Процессы бурения являются неотъемлемой частью работ практически во всех отраслях экономики, начиная от коммунальной сферы, где, например, невозможно представить сегодня прокладку коммуникаций без установок горизонтально-направленного бурения – ГНБ, и кончая буровыми работами, этой важнейшей составляющей всех этапов процесса по освоению месторождений.

Современные буровые машины подразделяют на виды по разным признакам. Так, существует разделение установок по мощности на легкие, средние и тяжелые. Применяется разделение буровых по типу привода на электрические, гидравлические или дизельные. А наиболее распространено деление установок по способу перемещения: стационарные буровые, переносные, передвижные, а также самоходные. Самоходные в свою очередь подразделяются на использующие колесные или гусеничные движители. Это разделение весьма условно, так как внутри этих выделенных групп буровой техники установки делятся по профилю непосредственно выполняемой работы.

Гусеничный привод – основной?

В буровых самоходных установках чаще применяют гусеничный движитель, который в отличие от колесного движителя обеспечивает перемещение установки не непосредственно по грунту, а по замкнутой гусеничной ленте, имеющей, как правило, несколько большую опорную поверхность, чем пневмошины. Давление на грунт снижается и составляет в среднем 0,025–0,07 МПа. Кроме того, на наружной поверхности гусеницы имеются разнообразные грунтозацепы, повышающие сцепление с грунтом. Внутренняя же поверхность гусеницы представляет собой гладкую основу, на которой катки встречают при движении меньшее сопротивление, чем колесо при движении по грунту. Все это обеспечивает гусеничному движителю высокие тяговые качества при значительно меньшем буксовании, проходимость по проблемным грунтам и в целом большую экономичность в работе.

В гусеничных шасси буровых установок наряду с традиционными, состоящими из отдельных шарнирно соединенных металлических звеньев, широко используются монолитные резиноармированные гусеницы (РАГ). Они армированы стальными тросами и закладными металлическими элементами, которые вулканизируются в кордовой резиновой ленте. Закладные нужны для создания цевочного зацепления гусеницы с ведущим колесом. Использование РАГ перспективно, ведь их ресурс примерно вдвое выше ресурса гусениц с открытыми шарнирами. Положительным является и то, что на таких гусеницах можно перемещаться по бетонному или асфальтовому покрытию дорог. Кроме того, РАГ обладают хорошей самоочищаемостью от грязи при любой влажности. Отечественная промышленность РАГ не производит.

В последнее время буровые самоходные установки комплектуются все чаще раздвижными шасси. С одной стороны, это позволяет без лишних проблем перевозить машину, поскольку в транспортном положении расстояние между гусеницами не превышает разрешенных транспортных габаритов, а с другой – при раздвижении гусеничных тележек широкая опорная база позволяет безопасно работать, в том числе на слабых грунтах.

Взрыв без подготовки невозможен

Горнодобывающая промышленность является базовой для экономики нашей страны. При добыче большинства видов полезных ископаемых наиболее выгоден открытый способ разработки. Основу этого способа составляют взрывные технологии, и одним из главных процессов в этих технологиях является бурение взрывных скважин.

Компанией, имеющий огромный опыт в области производства буровых установок для горнодобывающей отрасли, является японская Furukawa Co., Ltd. Начало ее деятельности относится к 1875 г. Furukawa стала первой японской компанией, выпустившей горный бур. Все последующие годы компания укрепляла свои позиции в области производства горного оборудования. Сегодня Furukawa является крупнейшим в Японии производителем горных буров, а кроме того, в больших объемах производит автокраны, погрузчики, тракторы и другую спецтехнику, имеет подразделения, занимающиеся производством в области электроники, химии и других отраслях экономики.

Учрежденное еще в 1961 г. подразделение Furucawa Rock Drill Co., Ltd является с 2005 г. составной частью холдинга Furukawa Company Group и специализируется на производстве широкого ассортимента оборудования для горнодобывающей отрасли. Гусеничные гидравлические буровые установки Furukawa серии HCR 1000, 1200, 1500 заслуженно считаются одними из лучших в мире машинами, использующимися при подготовке площадок для будущих карьеров. Незаменимы они при проведении буровых работ на строительстве, но наибольшее распространение получили буровые Furukawa при бурении вертикальных и наклонных шурфов в породах разной твердости для проведения взрывных работ.

Все установки Furukawa серии HCR оснащены гидравлическими перфораторами-гидроударниками с системой двойного демпфирования. Это означает, что перфоратор автоматически, тестируя твердость, строение и состав породы, в которой нужно бурить, выбирает необходимую для работы мощность. Эта система является уникальной разработкой компании и запатентована. Автоматическая регулировка усилия удара, подачи и вращения гидроударника, автоматическое изменение давления при демпфировании при работе в условиях неоднородности почв – все это позволяет получить высокую производительность при минимальном расходе топлива. Введение систем автоматического слежения – веление времени, так считают специалисты Furukawa. Они отмечают, что если еще совсем недавно в России большой популярностью пользовались станки попроще, с минимумом электронных систем, то сегодня все более популярны буровые станки, насыщенные электроникой, повышающей производительность.

Буровые установки Furukawa HRC бурят скважины диаметром до 150 мм на глубину до 25 м, средняя скорость бурения – не ниже 1,6 м/мин. Повышению производительности способствует и наличие устройства для быстрого извлечения штанг, застрявших в скважине. Эта система снижает износ бурового инструмента. Увеличению срока службы инструмента способствует также установленный компрессор высокой производительности. Значительный объем подаваемого воздуха увеличивает скорость проходки в горной породе и снижает износ буровых коронок.

Специалисты Furukawa, учитывая климатические особенности России и необходимость круглогодичного обеспечения работоспособности установок, доработали их конструкцию, и теперь они гарантированно могут эксплуатироваться при температуре –40 °С. Машины оснащают предпусковыми подогревателями WEBASTO и воздушными отопителями этой же компании, подающими тепло как в моторный отсек, так и в кабину оператора. Фильтр топливной системы получил подогреватель с системой автоматического отключения при повышении температуры топлива выше 80 °С.

Установки Furukawa оснащены трехмерной системой определения глубины бурения, которая надежно контролирует скорость и глубину бурения с точностью до 1 см и автоматически прекращает бурение на заданной глубине. Трехмерная система позволяет задать определенный наклон мачты, причем соблюдение углов контролируется системой во время бурения в трех измерениях.

Базовое шасси по заказу Furucawa разрабатывалось компанией Caterpillar, что само по себе говорит о качестве ходовой части. Схематично траектория движения гусеницы имеет вид пятиугольника. Такая компоновка снижает риск попадания грязи на гусеничные дорожки, а значит, продлевает ресурс гусениц. Цельные ведущие звездочки устойчивы к износу. Опорные ролики кованые, как и направляющие колеса. Удобно и несложно регулируется натяжение гусениц – важнейшая операция при эксплуатации гусеничной ходовой.

Интересны пневматические установки Furukawa PCR200. Пневматический перфоратор имеет мощный пневмомотор и независимое вращательное устройство. Это позволяет получать высокую скорость прохождения инструмента через породу. Недостаток пневмосистем – высокий шумовой эффект – значительно снижен в установке благодаря трехступенчатой системе шумопоглощения. Гусеничная ходовая обеспечивает отличную проходимость даже по сыпучим грунтам и создает необходимую устойчивость при бурении даже на пересеченной местности. При ширине колеи 2200 мм и массе машины 5 т ширина гусеницы составляет 300 мм, а длина контакта с опорной поверхностью – 1885 мм.

Прогрессивными конструктивными решениями отличаются буровые станки фирмы Atlas Copco. В оборудовании Atlas гидрофицированы все рабочие системы, причем приводом является дизельный двигатель, который обеспечивает работу и компрессора, и насосной станции, передающей в свою очередь энергию на главные приводы установки.

Модель Atlas Copco Т4ВН уже более 35 лет считается лучшей в своем классе, причем в качестве базового шасси используется достаточно редкое для такого оборудования колесное специальное шасси. T4BH бурит скважины 130–254 мм на глубину до 45,7 м. Установка высокопроизводительная, скорость подачи бурового инструмента составляет в среднем 14,6 м/мин. Помимо вертикальных скважин установка рассчитана на бурение наклонных скважин 0–30°. С целью увеличения безопасности работ действует система ограничения крутящего момента.

Установки DM45/ DM50 смонтированы уже на гусеничном ходу, их назначение – также бурение взрывных скважин как методом вращательного бурения, так и методом пневмоударного. Номинальный диаметр скважин достигает 127–228 мм, скорость спуска/ подъема бурового става при вспомогательных операциях – до 44,5 м/мин. В качестве главного привода используется дизельный двигатель Сummins либо Caterpillar. Компрессор Intersoll-Rand обеспечивает подачу как низкого давления, так и высокого. Удачно подобранное соотношение производительности компрессора и имеющейся в распоряжении мощности позволяет эффективно вести бурение в жестких условиях с минимальными потерями мощности.

Скорость бурения зависит от многих условий, и в первую очередь от крепости буримой породы. Если брать производительность бурения на угле, то станки DM45/ DM50 за месяц бурят 20–23, PV-271 – 27–29 тыс. пог. м скважин для взрыва соответственно.

Также компания производит серию высокопроизводительныз буровых гусеничных станков Pit-Viper, которые, буря со скоростью 38,6–42,7 м/мин, производят скважины 152–270 мм, в зависимости от модификации установки.

Станок Atlas Copco DM-M3 обеспечен запатентованной цилиндр-тросовой подачей с передаточным соотношением 1:4, рассчитанной на повышение производительности в тяжелых эксплуатационных условиях. В отличие от аналогов в этой машине используется не планетарный, а двухступенчатый редуктор вращателя с прямозубыми шестернями. Такой редуктор демонстрирует большую долговечность, а также более легко поддерживает инерционное вращение, чем планетарный. Максимальная глубина бурения DM-M3 составляет 73 м при номинальном диаметре скважины 251–311 мм. Мощность палубного двигателя – 470–709 кВт, а компрессор производительностью 45,7–74,6 куб.м/мин создает давление 7,6 бар. Эти параметры позволяют адаптировать DM-M3 к бурению взрывных скважин в любом карьере.

Кроме вышеуказанных, хорошего качества станки для бурения шурфов под закладку взрывчатки производят компании Bucyrus-Erie, Harnischfeger P&H, Tamrock-Driltech, Intersoll-Rand и другие. Эти компании выпускают станки вращательного бурения, позволяющие использовать не только шарошечные, но и режущие долота, а также пневмоударники.

А что же наши?

Из отечественных производителей подобной техники можно назвать воронежское ЗАО «УГМК «Рудгормаш». Предприятие начинало деятельность в послевоенные годы и с середины 1950-х гг. занимается выпуском самоходных буровых станков ударного типа. Сегодня компания проектирует и производит буровые шарошечные станки на гусеничном ходу. Главный привод может быть электрическим, он использован в моделях СБШ-250 МНА-32, СБШ-250/270-60 и в последней, наиболее современной модели СБШ-250/311-18. Завод производит буровые станки и с дизельным приводом, например мод. СБШ-160/200-40Д. Буровые станки «Рудгормаша» способны бурить скважины 160–311 мм, глубиной до 60 м.

Популярностью большей, чем иные модели, пользуется у потребителей мод. СБШ-250-Д. В качестве приводного используется дизельный двигатель Cummins QSK19 мощностью 478 кВт. За счет экономичности и надежности двигателя, а также наличия топливного бака вместимостью 2,5 м³ полная заправка гарантирует суточную бесперебойную работу буровой, что сокращает время на обслуживание. Установка бурит скважины 200–270 мм, причем все рабочие операции, такие как подъем-опускание мачты, подача–вращение бурового инструмента, наращивание бурового става и т. д., обеспечивает гидропривод.

Ходовая часть бурового станка состоит из двух независимых тележек, соединенных осями. Рама, изготовленная из легированной стали, обеспечивает высокую прочность ходовой части. Машина рассчитана на работу в очень тяжелых условиях, поэтому гусеничные звенья используются литые. Звенья, как и катки, и ведущие и ведомые колеса, отливаются из высоколегированной стали и проходят термическую обработку по специальной технологии. Балансиры размещаются таким образом, что излом цепи исключается, но повышается маневренность станка. Регулировка натяжения гусениц производится с помощью гидроцилиндра двустороннего действия, которым оператор управляет из кабины, а фиксация натяжного колеса предусмотрена съемными упорами. Плоскость рамы, на которой установлены поддерживающие ролики на консольной оси, делается наклонной. За счет этого грунт, даже влажный, не накапливается на элементах ходовой части. В подшипниковых узлах ходовой используются закрытые подшипники, рассчитанные на эксплуатацию без обслуживания как минимум до капитального ремонта ходовой части.

Последние модели буровых станков СБШ 250/270-60 и СБШ 250Д по всем основным техническим параметрам сравнимы с лучшими образцами зарубежной техники: скорость операций спуска/ подъема бурового става – до 30 м/мин. месячная производительность при бурении взрывных скважин на угле составляет 20–23 тыс. пог. м.

ОАО «Бузулуктяжмаш почти 65 лет производит буровые станки. В активе предприятия – буровые станки на гусеничном ходу с электроприводом для бурения вертикальных и наклонных скважин при производстве буровзрывных работ. Мод. 6СБШ-200-32 рассчитана на бурение шурфов ∅200–250 мм на глубину до 40 м, а мод. 3СБШ-200-60 – на бурение шурфов такого же диаметра, но на глубину 60 м.

Установки бурения скважин под взрывчатку в небольших объемах производят также Карпинский и Кыштымский машзаводы. К сожалению, отечественные станки уступают импортным, в основном по надежности, хотя есть претензии и к производительности отечественных изделий, да и к другим параметрам. Наши производители долгое время выпускали устаревшие конструкции, не внося в них принципиальных изменений, а лишь несколько модернизируя. Есть примеры разработок, причем достаточно удачных, но в серию они так и не пошли.

Использование в отечественной практике в основном шарошечного бурения ограничило возможности развития буровзрывных работ. Например, в крепких породах экономически целесообразнее использовать шурфы 150–190 мм. Бурение скважин 215–250 мм ведет к повышению расхода взрывчатки на 20–40%, увеличению затрат при добыче горной массы. А серийный выпуск оборудования, укомплектованного погружными пневмоударниками для бурения скважин 150–190 мм в крепких породах отечественными производителями не освоен, хотя компанией «Рудгормаш» подготовлен к выпуску дизельный буровой станок ударно-вращательного бурения с 160–230 мм.

В современных моделях очевидна тенденция к гидрофикации основных приводов. Это создает возможность для значительного регулирования характеристик, обеспечивает простоту управления и обслуживания, существенно снижает массу оборудования. Электроприводы, которые еще широко используются в наших буровых, громоздки, массивны, задают необходимость установки дорогих и сложных в ремонте, обслуживании систем управления.