Статьи

Бурильные шнеки: конструкция и назначение

Шнековое бурение – оптимальная технология для формирования скважины, ямы, отверстия для установки элементов фундамента, опор, колонн в грунтах различных категорий, от рыхлых, сыпучих до твердых, мерзлых, с высоким содержанием скальных пород.

Один из основных элементов буровой установки – шнек, который и формирует яму, напрямую контактирует с грунтом, разрушает породу, извлекает ее на поверхность. Как устроен шнек? По какому принципу он работает? Как выбрать элемент, на 100% поставленным задачам и эксплуатационным условиям?

Общее понятие

Шнек – термин, имеющий немецкое происхождение. Один из вариантов его перевода – “спираль”, что хорошо характеризует общую конструкцию бура. По сути, он представляет собой полый металлический стержень, вдоль которого расположены завитки, связанные в неразрывную спираль. В нижней части расположен элемент из очень твердого сплава с повышенным содержанием вольфрама или другого металла с аналогичными свойствами. Его задача – разрушение породы. Обычная сталь в таком случае быстро сотрется, деформируется, против гранита она бессильна.

Алгоритм работы шнекового бура выглядит следующим образом:

Установка, позиционирование устройства. Угол контакта должен соответствовать направлению формируемой скважины, плотности грунта. Он не обязательно составляет 90 градусов, допустимы отклонения от этого значения. Для фиксации на приводе буровой установки может использоваться резьба, либо хвостовики, наиболее надежный из которых – шестигранные.
Запуск устройства. Режущая часть начинает заглубляться в грунт.
Извлечение породы. Шлам, обломки скальника, земля, глина – все это поднимается по лопастям бура на поверхность. В данном случае действует принцип архимедова винта. По стабильности извлечения можно судить о правильности, эффективности процесса. Оно должно быть равномерным, безостановочным. Если порода выходит из скважины с видимыми толчками, следует отрегулировать скорость вращения установки, для плотных твердых грунтов – снизить ее, для рыхлых – увеличить.
Извлечение бура. По достижении заданной глубины, оснастку можно вытащить из ямы. Процесс максимально упрощен, если буровая установка укомплектована функцией реверса.

Конструкция

Основа конструкции шнекового бура – стержень, изготовленный из стали с добавлением марганца и других легирующих добавок, обеспечивающих оптимальный баланс между твердостью и пластичностью. Качественный элемент исключает продольные и поперечные биения на высоких оборотах, вызванные недостаточной жесткостью, при этом устойчив к деформациям, образованию трещин из-за ударных нагрузок.

Вдоль стержня навита стальная лента, кромка которой заточена для эффективного разрушения породы. Шаг резьбы различен, его нужно подбирать с учетом специфики работы. Для мягких грунтов лучше подойдет редкая резьба, для твердых – частая, обеспечивающая максимальную интенсивность механического воздействия, дробящая породу. Наиболее надежная технология фиксации ленты на стержне – точечная сварка.

В нижней части бура расположено долото, изготовленное из особо твердого сплава. Чаще всего твердость достигается добавлением вольфрама, а ее задача – уверенное разрушение скальных пород, например, гранита.

Такая конструкция, внешне напоминающая сверло, проста, при этом максимально функциональна – обеспечивает эффективное рыхление, дробление породы и ее быстрое извлечение на поверхность.

Тип спирали

Спирали шнековых буров различны по конфигурации, что упрощает подбор оснастки, на 100% соответствующей характеру предстоящих работ. Специалисты выделяют несколько классов:

Сплошной. Спираль непрерывна, характеризуется увеличенной шириной. Оптимально подходит для работы с рыхлыми грунтами, где не требуется мощное механическое воздействие, акцент нужно сделать на скорости извлечения шлама.
Ленточный. Тонкая спираль. Скорость извлечения породы на поверхность невысока, однако, возможна уверенная работа с тяжелыми, скальными, глинистыми грунтами.
Лопастной. Сформирован множеством лопастей, по спирали зафиксированных на валу. Оптимален для бурения увлажненной почвы, что особенно актуально в весеннее время, после обильного таяния снега.

Классификация

Тип спирали – не единственный признак, по которому классифицируют шнековые буры. Учитываются и некоторые другие критерии, в частности – назначение. Выделяют три категории:

Стандартные. Наиболее универсальные, подходящие для большинства работ. Доступны в утяжеленных версиях. Если мощность буровой установки достаточна, рекомендуется использовать именно такие модели, они быстрее погружаются в грунт.
Магазинные. Особенность – центральный стержень увеличенного диаметра, внутри которого располагается магазин, способствующий получению керна.
Полые. Часто используются при бурении скважин на воду, работе в грунтах, насыщенных влагой, так как обеспечивают быстрый ее отвод.

Спецификация шнекового бура также определяется конфигурацией режущей части. Например, для мягкого грунта оптимально подойдут плоские ножи, для скального – скругленные.

С точки зрения модификации, выделяют однозаходные устройства, определить которые можно по одностороннему расположению режущих элементов относительно центральной оси. Они достаточно дешевы, однако, обладают невысокой производительностью. Двусторонние аналоги дороже, однако, значительно ускоряют работу. Для работы с особо твердыми грунтами, скальными породами четвертой и более высоких категорий твердости, нужно использовать прогрессивные буры, на которых резцы размещены по кривой. Такая особенность обеспечивает равномерное распределение нагрузки по резцам, повышает срок эксплуатации оборудования, снижает риск поломки.

Области применения

Бурильные шнеки универсальны, востребованы в различных хозяйственных, промышленных сферах. Например, широкое распространение они получили в строительстве, позволяют быстро сформировать отверстия для заливки фундамента, размещения свай, опор и других конструкций, которые могут быть как самостоятельными, так и частями более крупных объектов, вплоть до высотных зданий, вышек сотовой связи, производственных цехов огромной площади. Также буровые шнеки используются в следующих отраслях:

Геология. В процессе бурения на поверхность поднимается грунт из слоев глубокого расположения, обломки породы. Это позволяет специалистам сделать точные выводы о геологии участка, определить, возможно ли вести на нем строительство, достаточна ли несущая способность, нет ли подземных водных источников. Также определяется наличие на участке полезных ископаемых, их количество, перспективность разработки.
Сельское хозяйство. Пробуренные отверстия можно использовать для монтажа сельскохозяйственных построек, несущих столбов оград и заборов, посадки крупных деревьев и кустарников, как плодовых, так и декоративных.
Горнодобывающая промышленность. Скважины нужны для закладки взрывчатых веществ, что необходимо для активной разработки карьера, добычи щебня, гравия, установки гидравлических установок, использующихся, например, для ровного реза гранитных и других твердых пород.
Жилищно-коммунальное хозяйство. Длинный бур позволит сформировать артезианскую скважину или колодец, что актуально для водоснабжения частных домов. Также бурение применяется при установке различных инфраструктурных инженерных элементов, столбов ЛЭП, труб.

Подведение итогов

Шнековые буры универсальны, позволяют решать массу задач, работать на грунтах различной твердости, вплоть до восьмой категории. Чтобы добиться идеального результата, достаточно внимательно отнестись к выбору, найти модель, на 100% соответствующую ситуации.