Лукьянов В.Г., Комащенко В.И., Шмурыгин В.А. Взрывные работы

Подождите немного. Документ загружается.

носит удары по тыльной части шпинделя, в резьбовом или конусном

гнезде которого крепится штанга (5) с буровой коронкой (6). Шпиндель

получает вращательное движение от пневмодвигателя (4) через редук-

тор (7) цепного или другого типа. Подача воды в шпур или скважину про-

изводится с помощью водоподающего устройства (1) осевого типа.

1.3.2. Перфораторы с независимым вращением бура

Разработаны и серийно выпускаются ударно-вращательные пневма-

тические перфораторы с независимым вращением бура. Выпускаются не-

сколько типов ударно-вращательных пневматических перфораторов с не-

зависимым вращением бура. В табл. 1.13 приведены основные данные не-

которых конструкций.

На рис. 1.35 показана конструкция вращательно-ударного перфора-

тора с независимым вращением бура.

Ударный механизм перфоратора представляет собой цилиндро-

поршневую систему, где поршень-ударник (5) движется в цилиндре (6).

Сжатый воздух, попадая из шахтного воздухопровода в патрубок возду-

ховпускного устройства, краном (1) направляется в воздухораспредели-

тельное устройство (2) клапанного типа. В зависимости от положения кла-

пана сжатый воздух попадает в переднюю или заднюю полости цилиндра и

создаёт возвратно-поступательное движение поршня-ударника.

Таблица 1.13

Тип перфоратора

Показатели

ПК-50 ПК-60 ПК-65 ПК-75

Диамет

скважин, мм До 60 До 65 До 65 До 85

Гл

бина б

ур

ения

м 22 25 50 50

Энергия удара, КДж 9 9 15 15

Крутящий момент, кН·м 1 800 1 800 2 500 2 500

Усилие подачи, Н До 500 До 700 До 1 000 До 1 000

Расход свободного воздуха,

/мин

10 10 11 13

Масса перфоратора, кг 59 60 65 75

Частота ударов, мин

-1

До 2 900 До 2 900 До 2 300 До 2 500

Давление воздуха, МПа 5 5 5 5

Уровень шума, дБ 113 115 – –

При ходе вперёд поршень наносит удары по хвостовику, в резьбовом

гнезде которого крепится буровая штанга с рабочим инструментом-коронкой

Вращательный механизм представляет собой пневмодвигатель ори-

гинальной конструкции, разработанной конструкторским бюро завода

«Коммунист» (г. Кривой Рог). При небольшом числе оборотов вращатель

развивает значительный крутящий момент и имеет статор (7), выполненный

в виде шестерни с внутренними зубьями-роликами, и эксцентрично распо-

ложенный ротор (8). Последний имеет наружные зубья и свободно распо-

ложен в статоре. В ротор запрессован золотник (9). Сжатый воздух патруб-

ком подводится к полости а и по каналу b направляется в воздухораспреде-

лительный золотник, питающий рабочие полости двигателя. Сжатый воз-

дух через каналы золотника, а также через соответствующие выточки, по-

падая в рабочие полости, создаёт вращательное движение ротора. Послед-

ний сопрягается со шпинделем с помощью впадин, имеющихся на внут-

ренней полости ротора, и выступов на наружной поверхности шпинделя.

Рис. 1.35. Вращательно-ударный пневматический перфоратор

При планетарном вращении ротор входит в зацепление со шпин-

делем, создавая его вращение. Конструкция вращателя разрешает ре-

версирование вращательного движения.

На выхлопном окне перфоратора установлен глушитель шума (4)

камерного типа. С помощью проушины (с) перфоратор может крепиться

на каретке подающего механизма.

Мощный колонковый перфоратор с независимым вращением бура

(марки ПК-75) может успешно бурить скважины глубиной до 50 м и больше.

Независимое питание сжатым воздухом ударного и вращательно-

го механизмов создаёт возможность отдельного регулирования каждого

из них. В зависимости от физико-механических свойств буримых пород

можно подбирать оптимальное число оборотов бура и частоту ударов,

обеспечивая наиболее выгодный режим бурения.

1.3.3. Подающие механизмы буровых установок

В конструировании подающих механизмов буровых установок ос-

новной тенденцией является создание конструкций с максимальной дли-

ной подачи. Такое направление обеспечивает снижение затрат вспомога-

тельного времени и увеличение основного рабочего времени на бурение.

Предложено несколько конструкций длинноходовых подающих меха-

низмов, разрешающих увеличивать длину подачи до любых значений.

На рис. 1.36 приведены кинематические схемы наиболее перспек-

тивных и надёжных подающих механизмов для буровых установок.

Реечный подающий механизм показан на рис. 1.36, а. В направляю-

щих пазах салазок (1), имеющих швеллерообразное сечение, перемещает-

ся каретка (5). На каретке установлены ударно-вращательный механизм

(4) и привод подачи, состоящий из пневматического двигателя с редукто-

ром (2). В салазках закреплена рейка (6), с которой находится в зацепле-

нии ходовая шестерня подачи (3), получающая вращение от двигателя че-

рез редуктор подачи. Направление подачи можно реверсировать за счёт

изменения направления питания двигателя сжатым воздухом. В конструк-

ции предусматривается фрикционный узел, обеспечивающий возможность

саморегулирования усилия и скорости подачи от ноля до максимального

значения (обычно не больше 1 м/мин), принятого в конструкции. Фрикци-

онный узел обычно устанавливается после двигателя, перед редуктором.

Рис. 1.36. Схемы длинноходовых подающих механизмов

для вращательно-ударных буровых установок:

а – реечный механизм подачи; б – винтовой механизм подачи;

в – канатный механизм подачи

Дифференциально-винтовой подающий механизм (рис. 1.36, б)

состоит из салазок (2) и ходового винта (7), передняя цапфа которого

входит в подшипник скольжения (1), расположенный в передней гори-

зонтальной плоскости в подпятнике стойки. Поворот механизируется с

помощью пневмодвигателя с червячным редуктором. Подпятник и при-

вод смонтированы на корпусе ходовой тележки.

Манипулятор с поворотной стрелой дан на рис. 1.37, б. Стрела (1)

имеет изогнутую форму, обеспечивая возможность поворота всей сис-

темы вокруг своей оси, располагающейся примерно по оси горной вы-

работки. На стреле (с) подвижно крепится кронштейн (2). На кронштей-

не устанавливаются салазки с буровой машиной.

Узлы поворота а и в идентичны описанным в предыдущей конст-

рукции. Кинематика манипулятора обеспечивает возможность бурения

шпуров и скважин в любой точке забоя и выработки в любом заданном

направлении при минимальном количестве движений. Ось стрелы ма-

нипулятора устанавливается в подшипниках трения на раме ходовой те-

лежки. Поворот стрелы механизируется. После поворота стрела жёстко

фиксируется зажимным хомутом.

Рис. 1.37. Кинематические схемы манипуляторов

вращательно-ударных буровых установок:

а – многошарнирный поворотный манипулятор;

б – манипулятор с поворотной стрелой; в – манипулятор с винтовым подъёмом;

г – манипулятор с реечным подъёмом

Манипулятор с винтовым подъёмом кронштейна показан на

рис. 1.37, в. Стрела (1) манипулятора располагается горизонтально, ниже

оси горной выработки на величину, равную расстоянию от оси бура до

оси стрелы при нижнем положении кронштейна. Один конец стрелы ус-

танавливается в подшипниках трения на раме ходовой тележки, на про-

тивоположном конце стрелы смонтированы или временные узкоколей-

ные, или нормальные железнодорожные пути, вплоть до забоя. При про-

ходке восстающих горных выработок применяются шагающие полки.

1.3.4. Буровой инструмент

Инструментом для бурения шпуров перфораторами является бур –

стальной стержень (буровая штанга), имеющий на одном конце головку

(породоразрушающий инструмент), на другом – хвостовик с буртиком.

Съёмная головка бура называется буровой коронкой. Буровые штанги

для ручных и телескопных перфораторов изготовляются из шестигран-

ной стали, для колонковых – из круглой стали типа ШБВ-32, ШБВ-40

диаметром 32

и 40 мм, длиной от 1 до 5 м (рис. 1.38).

Для бурения шпуров от начала до требуемой глубины необходимо

иметь набор буров разной длины и разных диаметров коронок. Число

буров в комплекте и шаг бура по длине зависят от крепости породы и

глубины шпура. Средний шаг буров 0,7…1 м. Каждый последующий

бур в комплекте имеет диаметр головки (коронки) на 2…3 мм меньше.

Большое распространение получили буры со съёмными коронками,

применение которых избавляет от необходимости транспортировать

большое число буров в мастерские для восстановления.

Для вращательного бурения шпуров буровые штанги изготавливаются

из прутков углеродистой стали У7, У9, У10. Прутки витые (рис. 1.38, б) дли-

ной 5…7 м, форма поперечного сечения ромбическая, размеры 18 × 36 мм.

Буровые штанги нарезают длиной от 0,7 до 5 м с интервалом 0,7 м.

В зависимости от крепости, трещиноватости и

абразивных свойств

горной породы применяют съёмные коронки долотчатой, крестовой и

×-образной формы с прерывистым или непрерывным лезвием (рис. 1.19, а,

табл. 1.14). Коронка состоит из корпуса с посадочным конусом и пера, в ко-

торое впаяна пластинка твёрдого сплава, имеющая режущую кромку. В кор-

пусе коронки имеются отверстия, предназначенные для выхода промывоч-

ной воды или отсоса пыли. Диаметр лезвия коронки несколько больше диа-

метра её корпуса, конус коронки имеет небольшую величину, что облегчает

выход буровой мелочи из шпура и извлечение бура по окончании бурения,

уменьшает потери на трение стали о породу. В табл. 1.14 приведены данные

о наиболее распространённых коронках для бурения шпуров перфораторами

Рис. 1.38. Буровой инструмент:

а – для ударно-поворотного бурения; б – для вращательного бурения

(1 – хвостовик буровой штанги; 2 – бур; 3 – коронка); в – буровая штанга для перенос-

ных и телескопных перфораторов; г − круглые буровые штанги диаметром 32 мм

с резьбовым (4) и конусным (5) соединением; д – буровые штанги со съемным рези-

но-металлическим буртом (6 – шестигранные; 7 – круглые; 8 – штанга;

9 – резиновое кольцо; 10 – конусная

гильза; 11 – гайка; 12 – втулка); е – хвостовики

с втулочными выступами для колонковых перфораторов и бурильных головок

(13 – с резьбовым соединением; 14 − с конусным); ж − соединительные муфты

(15 − с лысками; 16 − без лысок; 17 − переходная с лысками)

В монолитных, высокоабразивных, весьма крепких и крепких поро-

дах рекомендуется применять коронки типа БКПМ-36Ф, БКПМ-40Ф и

штыревые типа КТШ (Т – трёхпёрная, Ш – штыревая, табл. 1.14); в трещи-

новатых средней абразивности, средней крепости породах – крестовые ко-

ронки типа ККП; в породах крепких и средней крепости любой абразивно-

сти – коронки типа БКПМ

-КМ. Коронки армируются пластинками или

штырями из твёрдого сплава ВК (вольфрам-кобальт, ВК-8В, ВК-15). Угол

заточки коронок для пород ниже средней крепости 70…80

, для пород

средней крепости и крепких – 80…90

и для крепчайших пород – 90…110

Коронки типа БКР с резьбовым соединением применяются в мо-

нолитных и трещиноватых породах любой крепости при бурении шпу-

ров колонковыми перфораторами.

Рис. 1.39. Коронки для бурения шпуров:

м – коронки и резцы для вращательного бурения;

1 – пластинка твёрдого сплава; 2 – перья; 3 – корпус;

4 – хвостовик; 5 – отверстие для промывки

Коронки и резцы (рис. 1.39, м) с впаянными пластинами твёрдого

сплава из вольфрама-кобальта ВК-6В, ВК-8В применяются при враща-

тельном способе бурения шпуров. Для бурения мягких пород типа угля

резцы изготовляют с узкими и длинными перьями; для крепких – с корот-

кими и широкими перьями. Угол заточки лезвия резца (пластины) для по-

род с f = 5…8 – (60…65)

; с f = 4…5 – (50…60)

и с f < 4 – (45…50)

Область применения породоразрушающего инструмента приво-

дится в табл. 1.15.

Таблица 1.14

Типоразмер

колонки

Марка стали

Форма

твёрдосплав-

ной

пластинки

Рабочий

диаметр

коронки,

мм

Диаметр

корпуса,

мм

Высота

корпуса,

мм

КДП 35ХГСА Г11 36 30 72

ККП 35ХГСА Г12 40 33 77

KTШ-36-22Б 35ХГСА Г14 36 31,5 72

КТШ-40-25А 35ХГСА Г14 40 35,5 77

KTШ-43-25A 35ХГСА Г14 43 35,5 77

КТШ–52–32В 35ХГСА Г14 52 42 114

БКПМ-36

18Х2Н4МА

(38ХНЗМФА)

Г11 36 32 75

БКПМ-40-22С

18Х2Н4МА

(38ХНЗМФА)

Г11 40 35 75

БКПМ-40-25С

18Х2Н4МА

(38ХНЗМФА)

Г11 40 35 75

БКПМ-36Ф

18Х2Н4МА

(38ХНЗМФА)

2121 36 32 75

БКПМ-40Ф

18Х2Н4МА

(38ХНЗМФА)

2121 40 35 75

БКПМ-40-

22ФС

18Х2Н4МА

(38ХНЗМФА)

121 40 36 75

БКПМ-40-

25ФС

18Х2Н4МА

(38ХНЗМФА)

2121 40 36 75

БКПМ-36-

22КМ

18Х2Н4МА

(38ХНЗМФА)

Г12 36 – 78

БКПМ-36-

25КМ

18Х2Н4МА

(38ХНЗМФА)

Г12 36

–

БКПМ-40-

25КМ

18Х2Н4МА

(38ХНЗМФА)

Г12 40

–

БКПМ-42-

25КМ

18Х2Н4МА

(38ХНЗМФА)

Г12 42

–

БКПМ-42-

26КМ

18Х2Н4МА

(38ХНЗМФА)

Г12 42

–

КРР-65

18Х2Н4МА

(38ХНЗМФА)

2450 65 – 83

Для абразивной заточки коронок используют специализированные

станки следующих моделей: ВЗ-130М – для долотчатых коронок; ВЗ-140 –

для крестовых коронок; ВЗ-140С1 – для трёхпёрых коронок; ВЗ-141М – для

цельных долотчатых буров и долотчатых коронок. Для заточки всех коро-

нок и шлифовки конусов штанг предназначен станок ВЗ-145.

Таблица 1.15

Тип и ма

ка Область п

именения

Резцы РУ43 В мягких породах с f < 4

Резцы РУ13, РУ6-1 В средних и крепких углях с f < 6

Резцы РП7, РП-42

Бурение шпуров ручными и колонковыми

сверлами в породах с f < 8

Коронки КДП-36-22Б, КДП-40-22Б,

КДП-40-25Б

В крепких и средней крепости, в моно-

литных, малой и средней абразивности

породах

Коронки БКПМ-36-22Б, БКПМ-40-22,

БКПМ-40-25, БКПМ-40-22С,

БКПМ-40-22-ФС

В крепких монолитных малой и средней

абразивности породах

Коронки БКПМ-40-22Ф, БКПМ-

40-25Ф, БКПМ-40-22ФСх, БКПМ-

25ФСх

В крепких монолитных породах средней

и высокой абразивности

Коронки ККП-40-22, ККП-40-25,

ККП-43-25, ККП-46-25

В крепких средне- и сильнотрещиноватых

породах любой абразивности

Коронки БКПМ-36-22КМ,

БКПМ-40-25КМ, БКПМ-42-25КМ

В средней крепости и крепких трещино-

ватых породах любой абразивности

Коронки КТШ-40-25А,

КТШ-43-25А, КТШ-52-32В

В крепких трещиноватых и средней абра-

зивности породах

1.3.5. Перспективы вращательно-ударного бурения

Вращательно-ударное бурение является перспективным способом

бурения горных пород, который разрешает увеличить поток энергии на

буровой инструмент, а следовательно и скорость бурения. Увеличение

энергопотока может осуществляться за счёт увеличения частоты ударов,

увеличения силы осевого давления и соответствующего увеличения ок-

ружного усилия. Энергия удара и скорость вращения бурового инстру-

мента определяются в зависимости от прочностных показателей буро-

вого инструмента и физико-механических свойств разбуриваемых по-

род. Выбор всех параметров должен обеспечивать оптимальный режим

100

разрушения породы, определяемый минимальными удельными затрата-

ми на единицу объёма выбуренной скважины.

Недостаточный объём исследований вращательно-ударного бурения,

особенно работы породоразрушающего инструмента при комплексном на-

гружении силами динамического и статического характера при бурении

пород с различными физико-механическими свойствами, не позволяет ука-

зать на оптимальные параметры режимов вращательно-ударного бурения

различных категорий пород. Буровой инструмент, разрушающий породу

более крупными кусками, обеспечивает высокие технико-экономические

результаты. Крупность бурового штыба увеличивается при бурении корон-

ками ступенчатой формы с прерывистым, зубчатым лезвием. При бурении

такими коронками забой скважины приобретает гребёнчатую форму, тем

самым максимально обнажая породу. При бурении в мелкие, пылевые

фракции превращается только часть породы, а остальная скалывается круп-

ными кусками. Количество лезвий коронки, производящих одновременно

разрушение породы, должно быть наибольшим, конечно, при соответст-

вующем увеличении энергии, передаваемой на инструмент.

Разработка специального инструмента и в первую очередь буровых

коронок для бурения пород различных категорий крепости позволит

расширить применение вращательно-ударного бурения. Для отдельных

групп пород требуется определить значения углов приострения, форму

пластинок твёрдого сплава и их крепление в корпусе коронки.

Вращательно-ударные буровые установки имеют отдельные удар-

ные, вращательные и подающие механизмы. Такая конструкция буровой

машины создает возможность самостоятельной, автономной работы, а

следовательно, и независимого регулирования каждого механизма. По-

следнее позволяет в наибольшей степени достичь оптимальности режимов

бурения при проходке скважин в различных горнотехнических условиях.

Регулирование мощности ударного, вращательного и подающего

механизмов легко осуществляется за счёт изменения давления сжатого

воздуха, питающего механизм.

Увеличение давления сжатого воздуха, питающего ударный меха-

низм в п раз обусловливает увеличение энергии удара во столько же раз, а

частоты ударов в п

0,5

раза. Для сохранения величины энергии удара и одно-

временного увеличения частоты ударов требуется, увеличивая давление

воздуха в п раз, уменьшать длину хода поршня-ударника во столько же раз.

Перспективно применение при вращательно-ударном бурении по-

дающих механизмов, обеспечивающих возможность увеличения осево-

го усилия до 5…10 тс и больше.

Совершенствованием вращательно-ударной буровой техники яви-

лось бы создание полнопогружных вращательно-ударных буровых машин