Станок буровой погружной пневмоударный это

Что такое погружной пневмоударник

Погружной пневмоударник или DTH-молот (от англ. Down-the-Hole hammer) — это пневматический забойный двигатель цилиндрической формы, который опускается в скважину вместе с буровой колонной. В отличие от традиционного бурения, где удары наносятся с поверхности, пневмоударник работает непосредственно на забое скважины. Это принципиально меняет эффективность процесса разрушения породы.

Конструкция инструмента включает прочный металлический корпус, внутри которого размещен поршень-боек. К нижней части пневмоударника присоединяется буровая коронка с твердосплавными зубьями, которая непосредственно контактирует с разрушаемой породой. Современные пневмоударники выпускаются диаметром от 64 до 1200 миллиметров и способны работать на глубинах до 200 метров.

Принцип работы погружного пневмоударника

Механизм действия

Работа пневмоударника основана на преобразовании энергии сжатого воздуха в механические ударные импульсы. Компрессорная установка нагнетает сжатый воздух через буровые штанги в рабочие камеры цилиндра пневмоударника. За счет разности давлений в камерах поршень совершает возвратно-поступательное движение, нанося мощные удары по хвостовику буровой коронки.

Современные пневмоударники обеспечивают высокую частоту ударов, при этом энергия единичного удара составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч джоулей в зависимости от размера инструмента. Одновременно с ударной работой вращатель бурового станка обеспечивает вращение всей буровой колонны с частотой 30-70 оборотов в минуту, что позволяет коронке равномерно воздействовать на всю площадь забоя.

Система воздухораспределения

Существуют две основные схемы воздухораспределения в погружных пневмоударниках — клапанная и бесклапанная. Клапанная система использует специальный распределительный клапан для управления подачей воздуха в рабочие камеры. Бесклапанная конструкция работает за счет перекрытия и открытия каналов самим поршнем в процессе движения, что упрощает конструкцию и повышает надежность.

После выполнения рабочего цикла отработанный воздух под давлением выводится через центральное отверстие в буровой коронке. Этот воздушный поток выполняет двойную функцию: охлаждает инструмент и выносит буровой шлам на поверхность. Для эффективной очистки забоя скорость воздушного потока должна составлять не менее 15 метров в секунду, а при крупном шламе — до 30 метров в секунду.

Типы и классификация пневмоударников

По рабочему давлению

По типу соединения с коронкой

Существуют два основных типа соединения пневмоударника с буровой коронкой:

• Шлицевое соединение — обеспечивает точное центрирование коронки относительно оси инструмента, что повышает точность бурения и упрощает процесс забуривания скважины. Используется преимущественно при работе в твердых однородных породах.
• Байонетное соединение — гарантирует надежную стыковку и позволяет быстро заменять коронку при износе. Конструкция более устойчива к боковым нагрузкам и применяется в трещиноватых и неоднородных породах.

По назначению и размерам

Выбор размера пневмоударника зависит от требуемого диаметра скважины. Диаметр инструмента должен быть максимально близок к диаметру скважины, но оставлять достаточное пространство для эффективного удаления бурового шлама. Чем больше диаметр поршня, тем выше производительность инструмента при прочих равных условиях.

Преимущества DTH-бурения перед шарошечным методом

Сравнение погружного пневмоударного бурения с традиционным шарошечным методом показывает ряд существенных преимуществ технологии DTH:

• Высокая скорость проходки — пневмоударное бурение в 3-5 раз быстрее шарошечного при работе в твердых породах. Это достигается за счет высокой частоты ударов и прямой передачи энергии на забой.
• Отсутствие заклинивания — при бурении трещиноватых и разрушенных пород коронка пневмоударника практически не заклинивается, тогда как шарошечное долото часто застревает в таких условиях.
• Эффективная очистка забоя — мощный поток сжатого воздуха обеспечивает полное удаление шлама из скважины, что невозможно при шарошечном бурении без промывочной жидкости.
• Высокая износостойкость — твердосплавные штыри буровых коронок служат на 30-50 процентов дольше зубьев шарошечных долот благодаря оптимальному режиму работы.
• Экологичность — использование сжатого воздуха вместо буровых растворов снижает экологическое воздействие на окружающую среду.

Области применения погружных пневмоударников

Горнодобывающая промышленность

В горном деле пневмоударники применяются для бурения взрывных скважин при добыче полезных ископаемых открытым способом. Технология DTH позволяет эффективно работать в крепких породах с коэффициентом крепости по шкале Протодьяконова от 8 до 20. Типичный диаметр скважин составляет 105-200 миллиметров при глубине до 80 метров.

Геологоразведка

При геологоразведочных работах погружное пневмоударное бурение используется для создания разведочных скважин и отбора керна. Метод особенно эффективен в условиях сложной геологии с чередованием твердых и трещиноватых пород, где другие способы бурения малопроизводительны.

Строительство и гражданское строительство

В строительной отрасли пневмоударное бурение применяется для:

• Устройства буронабивных свай и анкерного крепления
• Бурения скважин под взрывы при проходке тоннелей
• Укрепления откосов и защиты от оползней
• Создания дренажных систем в скальных грунтах

Водоснабжение

Бурение водозаборных скважин погружными пневмоударниками эффективно в районах с твердыми скальными породами. Метод позволяет получать скважины диаметром 85-150 миллиметров на глубину до 50-80 метров с высокой производительностью. При необходимости увеличения диаметра применяются специальные расширители, позволяющие довести размер скважины до 300 миллиметров.

Технологические параметры и режимы работы

Производительность бурения существенно зависит от правильного подбора технологических параметров. Скорость проходки увеличивается с ростом давления воздуха и энергии единичного удара, но требует соответствующей мощности компрессорной установки. Оптимальные режимы определяются опытным путем для каждого типа горных пород.

Преимущества и недостатки метода

Преимущества технологии DTH

• Универсальность — возможность бурения практически любых типов горных пород от средней до высокой крепости
• Надежность — простая конструкция обеспечивает долговечность и минимальное количество отказов
• Точность — высокая прямолинейность скважин без значительных искривлений
• Безопасность — отсутствие риска выброса буровой жидкости и меньшая аварийность по сравнению с другими методами
• Экономичность — низкие эксплуатационные расходы за счет высокой скорости бурения и долговечности инструмента

Ограничения метода

• Потребность в мощном компрессоре — требуются значительные объемы сжатого воздуха, что предполагает наличие производительной компрессорной установки
• Ограничение по глубине — эффективность метода снижается на глубинах более 200 метров из-за роста противодавления
• Риск прихвата — возможность заклинивания инструмента при бурении валунных отложений или крупнообломочных пород
• Шумность — высокий уровень шума при работе компрессора и выходе отработанного воздуха

Оборудование и комплектация

Комплект оборудования для пневмоударного бурения включает несколько основных компонентов. Буровой станок обеспечивает вращение и подачу бурового инструмента, а также оснащен системой удержания и подъема буровой колонны. Компрессорная установка производит сжатый воздух требуемого давления и производительности — как правило, это винтовые или поршневые компрессоры мощностью от 200 до 1000 кубических футов в минуту.

Буровая колонна состоит из стальных труб с резьбовыми соединениями, передающих вращение и подающих сжатый воздух к пневмоударнику. Для смягчения ударных нагрузок на станок при небольших глубинах над пневмоударником устанавливается амортизатор ударных импульсов. Буровые коронки выпускаются с различными схемами расположения твердосплавных штырей в зависимости от типа разрушаемой породы.

Часто задаваемые вопросы