В чём разница между горным перфоратором и гидравлическим отбойным молотком? Как выбрать?

Оба инструмента воздействуют на скальную породу с помощью гидравлической энергии. Оба устанавливаются на экскаваторы. Оба фигурируют в технических спецификациях в общей категории «гидравлическое оборудование для разрушения скальных пород». Помимо этих внешних сходств, рок-дрель и гидравлический отбойный молоток предназначены для принципиально разных задач, и использование неподходящего инструмента на объекте приводит не к замедленному выполнению правильной операции, а к поломке оборудования, повреждению забоя или снижению производительности проекта до 20 % от запланированного уровня.

Эта путаница отчасти связана с языком. Термин «горное сверло» используется в разговорной речи для обозначения любого гидравлического инструмента, разрушающего породу. С технической точки зрения горное сверло (или отбойный молоток) — это вращательно-ударный инструмент, создающий цилиндрическое скважинное отверстие: он бурит отверстие для конкретной цели — взрывных работ, крепления, разведки или геотехнического отбора проб. Гидравлический отбойный молоток представляет собой исключительно ударный инструмент без вращения и без промывочной системы: он разрушает материал на поверхности, не образуя при этом чётко очерченного отверстия. Выходные результаты у этих инструментов совершенно различны, как и области их применения.

Основное механическое различие: вращение + промывка против одного лишь удара

Гидравлический горный перфоратор работает за счёт трёх одновременных функций: ударного действия (удар поршня по хвостовику), вращения (вращение двигателя сверла между ударами) и промывки (водой или воздухом для удаления шлама из скважины). Совместная работа этих трёх функций обеспечивает формирование чистой цилиндрической скважины. Устранение любой из них приводит либо к невозможности образования скважины, либо к её заполнению порошком породы и заклиниванию, либо к отклонению от заданной геометрии.

Гидравлический отбойный молот работает исключительно за счёт ударного действия. Зубило или пикирующий наконечник передают энергию удара непосредственно на поверхность породы, вызывая образование трещин, которые распространяются от точки контакта. Вращение отсутствует, контур промывки отсутствует, поддержание скважины не требуется. Результат — раздробленная порода, что полезно при демонтажных работах, вторичном дроблении валунов и удалении бетона, но не позволяет получить скважину, пригодную для заряжания взрывчатым веществом или нарезания резьбы под болт.

Работа на холостом ходу является основным режимом отказа гидравлического отбойного молотка: эксплуатация молотка при отсутствии плотного контакта инструмента с обрабатываемым материалом приводит к тому, что вся ударная волна отражается обратно в корпус молотка вместо того, чтобы передаваться породе. Эта отражённая энергия вызывает усталостные повреждения стяжных шпилек, создаёт повышенные нагрузки на поршень и приводит к повреждению корпуса уже через несколько часов.

Сравнение бок о бок

Области применения, где подходит только один инструмент

Бурение взрывных скважин требует использования горного перфоратора. Точка. Гидравлический отбойный молоток не способен пробурить скважину требуемого диаметра, глубины и геометрии для заряжания взрывчатых веществ. Скважина глубиной 5 метров и диаметром 64 мм в граните — стандартная спецификация для цикла буровых работ на карьерной уступе — может быть пробурена исключительно ударно-вращательным инструментом с соответствующей продувкой. Применение отбойного молотка к этой поверхности приведёт к нерегулярному разрушению породы и потребует значительно больше времени на выемку каждого кубического метра породы по сравнению с правильно подобранным буровым станком.

Напротив, вторичное дробление чрезмерно крупных валунов после взрыва — это задача гидравлического отбойного молотка. Валуны уже существуют в виде фрагментированного материала; их необходимо дополнительно измельчить для транспортировки. Применение горного перфоратора к свободно стоящему валуну не приносит никакой практической пользы: отсутствует замкнутая рабочая поверхность, против которой могла бы действовать ударная энергия, двигатель вращения работает в условиях неустойчивой геометрии, а буровой штанге грозит разрушение под действием эксцентричной нагрузки. Ударный механизм отбойного молотка без вращения эффективно справляется с этой задачей.

Снос городских зданий в непосредственной близости от существующих сооружений представляет собой особый случай. Оба инструмента вызывают вибрацию, однако отбойные молотки создают более высокую амплитуду пиковой вибрации на более низких частотах, которая распространяется на большее расстояние через грунт и фундаменты зданий. Горные перфораторы, работающие на ударных частотах 30–60 Гц, создают вибрацию более высокой частоты, но меньшей амплитуды. В некоторых ситуациях, когда работы ведутся в непосредственной близости от существующих зданий, профиль вибрации от горного перфоратора — с более высокой частотой и меньшей амплитудой — оказывает меньшее разрушительное воздействие на соседние здания по сравнению с более медленными и тяжёлыми ударами отбойного молотка, даже при одинаковой энергии удара.

Комбинация инструментов для проходки тоннелей: одновременное применение обоих инструментов на одном объекте

Туннельные забои, проходимые с использованием буровзрывной технологии, требуют применения обоих типов оборудования. Буровая установка для работы на забое оснащена гидравлическими горными перфораторами, которые пробуривают шпуры для взрывного комплекта: центральные шпуры в разгрузочной зоне диаметром 64–127 мм для формирования выреза и контурные шпуры диаметром 43–51 мм для формирования контура выработки. После взрыва гидравлический отбойный молоток, установленный на отдельном экскаваторе, используется для дробления чрезмерно крупных валунов в разрыхлённой породе («маке») и обработки труднодоступных участков в нижней части туннеля (инверте), где порода не раскололась чисто. В ходе туннельного проекта 2021 года в Чунцине, в котором комбинировались резка скальной породы алмазными пилами и дробление отбойным молотком, была достигнута скорость проходки 4–5 метров в сутки в твёрдой породе — значительно выше, чем при традиционной проходке; однако такая комбинация оказалась эффективной именно потому, что каждый инструмент применялся строго по своему прямому назначению.

Соображения при выборе комплектов уплотнений для каждого инструмента

Техническое обслуживание уплотнений горного перфоратора включает два отдельных контура, изнашивающихся с разной скоростью: уплотнения ударного поршня, совершающего циклы с частотой 30–60 Гц при давлении 160–220 бар, и уплотнения промывочной коробки, подвергающиеся воздействию абразивной воды, содержащей шлам. Оба типа уплотнений должны соответствовать оригинальным размерам посадочного отверстия и эластомерным компаундам, подходящим для рабочей температуры и химического состава воды.

Комплекты уплотнений для гидравлических отбойных молотков сосредоточены на уплотнительных кольцах (O-образных кольцах) ударной камеры и диафрагме аккумулятора — компоненте, заряженном азотом и предназначенном для смягчения каждого удара. Повреждение диафрагмы вызывает тот же хриплый звук удара, что и неисправность аккумулятора горного перфоратора, и логика ремонта аналогична: перед заменой диафрагмы необходимо проверить предварительный заряд азота. Компания HOVOO поставляет комплекты уплотнений как для горных перфораторов (модели Epiroc, Sandvik, Furukawa, Montabert), так и для гидравлических отбойных молотков ведущих брендов. Список моделей доступен на сайте hovooseal.com.