Буровые установки для угольных шахт

Когда говорят про буровые установки для угольных шахт, многие представляют просто мощный станок, который крутит бур. На деле, это целая философия подземных работ. От выбора модели зависит не только скорость проходки, но и безопасность людей в забое, и в итоге — экономика всего участка. Частая ошибка — гнаться за максимальной мощностью или самой низкой ценой, не учитывая геологию пласта, доступное пространство для маневра и даже квалификацию бригады. Я сам через это проходил, когда лет десять назад уговорил руководство купить 'самую продвинутую' немецкую установку для нашего шахтного поля с частыми плывунами. Оборудование-то было классное, но слишком 'нежное' для наших условий — система подачи очистного агента постоянно забивалась мелкодисперсной породой, а перенастройка под наши реалии заняла полгода и кучу нервов. Вот с тех пор и выработался подход: техника должна быть не самой лучшей в мире, а максимально подходящей для конкретной задачи.

Ключевые узлы и 'узкие места'

Если разбирать установку по косточкам, то сердце — это, конечно, буровая головка и система подачи усилия. Но мозг — это система управления и стабилизации ствола. На крутых пластах, какие у нас в Кузбассе не редкость, даже небольшая 'вилка' по углу на первых метрах может вылиться в серьезное отклонение к концу скважины. Приходится постоянно мониторить, корректировать, а иногда — и перебуривать. Один раз мы потеряли почти неделю из-за того, что гидравлическая система стабилизации на одной из отечественных установок (не буду называть модель, чтобы не рекламировать) начала 'плавать' из-за перепадов температуры рабочей жидкости в выработке. Оказалось, фильтры тонкой очистки были не рассчитаны на такую концентрацию мелкой взвеси в нашем техническом масле.

Еще один критичный момент — энергоснабжение и эргономика. В тесном забое не развернешься, а подвести мощную линию — та еще задача. Поэтому сейчас все чаще смотрим в сторону установок с электрогидравлическим приводом, которые могут работать от сетей с нестабильным напряжением. Но и тут свои подводные камни: гидравлика требует идеальной чистоты, малейшая течь под высоким давлением — и все вокруг в масле, что в шахте с ее пылью просто опасно. Помню, как на одном из разведочных штреков мы использовали компактную установку от ООО города Датун Чжунтуоао Электромеханическое Оборудование — она привлекла именно модульной конструкцией и заявленной ремонтопригодностью. Что могу сказать по факту: сборка действительно была продумана, основные узлы можно было демонтировать без полной разборки, что в полевых условиях — огромный плюс. Но система охлаждения электродвигателя оказалась 'заточена' под более мягкий температурный режим, пришлось своими силами дорабатывать воздуховоды.

И конечно, нельзя забывать про вспомогательное оборудование — шламоотвод, системы пылеподавления. Это не просто 'придатки', а то, что определяет ритмичность работы. Если шлам не успевает выводиться из зоны бурения, происходит заклинивание буровых штанг. А пыль... С ней в угольных шахтах вечная война. На некоторых импортных образцах системы аспирации слишком сложные, с кучей датчиков, которые быстро выходят из строя от постоянной вибрации. Иногда проще и надежнее оказывается классический водяной затвор, хоть и приходится возиться с подачей воды.

Геология как главный дирижер

Вот на что точно не стоит жалеть времени — так это на изучение геологического прогноза. Бурение в сплошном угольном пласте и, например, в переслаивающихся породах с включениями песчаников — это две разные вселенные. Для первого случая можно брать установки с ударно-вращательным действием, они быстрее. Но если попадаются твердые прослойки, тот же песчаник, то без вращательного бурения с алмазными коронками или твердосплавными резцами не обойтись. И здесь мощность — не главное. Важнее стабильность крутящего момента на низких оборотах.

Был у нас печальный опыт на шахте 'Западная'. Геологи дали добро на использование относительно легкой установки для бурения дегазационных скважин. Но в одном из пластов оказалась неизвестная ранее линза чрезвычайно вязкой глины. Установка просто не смогла обеспечить достаточное осевое усилие для продавливания этого слоя, буровые штанги начали 'плясать', и в итоге мы получили искривленный ствол, который пришлось забуривать заново, уже с более мощным агрегатом. Потеряли время и ресурсы. После этого случая мы всегда закладываем в техзадание не только 'среднюю' твердость пород, но и возможные аномалии, и требуем от оборудования запаса по усилию подачи.

Еще один геологический вызов — обводненные горизонты. Проходка — это полдела. Нужно сразу думать об обсадных трубах, тампонаже, чтобы не устроить потоп в выработке. Некоторые современные установки имеют встроенные модули для цементации, что очень удобно. Но опять же, смотрим на состав раствора: некоторые реагенты, рекомендуемые производителями, могут не подходить для специфической химии наших пластовых вод. Все проверяется только на практике.

Логистика и обслуживание в стесненных условиях

Часто при выборе установки забывают о самом простом: как ее доставить в забой и как там обслуживать. Габариты — это святое. Если агрегат не проходит по сечению самого узкого участка транспортной выработки, то все его преимущества меркнут. Мы однажды рассматривали очень интересный польский комплекс, но он поставлялся в виде двух крупногабаритных модулей. Собрать их можно было только в специальном монтажной камере, которой на нашем участке просто не было. Отказались.

Поэтому сейчас все больше ценим модульность, как у той же ООО 'Чжунтуоао Электромеханическое Оборудование'. Их сайт https://www.china-dtszta.ru мы изучали, когда искали варианты для труднодоступных участков. Видно, что компания из Датуна, с ее производственными площадями под 5000 кв.м и участками сборки-сварки, делает ставку именно на гибкость конфигурации. Это правильный путь. Потому что в шахте ключевой фактор — быстрый ремонт и замена узлов. Если для замены, условно, насоса подачи промывочной жидкости нужно разобрать пол-установки, это плохая конструкция. Нужно, чтобы основные агрегаты — насосная станция, блок управления, двигатель — были на быстросъемных платформах.

Запасные части — отдельная боль. С импортными образцами иногда ждешь запчасть месяцами. Поэтому мы всегда требуем от поставщика наличие минимального гарантийного комплекта на складе в регионе. А лучше — чтобы ключевые детали (подшипники, уплотнения, фильтры) были унифицированы с другими моделями, которые уже работают в регионе. Это сильно упрощает жизнь.

Эволюция требований: безопасность и данные

Раньше главным было 'бурить быстрее и дешевле'. Сейчас на первый план вышла безопасность и контроль. Современная буровая установка для угольных шахт — это источник данных. Датчики крутящего момента, осевого усилия, расхода промывочного агента, контроля загазованности в зоне бурения — это уже не роскошь, а необходимость. Эти данные не только помогают оператору в реальном времени корректировать процесс, но и позволяют задним числом анализировать геологию, прогнозировать осложнения.

Например, резкий рост сопротивления вращению при неизменном осевом усилии может сигнализировать о переходе в более твердую породу. А падение давления в системе промывки — о начале поглощения бурового раствора или образовании трещины. Умная система должна предупреждать оператора, а не просто фиксировать значения. Мы тестировали одну установку с очень продвинутой системой телеметрии, но интерфейс был перегружен цифрами, и в стрессовой ситуации оператор просто терялся. Вывод: информация должна представляться интуитивно — графики, тренды, цветовые метки.

И конечно, взрывобезопасность. Все оборудование должно иметь соответствующий уровень защиты (РВ, Ex и т.д.). Но важно смотреть не только на сертификаты, но и на исполнение. Как проложены кабели, насколько хорошо защищены разъемы от попадания влаги и угольной пыли, которая является отличным проводником. Мелочь вроде антистатического покрытия на корпусе тоже может иметь значение.

Не техникой единой: люди и процессы

Можно купить самую совершенную установку, но без грамотной бригады она — груда металла. Обучение операторов — критически важно. Причем учить нужно не только как нажимать кнопки, но и как 'чувствовать' процесс по звуку работы двигателя, вибрации, виду выходящей породы. Старые мастера могли с закрытыми глазами сказать, что сейчас проходит бур — уголь, аргиллит или песчаник. Этому опыту нужно учить молодежь.

Внедрение новой техники — это всегда ломка старых процессов. Нужно переписывать инструкции, схемы организации работ в забое, графики ТО. Если этого не сделать, установка будет простаивать. У нас был случай, когда новую установку поставили, а график ее обслуживания не был согласован с графиком ремонтов общешахтного транспорта. В итоге, когда у нее подошел срок замены масла в гидросистеме, оказалось, что транспорта для доставки масла и фильтров в этот день на участке нет. Простой.

И последнее, о чем часто забывают: утилизация отработанных буровых раствентов и шлама. Экологические требования ужесточаются. Нужно сразу планировать, куда и как выводить отходы бурения. Некоторые установки сейчас комплектуются системами замкнутого цикла для промывочной жидкости, что для шахт с ограниченным водоснабжением — большое подспорье. Это тот самый случай, когда более высокая начальная цена оборудования окупается в процессе эксплуатации за счет экономии на утилизации и закупке воды.

В итоге, выбор буровой установки — это всегда компромисс между мощностью, габаритами, надежностью, ремонтопригодностью и ценой. Нет идеального варианта на все случаи жизни. Есть оптимальный для конкретных условий вашей шахты, вашего пласта, вашей бригады. И этот оптимальный вариант находится не в каталоге, а вырисовывается после долгого анализа, а иногда — и проб с ошибками. Главное — чтобы эти ошибки не были фатальными и чтобы из них делали правильные выводы. Как сделали мы после той истории с 'нежной' немецкой установкой, переключившись на более выносливые и адаптируемые модели, где производственная база, как у компании из Датуна, позволяет подстраивать изделие под реальные, а не идеальные условия.