Буровые машины: строение, принцип действия, классификация и сферы применения

Буровые машины сейчас повсеместно используются как в гражданской сфере, так и в промышленной. Они задействуются в нефтегазодобывающем направлении, строительстве, возведении дорог общего значения, в укреплении береговых насыпей, разработке водоносных скважин и коммунальном хозяйстве. Многие ошибочно полагают, что к бурильным машинам относятся только стационарные большие установки. Однако среди них есть и мини с ручным механическим приводом, на колесном или гусеничном шасси или вовсе оборудованные на базе грузового автомобиля для более удобной и быстрой транспортировки.

Большая часть буровых машин являются целевыми. То есть они производятся с упором на выполнение какой-то определенной задачи: например, проведение геологической разведки с целью поиска бассейна с полезными ископаемыми. Но большую популярность обрели универсальные, которые могут задействоваться как в гражданской сфере, так и в коммунальных хозяйствах, карьерах. На территории стран бывшего СНГ одними из самых популярных таких бурильных машин являются УРБ. Они как раз и монтируются либо на шасси колесного грузового авто, либо на самоходной гусеничной тележке.

Из чего состоит БМ

Естественно, что компоненты, из чего состоит БМ, отличаются в зависимости от типа, предназначения, модели. Но базовые узлы в большинстве из них идентичные или схожие, а это:

1. Мачта. Тот самый каркас, который и удерживает все оборудование, распределяя весовую, вибрационную и импульсную нагрузку на удерживающие кронштейны или «лапы». Бывают стационарные, то есть которые монтируются для постоянной эксплуатации при разработке скважины, и мобильные.
2. Двигатель. В некоторых бурилках он интегрирован в саму установку. В других забор мощности выполняется от внешнего мотора. Это может быть как электрический двигатель, так и ДВС грузового автомобиля, на шасси которого смонтирована вся система.
3. Коробка отбора мощности. Устанавливается в тех машинах для бурения, которые не имеют собственного двигателя.
4. Талевая система. Служит для работ СПО.
5. Вращатель. Это механизм, который передает вращательное действие буровой снаряд: трубы, шнеки. Он же обеспечивает стабильность всей системы, иногда выступает в качестве гасящего элемента для вибраций, возникающих в процессе пневмоударного бурения.
6. Элеватор. Механизм для подъема и спуска бурового инструмента.
7. Буровой насос. Для формирования скважины и ускорения процесса разработки породы иногда лучшим вариантом является промывка буровым раствором. Подается он как раз с помощью насоса. Является вспомогательным элементом: машина может работать и без него, но для некоторых рабочих задач он является необходимым.
8. Компрессор. Выполняет две функции. Во-первых, с его помощью можно выполнять продувку скважины. Во-вторых, он позволяет работать пневмоударным способом в скважинах, где породы имеют крепость от VII до IX категории по буримости.
9. Гидросистема и ее обвязка. Сюда относятся трубы, патрубки, фитинги и все то, что необходимо для передачи усилия в гидравлической системе буровой машины.
10. Консоль управления. Это пульт, через который оператор и управляет работой всей буровой машиной. Если речь идет об установке, смонтированной на базе шасси грузового автомобиля, то там может использоваться несколько панелей управления: одна в самом авто для контроля отбираемой мощности, вторая — для регулировки оборотов, для считывания информации с датчиков и т. д. В стационарных буровых машинах, как правило, панель управления позволяет вовсе управлять техникой дистанционно.
11. Шасси. Имеется только в тех буровых машинах, которые являются мобильными.

Большинство тех же буровых машин УРБ проектируются таким образом, что все элементы у них модульные, при этом предусмотрена возможность подключения дополнительных. Например, еще одного насоса для подачи воды, набор датчиков, передающих сведения о температуре, глубине, давлении, сопротивлении на панель управления. То есть у них унифицированная база, но за счет установки дополнительных модулей можно адаптировать буровую машину для выполнения какой-либо конкретной задачи по разработке разведывательной, добывающей скважины.

Принцип работы БМ

Принцип работы БМ зависит от типа буровой системы, которая предустановлена в машине. Общий алгоритм разработки скважины следующий:

1. В работу вся система приводится за счет усилия, которое передается с раздаточной коробки. Если машина смонтирована на базе какого-нибудь грузового авто, то переключение работы двигателя на БМ осуществляется с помощью интегрированной раздатки.
2. Через гидропривод и гидравлическую развязку передается усилие на вращатель. Именно он обеспечивает вращательное действие на трубы, шнеки, коронку. Также вместо вращателя может устанавливаться вибрационная установка: такие буровые машины используются для разработки как твердых, так и мягких пород.
3. Для увеличения глубины скважины буровой инструмент наращивают, соединяя его в колонну. Трубы ТБСУ-63,5 имеют соединение резьбу З-50, шнеки между собой соединяются пальцами со шплинтом и т.д.
4. Вся система крепится к мачте. Она же распределяет обратную нагрузку и импульсы на основу, на которой смонтирована. Стационарные ставятся непосредственно на почву, а те, что на грузовых автомобилях — фиксируются на шасси и опоры.
5. С помощью насоса или компрессора в разрабатываемую скважину поступает вода или воздух. Это позволяет проводить размывание пород. Дополнительный насос используется для откачки раствора.
6. Работа системы контролируется оператором через панель управления.

Такая система используется во всех самых распространенных буровых машинах: и ручных, и мобильных, и самоходных. Может лишь меняться тип основного привода (прямой, через раздаточную коробку, карданный вал) и мотора (электрический, ДВС, дизельный).

Классификация БМ

Общая классификация БМ по мощности и производительности следующая:

1. Легкие. Это МГБУ, переносные мобильные станции для бурения, которые можно использовать в условиях ограниченного пространства, прямо в помещении. К таковым, например, относится УКБ-12/25Э. Привод от электродвигателя.
2. Средние. Являются самыми распространенными, преимущественно используются как раз в строительной сфере при сооружении инженерно-геологических скважин, формировании водоносных скважин, при бурении взрывных скважин на карьерах. К таковым, например, относится УРБ 2А2, которая чаще всего задействуется как раз для формирования скважин под техническую и питьевую воду.
3. Тяжелые. Сюда относятся роторные буровые установки типа УРБ-25 производства Геомаш. Глубина бурения до 1000 м. Максимальный диаметр бурения до 800 мм.

А по типу используемому шасси БМ делят на:

1. Мобильные. Как правило, на подкатных колесах. Например, УКБ 12/25И.
2. На колесном шасси. Это буровые машины, которые монтируются на базе грузового транспорта. Например, УРБ 2А-2Д.
3. На гусеничном шасси. Такие буровые машины используются на тех площадках, где требуется повышенная проходимость. Это и строительные участки, и карьеры, и рабочие зоны с размытым грунтом. Например, УРБ-2НТ.

Во всех рассмотренных буровых машинах одинаковый основной принцип действия, строение и узловые механизмы: они отличаются мощностью и методом транспортировки в рабочую зону.

Виды БМ

По типу установленного мотора или принципу передачи усилия различают следующие виды БМ:

1. Электрические. Преимущественно это МГБУ, переносные, у которых предусмотрена возможность подключения внешнего электродвигателя. Подходят только для бурения на малую глубину, так как даже самый мощный электрический мотор существенно уступает по мощности и производительности ДВС любого типа.
2. Электрогидравлические. Ручного привода в них уже не предусмотрено, усилие передается через гидравлическую развязку. Это преимущественно тоже малогабаритные буровые машины, которые могут использоваться, например, для формирования скважины под техническую воду с глубиной до 20 метров.
3. С двигателем внутреннего сгорания. Бывают как бензиновые, так и дизельные. Самые производительные и универсальные. Подходят для бурения на глубину вплоть до 350 метров.

По используемой технологии бурения БМ бывают:

1. Для вращательного бурения. Разработка породы выполняется с помощью вращающегося инструмента. Это могут быть коронки, шнеки, долото и т. д.
2. Для ударно-вращательного бурения. В качестве ПРИ используют пневмоударник и долота.
3. Для ударно-канатного бурения. Преимущественно задействуются для разработки особо твердых пород на большой глубине.
4. Для вибрационного бурения. В таких БМ вместо традиционной коронки установлен специальный вибромотор, передающий усилие на долото. Схожий принцип используется в бытовых перфораторах.

А по типу разрабатываемых скважин БМ классифицируют на:

1. Эксплуатационные. То есть используются для формирования скважины или колодцев с последующим извлечением ценных ресурсов: воды, нефти, газа и т. д.
2. Разведывательные. Они используются для забора керна и получения дополнительных геологических данных разведываемого участка.

Нужно учесть, что рассмотренная классификация — условная, потому что большинство буровых машин вовсе являются универсальными. К примеру, купить буровую машину УРБ 2А2 можно как для создания эксплуатационных, так и разведывательных скважин. И эта же техника может задействоваться в дорожно-строительных работах.

Применение БМ

Сфер, в которых нашли применение БМ, множество. Чаще всего с ними приходится сталкиваться при разработке водоносных скважин. Такие модели как УРБ 2А2 позволяют делать забой вплоть до артезианского слоя. Еще буровые установки часто задействуются в строительной сфере, а именно:

1. Подготовка скважин для установки свай. Для этих работ задействуются установки колонкового, шнекового типа. С подъемным механизмом или без.
2. Дорожно-строительные работы. Скважины делаются для укрепления насыпи, затем бетонируются или заливаются специальным бетонно-асфальтовым раствором.
3. Укрепление береговых линий. При строительстве дамб тоже используются БМ разного класса.

Дополнительные сферы, где в России применяются буровые машины:

• геологическая разведка;
• добыча полезных ископаемых в карьерах, в нефтегазовых бассейнах, но там преимущественно используются вышки;
• коммунальное хозяйство;
• проведение инженерных изысканий на участках под последующую застройку или разработку.

Именно поэтому в РФ активно налажено производство буровых машин. Причем, они в дальнейшем экспортируются также за рубеж.

Как выбрать БМ

Перед тем, как выбрать БМ, необходимо четко обозначить, для выполнения каких работ будет использоваться техника. Например, если нужно разрабатывать водоносные скважины на глубину до 15-20 метров, то достаточно будет и малогабаритной установки. Когда требуется БМ для строительства, лучше отдать предпочтение УРБ. Если для формирования водоносных скважин глубиной до 200 метров, то потребуется БМ для вращательного бурения с промывкой.

Критерии, на которые нужно обращать внимание при выборе буровой машины:

1. Мощность и тип установленного мотора. Электрические — самые слабые. Дизель-электрические особого распространения не получили, а с ДВС или с забором мощности от мотора автомобиля — самые универсальные и мощные.
2. Поддерживаемый вид транспортировки. Есть переносные, самоходные и на базе шасси автомобиля. Логично, что если БМ используется для строительства свайных фундаментов, то необходимо, чтобы ее оперативно можно было перемещать между строительными участками.
3. Характеристики допустимой глубины скважины, ее диаметра. Ведь БМ может использоваться как для разработки устья для забора технической воды, так и для полноценных колодцев.
4. Габариты. Это нужно учитывать, исходя из того, на каких участках будет использоваться буровая техника. Если на территории частных домовладений, то подойдут ручные МГБУ или УРБ. Для работы на строительных участках или в карьерах лучше использовать буровые машины на гусеничном ходу с высокопроизводительным двигателем.
5. Какое дополнительное оборудование можно установить. Насосы, компрессоры, дополнительные датчики и наличие их поддержки заводской панелью управления.
6. Тип поддерживаемого бурового инструментария. С какими коронками и шнеками может работать машина, какой диаметр труб для наращивания, наличие возможности использования вибрационного долото и так далее.
7. Сколько стоит БМ. Кстати, буровые машины российского производства хоть и являются одними из самых доступных по цене, но в то же время самые выгодные в плане эксплуатации. С покупкой запчастей или с техническим обслуживанием у них проблем не возникает, и такие установки полностью адаптированы для эксплуатации в российских условиях.

Для БМ, которые затем используются в строительстве, в добыче полезных ископаемых, также важно учитывать нормы экологической безопасности: такие требования предъявляются со стороны Росстандарта. В малогабаритных установка и в УРБ это не особо важно, так как они работают либо от серийных автомобильных двигателей, либо от электромоторов, которые и так производятся по ГОСТ.

Также необходимо тщательно подходить к выбору компании, которая занимается продажей БМ. Желательно, чтобы это был не просто посредник, а официальный поставщик и партнер производителя. Ведь в этом случае у него можно также приобрести запчасти для проведения ремонта, планового технического обслуживания. А есть и те компании, которые также проводят ТО или обслуживанием перед наступлением зимнего, весеннего сезона. Также обязательно нужно обращать внимание на условия предоставляемой гарантии: чем обширней каталог поставщика, тем большим доверием он будет пользоваться среди покупателей.

Итого, буровые машины — универсальная техника, которая сейчас используется в строительстве, в разработке водоносных скважин, в добыче полезных ископаемых, в дорожно-строительных работах. БМ российского производства — надежные и долговечные. Одними из самых популярных буровых установок для покупки являются УРБ, УКБ.