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

Подождите немного. Документ загружается.

Для бурения скважин на подземных и открытых горных разработ-

ках применяются станки вращательного бурения, работающие в основ-

ном на электрической, реже на пневматической энергии. Большинство

конструкций изготовляются самоходными.

В зависимости от рабочих качеств бурового инструмента враща-

тельный способ бурения применяется в различных горно-геологических

условиях. Практикой установлено, что буровой инструмент с коронкой

и долотами стальными – калёными или наваренными твёрдыми сплава-

ми – обеспечивает удовлетворительные показатели при бурении горных

пород с коэффициентом крепости f < 2. Коронки, армированные пла-

стинками металлокерамического сплава марки ВК, выгодно применять

при бурении пород с f < 6…8. При увеличенном осевом усилии (силовое

бурение) положительные результаты получены при бурении пород со

значением f до 10…12.

Коронки, армированные алмазами, рекомендуется применять при

бурении горных пород с коэффициентом крепости f не ниже 8. Стальные

шарошечные долота показали удовлетворительные результаты при буре-

нии скважин в породах с f до 6…8. Шарошечные долота, армированные

пластинками или зубками металлокерамического твёрдого сплава ВК-15,

оказались выгодными при бурении пород с величиной f не ниже 8…10.

Дробовое бурение, как менее эффективное и к тому же разрешающее бу-

рить только скважины, направленные вниз, не нашло широкого приме-

нения на буровзрывных работах. Одним из основных конструктивных

различий у станков вращательного бурения является принцип действия

механизма подачи, осуществляющего движение бурового инструмента

вперёд и назад и создающего осевое усилие при бурении. Современные

конструкции буровых машин имеют гидравлическую, пневматическую,

винтовую, кремальерную, цепную или канатную подачи.

1.2.1. Свёрла

Для сверления шпуров в породах невысокой крепости изготовляют-

ся вращательные электрические, пневматические и гидравлические свёр-

ла. Практикой установлено, что удовлетворительные технико-

экономические показатели можно получить при сверлении пород с коэф-

фициентом крепости f < 6…8 и при этом не имеющих включений и про-

слоек более крепких пород. Свёрла получили наибольшее распростране-

ние на буровых работах при разработке угольных и соляных месторожде-

ний. Попытки внедрить электросвёрла на шахтах, разрабатывающих ме-

таллические руды, не имели успеха. Последнее объясняется тем, что даже

мягкие руды неоднородны и часто имеют крепкие прослойки.

Более широкое распространение имеют свёрла с электрическим

приводом.

Для бурения шпуров диаметром до 46 мм и глубиной до 2 м при-

меняются ручные электросвёрла с мощностью двигателя до 1,5 кВт.

Сверление ими производится с руки или со вспомогательной легкой

распорной колонки.

Ручные электросвёрла являются простейшими буровыми маши-

нами, имеющими три основных узла: двигатель, редуктор и рабочий бу-

ровой инструмент – бур из витой стали со съёмным резцом-коронкой.

Ленинградский завод «Пневматика» разработал пневмосверло

СП-3, предназначенное для бурения шпуров диаметром 36…50 мм с

принудительной подачей. Мощность сверла 2,6 кВт, что позволяет его

применять в крепких углях и породах средней крепости.

Рис. 1.28. Ручное электросверло типа СЭР-19М:

1 – шпиндель; 2 – передняя крышка; 3 – промежуточная перегородка;

4 – корпус; 5 – электродвигатель; 6 – статор; 7 – затыльная крышка;

8 – вентилятор; 9 – пусковое устройство; 10 – крышка; 11 – ввод кабеля;

12 – колодка из пластмассы; 13 – патрубок; 14 – заглушка; 15 – гайка;

16 – хомут; z

–z

– шестерни

Ведутся работы, направленные на усовершенствование конструк-

ции и повышение эксплуатационных показателей горнобуровых свёрл.

Предложены конструкции вращательно-вибрационных свёрл, у которых

бур, кроме вращательного, имеет колебательные движения с частотой

100…500 Гц при амплитуде от 0,5 до 3 мм. Наличие вибрации у бура

увеличивает скорость бурения в 1,5–2 раза. Во избежание вредного воз-

действия на бурильщика, ручки, за которые удерживается сверло при

бурении, крепятся к рамке, соединяющейся с корпусом, через аморти-

зирующий узел.

В породах мягких и средней крепости применяются ручные элек-

тросвёрла массой до 20 кг. Диаметр бурового наконечника обычно не

превышает 46 мм, а глубина шпуров − 3 м (рис. 1.28). Из практики бу-

рения ручными электросвёрлами сменная производительность буриль-

щика по углю 80…120 м шпуров (максимальная − 250 м).

Ручные электросвёрла с принудительной (механической) подачей

применяются при бурении шпуров в породах с f = 3…5. Принудитель-

ная подача создаётся с помощью распорной колонки, установленной и

раскрепляемой у забоя. К ней прикрепляют конец стального каната диа-

метром 3 мм, второй конец которого закреплен на барабане, встроенном

в корпусе редуктора электросверла. При включении механической по-

дачи барабан, вращаясь, натягивает канат,

создавая дополнительное

усилие на буровую штангу и резец до 2,2 кН.

Ручные пневмосвёрла предназначены для бурения шпуров в усло-

виях, опасных по взрыву газа или пыли. Для бурения шпуров по углю и

слабым сланцам применяют ручные пневмосвёрла с приспособлением

для установки на пневмоподдержке. Свёрла СР-3М и СР-ЗБ имеют при-

способление

для бурения с промывкой.

Колонковые электросвёрла предназначены для бурения горизон-

тальных и наклонных шпуров в породах средней и выше средней крепо-

сти (f < 12), диаметром до 50 мм и глубиной до 5 м. Колонковые свёрла –

более мощные бурильные машины (масса 100…120 кг, мощность двига-

теля от 2,5 до 5 кВт). Их устанавливают на колонках, манипуляторах или

буровых каретках. Они состоят из двухскоростного электродвигателя,

редуктора, механизма ручного управления и автоматизированного по-

дающего устройства. Применяют винтовые (ЭДШ-2, ЭДП-20 и СЭК-1)

и гидравлические (ЭБГ, ЭБГП-1 и ЭБПЛ-2У5) механизмы подачи.

Схема работы электросвёрл следующая: асинхронный электродвига-

тель имеет две скорости с частотой вращения 24 и 48,3 с

–1

, работает от трёх-

фазного тока напряжением 380 В. Вращение шпинделю с патроном от элек-

тродвигателя передается через систему шестерен и втулку. Осевое усилие и

подача шпинделя назад в электросвёрлах с дифференциально-винтовой по-

дачей осуществляются за счёт гайки, промежуточного валика, шестерни и

кулачковой муфты. Гайка вращается быстрее шпинделя и заставляет его

вы-

двигаться вперед. Для подачи шпинделя назад оттягивают ручку, выводят

кулачковую муфту переключателя из зацепления. Вращение валика и гайки

прекращается, а шпиндель, продолжая вращаться, подается назад, так как

нарезка резьбы левая. Максимальная длина хода шпинделя 870 мм.

Таблица 1.11

Техническая характеристика электросвёрл

Тип ЭР14Д-2М ЭР18Д-2М ЭРП18Д-2М СЭГ-19М

Эффективная мощность элек-

тродвигателя, кВт

1 1,4 1,4 1,2

Сила тока, А 9,2 10,3 10,3 10,1

Частота вращения ротора, мин

-1

2760 2760 2760 700

Номинальный крутящий мо-

мент на шпинделе, Н·м

10,82 20,31 40,82 35

Основные размеры, мм:

длина 380 395 460 370

ширина 316 316 316 318

высота 248 248 248 300

Масса, кг 16,5 18 24,5 18

В электрическом буре ЭБГП-2У5 (с гидроподачей и перехватом) по-

сле углубки шпура на длину хода гидроподатчика (900 мм) раскрепляют

зажимной патрон и освобождают буровую штангу. Поршни с траверсой и

шпинделем подаются назад. Затем снова закрепляют зажимным патроном

штангу и продолжают бурение. Усилие подачи регулируется плавно в

диапазоне 0…15 кН на ходу. Производительность

бурения электрическим

буром на 20…25 % выше, чем при бурении электросверлом СЭК-1.

Электросверло с длинноходовым податчиком ЭДП-20 отличается

от ручных электросвёрл наличием механической подачи. Ход сверла на

податчике – 2 м. Применяются при бурении шпуров в мягких породах.

1.2.2. Колонковые свёрла

Колонковые свёрла являются более мощными буровыми машина-

ми с двигателем от 2,5 до 5 кВт. Применяются они при сверлении шпу-

ров диаметром до 50 мм, глубиной до 5 м в породах с f < 10.

Кинематические схемы основных конструкций колонковых элек-

тросвёрл приведены на рис. 1.29.

У свёрл с винтовой подачей (рис. 1.29, а) вращательное движение

от двигателя (6) через редуктор, имеющий шестерни z

, z

, двойную

шестерню z

, z

передаётся на вращательную втулку (1). Последняя со-

прягается с подающим винтом (2) с помощью трёх скользящих шпонок.

Подающий винт, получая вращательное движение, имеет свободу воз-

вратно-поступательного движения. На переднем конце винта имеется па-

трон (4) для крепления в нем бура. Подача и реверсирование винта с бу-

ром производится с помощью подающей гайки (3), получающей враща-

тельное движение через шестерни z

и z

от двойной шестерни z

–z

, сидя-

щей свободно на валике (5), через кулачковую муфту (7), сопрягающуюся

с валом с помощью скользящих шпонок и управляемую устройством (8).

У свёрл с гидравлической подачей (рис. 1.29, б) вращательное дви-

жение от электродвигателя (4) передается через редуктор на втулку (8) и

на шпиндель (7) с патроном (6) для крепления бура. Шпиндель имеет две

скорости вращения, включаемые с помощью реечного устройства (5) и

рукоятки. Подача и реверсирование шпинделя производится с помощью

гидравлического устройства, состоящего из поршня (10), шток которого

соединен со шпинделем, и неподвижного цилиндра (9).

Рис. 1.29. Кинематические схемы свёрл:

а – с винтовой подачей; б – с гидравлической подачей; в – с цепной подачей

Давление масла в гидросистеме создается с помощью гидронасоса (3),

работающего от двигателя (4), и регулируется клапаном (2). При питании

маслом задней полости цилиндра производится подача вперед, при питании

передней полости – реверсирование бура. Управление выполняется золотни-

ком (12). Масло закачивается из бачка (13) через фильтр (11). Заполнение

бачка производится через отверстие, закрываемое пробкой (1).

Томским электромеханическим заводом (ТЭМЗ) в содружестве с

кафедрой горных машин Томского политехнического института были

созданы и испытаны длинноходовые электросвёрла с увеличенным хо-

дом подачи, за счёт чего уменьшаются затраты времени на вспомога-

тельные операции. Длинноходовые электросверла типа ЛДС-2, ЭДП-14 и

ЭДП-20 по сравнению с серийными конструкциями показали увеличение

сменной скорости бурения пород с f = 4…6 в 1,5–2раза. Регулирование

числа оборотов шпинделя от 100 до 1000 об/мин производится рукояткой

(10) с помощью винтового устройства, раздвигающего и сближающего

шкив. При бурении машина монтируется на распорной колонке или раме.

При бурении шпуров в гидрошахтах, имеющих напорные гидрома-

гистрали, применяются свёрла с гидроприводом, представляющим собой

гидравлическую турбину. Вращательное движение турбины передается

патрону сверла через планетарный редуктор. Гидросвёрла имеют плавную

регулировку скорости вращения бура, бесшумны и безопасны в работе.

На угольных шахтах колонковые электросвёрла применяют для

бурения разведочных скважин глубиной до 50…60 м. При этом обыч-

ный спиральный бур заменяется легкими бурильными трубами диамет-

ром 33,5 мм и колонковым снарядом с кольцевой коронкой, армирован-

ной пластинками сплава ВК-8. Бурение ведётся с промывкой скважины

водой через сальник радиального типа, установленный на первой трубе,

закрепленной в патроне сверла.

Отечественные заводы серийно выпускают ручные и колонковые

электросвёрла мощностью от 1 до 5 кВт. Колонковые электросвёрла

имеют тенденцию дальнейшего увеличения мощности. Применение

гидравлических подающих механизмов и гидропередач вращательного

движения на шпиндель сверла создают возможность оптимизации ре-

жимов бурения и применения программного управления.

Увеличение мощности электросвёрл потребовало механизации и ав-

томатизации вспомогательных операций. Разработано несколько конст-

рукций манипуляторов для электросвёрл, устанавливаемых на ходовых

тележках погрузочных машин или на специальных самоходных тележках

(конструкция Гипрорудмаш). Подобные конструкции нашли применение

и в зарубежной горной практике (тележки фирмы «Секома Холмей» и др.).

1.2.3. Станки с гидравлической подачей

При разработке месторождений подземным и открытым способом

для бурения неглубоких взрывных скважин наиболее широкое примене-

ние нашли станки с гидравлической подачей, которая обеспечивает плав-

ность и любую скорость перемещения бурового снаряда при бурении, раз-

решает развивать осевое усилие до нескольких десятков тонн. Станки с

гидравлической подачей могут бурить любым типом бурового инструмен-

та – шарошечными долотами, долотами и коронками, армированными

твёрдым сплавом, алмазными и дробовыми коронками.

Для работы в подземных условиях буровые станки с гидравличе-

ской подачей находят применение при бурении разрезных, вентиляци-

онных и других скважин увеличенного диаметра.

На рис. 1.30 приведена кинематическая схема станка вращательного

бурения с гидравлической подачей для работы в подземных условиях.

Вращательное движение на буровые штанги (20) передается от двигателя

(11) через гибкую муфту (12), редуктор (13), вал (14), кулачковую муфту

(15), коническую зубчатую передачу z

; z

на вращающуюся втулку (16), с

которой подвижно, через скользящие шпонки сопрягается шпиндель (17).

В патроне (18), установленном на шпинделе, крепятся штанги (20) с буро-

вым сальником (9) несущие внизу долото (19).

Рис. 1.30. Кинематическая схема станка вращательного бурения

с гидравлической подачей

Подача осуществляется с помощью гидросистемы, состоящей из двух

цилиндров (5) с поршнями, штоки которых жестко крепятся в траверсе (7).

Последняя сопрягается со шпинделем через шарикоподшипниковый узел (8).

Давление масла в гидросистеме создается насосом (2), получаю-

щим вращение от двигателя (1), через систему маслопроводов (3, 6)

В зависимости от положения пробки крана 4 масло направляется в

верхнюю а или нижнюю b полости цилиндров, создавая соответствую-

щее движение шпинделя.

Рис. 1.31. Схема станка вращательного бурения с гидравлической подачей

на гусеничной ходовой платформе

Для облегчения спуско-подъёмных операций при бурении установле-

на лебёдка (10). Вращательное движение на барабан лебёдки передается от

двигателя (11) при переключении муфты (15) вправо через шестерни z

, z

и планетарный редуктор z

, z

. Оси сателлитов закреплены в корпусе ба-

рабана лебедки. При включении тормоза T

, тормозящего венцовую шестер-

ню планетарного редуктора, осуществляется вращение барабана. Тормоз Т

служит для притормаживания барабана при спуске бурового снаряда.

На открытых горных работах для бурения взрывных скважин

применяются несколько конструкций самоходных буровых станков с

гидравлической подачей. Технические характеристики станков враща-

тельного бурения СБШ-250, СБШ-320, СБШ-250МН даны в табл. 1.12.

На рис. 1.31 приведена принципиальная схема станка вращатель-

ного бурения с гидравлической подачей на гусеничной ходовой плат-

форме (13) для бурения в условиях открытых горных работ.

На раме, сваренной из стального швеллерного проката, размещает-

ся всё основное оборудование: компрессор (10), вырабатывающий сжа-

тый воздух для продувки скважины и очистки её от штыба; масляный на-

сос (9), создающий давление в гидросистеме станка, и пылеотсасываю-

щий агрегат (1), имеющий вентилятор и специальное пылегасящее уст-

ройство. К раме крепится стальная мачта, внутри которой находится дви-

гатель бурового механизма (7) с редуктором (6), буровой став, состоящий

из вала (4), передающего вращательное движение на рабочее долото (14),

и трубы (5), являющейся как бы кожухом вала. В нижней части мачты

размещён гидравлический подающий механизм, имеющий два гидравли-

ческих цилиндра (3). Концы штоков поршней (2) закреплены в корпусе

зажимного патрона (15), подающего буровой став вниз и вверх. На верху

мачты находится талевая грузоподъёмная система (8), работающая от ле-

бёдки (11). При бурении рама устанавливается на домкраты (12).

Таблица 1.12

Тип станков

Показатели

СБШ-250 СБШ-320

СБШ-

250МН

1 2 3 4

Диаметр скважины (долота), мм 243; 269 320 243; 269

Глубина бурения, м До 32 До 40 До 32

Габаритные размеры, м:

длина станка в рабочем положении 7,82 10,2 8,625

длина с опущенной мачтой

14,25 19,5 14,87

высота с поднятой мачтой

14,45 22,8 15,31

высота с опущенной мачтой

5,0 7,0 5,595

Масса, т

60 120 60

Скорость подачи, м/мин

0,75 7 1,0

лина подачи, м 8,0 17,8 8,0

Осевое усилие, тс 0…30 0…60 0…30

Скорость вращения долота, об/мин 81; 157 – 30…150

Обслуживающий персонал, чел 3 2 2

1.2.4. Станки с пневматической подачей

Станки вращательного бурения с пневматической подачей приме-

няются в подземных условиях, имеют малые габариты и легко разбира-

ются на отдельные транспортабельные узлы массой до 50 кг. Станки

этого типа работают при давлении сжатого воздуха до 0,6…0,7 МПа и

развивают сравнительно небольшие усилия подачи, обычно не превы-

шающие 1 тс. Пневматические станки эксплуатируются с твёрдосплав-

ными и алмазными долотами и коронками. При бурении вниз можно

применять дробовой снаряд и шарошечные долота. В последнем случае

увеличение нагрузки на шарошечное долото достигается за счёт приме-

нения утяжеленных штанг (утяжеленный низ колонны штанг). Горная

порода, разрушаемая при бурении, удаляется при помощи промывки

водой и продувки воздухом. В последнем случае обязательно примене-

ние пылеподавляющих средств.

Буровые станки с пневматической подачей изготовляются с высо-

кой точностью, поэтому для сохранения их работоспособности требуется

качественная и непрерывная смазка всех трущихся пар машин. Примене-

ние вместо гидравлических подающих механизмов, расходующих доро-

гостоящее масло, механизмов, работающих на сжатом воздухе, экономи-

чески выгодно. Намечено применение пневматических подающих меха-

низмов, работающих при значительно более высоких давлениях воздуха.

1.2.5. Станки с винтовой подачей

Станки вращательного бурения с винтовой (дифференциально-

винтовой) подачей применяются в основном на подземных горных ра-

ботах. Особенно широкое распространение они имеют в горнорудной

промышленности США и Швеции. Легкие станки с винтовой подачей

развивают осевое усилие до 1…2 т. Бурение этими станками ведётся в

основном твёрдосплавными коронками, армированными сплавами ВК-6

или ВК-8 и алмазными коронками. Более тяжёлые буровые станки с

винтовой подачей развивают осевое усилие до 3…5 т. Удаление разбу-

ренной породы производится промывкой скважины водой или продув-

кой сжатым воздухом. Винтовая подача является наиболее надёжной,

обеспечивает жёсткое прижатие бурового инструмента к забою скважи-

ны, за счёт чего относительный износ рабочих лезвий долота меньше,

чем при других видах подачи.

1.2.6. Станки с кремальерной подачей

Станки вращательного бурения с кремальерной подачей (немеха-

низирована и приводится в движение вручную) применяются в основ-

ном в шахтных условиях. Осевое усилие, развиваемое кремальерной