных полос. Об этой сфере применения установок алмазного бурения мы расскажем подробнее в следующей статье.