Устройство буровой установки: из чего состоит и как работает
Коротко: буровая установка вращает буровой инструмент, а при необходимости ещё и бьёт им, подаёт его вглубь и выводит разрушенную породу из скважины. Схема буровой установки в общем виде: базовое шасси с двигателем и гидросистемой, мачта или рама-направляющая с механизмом подачи, вращатель, буровой став из штанг и рабочий инструмент — ковш, шнек, долото или пневмоударник. Шлам удаляют по-разному: подъёмом ковша или шнека, промывкой буровым раствором или продувкой сжатым воздухом.
Материал для покупателей, прорабов и механиков, которые выбирают или обслуживают строительную буровую технику: установки для свай, горизонтально направленного бурения, взрывных и анкерных скважин. Крупные нефтегазовые буровые с вышкой и лебёдкой — отдельный класс оборудования, здесь речь о строительной и горной технике.
Схема буровой установки: основные узлы
| Узел | Из чего состоит | За что отвечает |
|---|---|---|
| Базовое шасси | Гусеничная ходовая, поворотная платформа или рама, кабина, противовес | Передвижение, устойчивость, рабочее место оператора |
| Силовая установка | Дизель, гидронасосы, бак, охладители | Энергия для вращения, подачи и хода |
| Мачта или направляющая | Мачта со стрелой и цилиндрами наклона, буровая рама или балка | Задаёт направление и угол бурения |
| Вращатель | Гидромоторы, редуктор, шпиндель или ротор | Крутящий момент на буровом ставе |
| Механизм подачи | Цилиндр, лебёдка, цепь или трос с гидромотором | Давит инструмент вниз и извлекает став |
| Буровой став и инструмент | Штанги, келли-штанга, шнек, ковш, долото, пневмоударник, расширитель | Разрушение породы и формирование скважины |
| Удаление шлама | Буровой насос, компрессор, пылеуловитель | Вынос разрушенной породы и охлаждение инструмента |
| Управление и контроль | Джойстики, дисплей, датчики глубины и вертикальности | Точность скважины, защита узлов |
Как работает роторная буровая установка для свай
Роторная установка — основная машина для буронабивных свай. На гусеничной базе стоит вертикальная мачта, по которой ходит вращатель. Через него проходит телескопическая штанга Келли, на её конце — буровой ковш или шнек.
- Вращатель крутит штангу, ковш врезается в грунт и заполняется.
- Лебёдка поднимает штангу с полным ковшом из скважины.
- Платформа поворачивается, ковш раскрывается, грунт выгружается рядом.
- Инструмент возвращается в скважину, цикл повторяется до проектной глубины.
По технологии CFA вместо ковша работает непрерывный шнек на всю длину сваи: его заворачивают на глубину, а при подъёме через полую трубу шнека подают бетон. В неустойчивых грунтах стенки скважины держат обсадными трубами; их задавливают и извлекают обсадными столами — у XCMG это столы качения XRC1200 и XRC1500 и полноповоротные XRT2600 и XRT3200.
Главные параметры роторной установки — крутящий момент вращателя, диаметр и глубина бурения. У XR60E это 60 кН·м, диаметр до 1 000 мм и глубина до 15 м при рабочей массе 14 т; у XR200E — 200 кН·м, 1 800 мм и 65 м; у XR258FS — 258 кН·м, 2 000 мм и 70 м. У XR160E есть автоматический контроль вертикальности и глубины бурения.
Как устроена установка ГНБ
Установка горизонтально направленного бурения прокладывает трубы и кабели под дорогами и реками без траншеи. Её схема другая: на гусеничном шасси лежит наклонная рама, по которой ходит каретка с вращателем и шпинделем. Каретка вталкивает буровую колонну в грунт и вытягивает её обратно, а буровой насос подаёт в скважину бентонитовый раствор — он охлаждает инструмент, выносит шлам и держит стенки.
- Пилотная скважина. Буровая головка со скошенной лопаткой идёт по заданной траектории, а оператор корректирует направление по данным локации.
- Расширение. На выходе к колонне крепят расширитель, и установка тянет его обратно, увеличивая диаметр скважины.
- Протягивание. Через вертлюг к расширителю цепляют трубу и затягивают её в скважину.
Перед бурением установку фиксируют анкерами, чтобы рама не сдвигалась при тяге. У XZ120E гидравлическая система анкерения с двумя анкерами, кассета на 48 штанг с автоматической подачей и буровой насос на 100 л/мин, а максимальный диаметр расширения скважины — 500 мм. У XZ230E тяговое усилие 23 т, момент на шпинделе 6 500 Н·м и расширение до 700 мм. У XZ600F штанги подаёт крано-манипуляторная установка грузоподъёмностью 2 т, буровой насос — 600 л/мин, расширение — до 1 200 мм.
Пневмоударные и перфораторные установки
Для взрывных скважин в карьерах и твёрдой скалы вращения мало — породу разрушают ударом. Такие машины в каталоге XCMG лежат в разделе «Горнодобывающая техника».
- Пневмоударные (DTH). Пневмоударник стоит внизу, сразу за коронкой, и бьёт по забою, а вращатель медленно поворачивает став. Сжатый воздух от компрессора приводит ударник и выдувает шлам наверх, где его собирает пылеуловитель. У XQZ152 диаметр бурения 90–152 мм, глубина до 35 м, компрессор на 19,3 м³/мин с давлением до 20 бар, подача «гидромотор + цепь».
- Гидроперфораторные. Ударный механизм — гидроперфоратор — стоит сверху, на мачте, и передаёт удар через штанги. У XCZ115 диаметр бурения 76–115 мм, перфоратор на 21 кВт, кассета на 7 штанг для автоматической смены и подача «цилиндр + трос».
Грейферы и гидрофрезы для «стены в грунте»
Для стен подземных сооружений нужна не круглая скважина, а узкая глубокая траншея. Грейферная установка опускает на канате тяжёлый гидравлический грейфер, который вырезает грунт челюстями: у XG500 глубина траншеи до 75 м, ширина 300–1 200 мм. Гидрофреза разрабатывает траншею двумя вращающимися режущими колёсами: у XTC120 крутящий момент 2 × 120 кН·м, глубина до 105 м, ширина 800–1 800 мм.
Гидравлика, контроль и работа в мороз
Почти все узлы буровой установки работают от гидравлики: дизель вращает насосы, а гидромоторы и цилиндры крутят вращатель, двигают подачу, наклоняют мачту и ведут гусеницы. У XR80E несколько режимов гидросистемы под разную нагрузку, у XMZ120 — адаптивная кинематика мачты и гидравлические опоры, которые помогают держать вертикальность на сложном рельефе.
Для Урала и Сибири важна подготовка к холоду. У XMZ120 встроенный предпусковой подогрев рассчитан на запуск при температуре до -35 °C. У XQZ152 предусмотрены подогрев гидравлического масла и топливных фильтров, двойное остекление кабины и морозостойкие рукава высокого давления.
Что выбрать из линейки XCMG
- XR130E — роторная установка: 130 кН·м, диаметр до 1 300 мм, глубина до 34 м — сваи на средних объектах.
- XR160E — 160 кН·м, до 1 500 мм и 56 м, автоматический контроль вертикальности.
- XZ120E — компактная установка ГНБ на резиновых гусеницах: связь и сети в городе.
- XZ230E — ГНБ с тягой 23 т и кабиной с отопителем и кондиционером: трубопроводы под дорогами.
- XG500 — грейфер для «стены в грунте» глубиной до 75 м.
Вопросы и ответы
Как работает буровая установка?
Двигатель через гидравлику приводит вращатель и механизм подачи: инструмент вращается и давит на забой, разрушая породу, а шлам выносится ковшом, шнеком, буровым раствором или воздухом. Для твёрдой скалы к вращению добавляют удар — пневмоударником или гидроперфоратором.
Из каких узлов состоит буровая установка?
Из базового шасси с двигателем и гидросистемой, мачты или направляющей рамы, вращателя, механизма подачи, бурового става с инструментом, системы удаления шлама и системы управления с датчиками.
Чем роторная установка отличается от установки ГНБ?
Роторная бурит вертикальные скважины под сваи и выносит грунт ковшом или шнеком. Установка ГНБ бурит наклонно-горизонтальную скважину с промывкой раствором, расширяет её и затягивает трубу.
Где взять чертёж буровой установки?
Габаритный чертёж, рабочие зоны и транспортные размеры конкретной модели приведены в её руководстве по эксплуатации; запросите их у менеджера АДК.
Итог
Любая буровая установка — это шасси с силовой установкой, мачта или рама, вращатель, подача, буровой став и система удаления шлама; различаются способ разрушения породы и то, как выносится грунт. Понимая устройство, проще выбрать тип машины под сваи, ГНБ или взрывные скважины и сравнить модели по моменту, диаметру и глубине. Вся техника — в разделе «Буровая техника»; подобрать установку и рассчитать стоимость поможет менеджер АДК — контакты.
