Реферат: Бурильные машины § классификация бурильных машин и способов бурения

БУРИЛЬНЫЕ МАШИНЫ

§ 1. КЛАССИФИКАЦИЯ БУРИЛЬНЫХ МАШИН И СПОСОБОВ БУРЕНИЯ

По назначению бурильные машины делятся на машины для образования шпуров по углю и горным породам и для проведения скважин различного назначения — разведочных, сбоечных, венти­ляционных, дренажных, дегазационных и др.

Шпурами принято называть цилиндрические полости, выполнен­ные в горной породе, глубиной до 5 м при диаметре до 75 мм. Шпу­ры большего диаметра называют скважинами, а длиной более 5 м — глубокими скважинами.

Бурильные машины, кроме того, классифицируют по способу разрушения горной породы, роду потребляемой энергии.

По первому признаку их подразделяют на машины с механиче­ским, физическим и комбинированным способами разрушения породы, по роду потребляемой энергии — на электрические, пнев­матические, гидравлические и комбинированные.

При механическом способе разрушения осуществляется непо­средственное воздействие специального бурового инструмента на разрушаемую породу. К этому способу относят ударно-поворот­ное, вращательное, ударно-вращательное и вращательно-ударное бурение.

При физическом способе разрушения на породу воздействуют газами, жидкостями, электрическим током, теплом или другими видами энергоносителя. К этому способу относят огневое (терми­ческое), взрывное, ультразвуковое, гидравлическое и электро­гидравлическое бурение.

При комбинированном способе разрушения на породу воздей­ствуют с помощью механического и физического способов одно­временно.

Ударно-поворотное бурение (рис. IV.34, а) характеризуется тем, что клиновидный инструмент внедряется в породу под дей­ствием кратковременной, но значительной по величине ударной нагрузки Fyд, направленной по оси инструмента. При этом осе­вое усилие прижатия инструмента Foc очень мало и обеспечивает только контакт инструмента с породой в момент удара. Крутящий момент MKР также очень мал. После каждого удара вследствие упругости породы и инструмента последний отскакивает от забоя и поворачивается механизмом поворота на некоторый угол β (рис. IV.35), обычно равный 10—20°. Под действием ударной на­грузки происходит разрушение породы под действием бура (бо­розды 1—1, 2—2 и 3—3) глубиной h и скалывание ее под действием горизонтальной составляющей F6:

,

где α = 90 ÷120° – угол заострения бура.

Разрушенную породу удаляют из шпура или скважины про­мывкой, продувкой или другим способами. Основное достоинство ударно-поворотного бурения — возможность бурить породы кре­постью f = 6 ÷ 20.

С помощью бурильных молотков (перфораторов) бурят шпуры и скважины диаметром 20—150 мм и глубиной до 12 м и более, а станками ударно-канатного бурения — скважины диаметром до 300 мм и глубиной до 40 м и более.

К недостаткам ударно-поворотного бурения следует отнести периодичность воздействия инструмента на породу, причем время, затрачиваемое на удар, в десятки раз меньше времени на движение инструмента по направлению к забою, отскок и поворот. Кроме того, для ударно-поворотного бурения характерны значительные пылеобразование, шум и вибрация при работе.

^ Вращательное бурение (рис. IV.34, б) характеризуется тем, что резец под воздействием осевого усилия подачи F,,c и крутя­щего момента МКР движется поступательно на забой, отделяя по винтовой линии срез толщиной h. Ударные нагрузки при этом от­сутствуют. Разрушение породы может осуществляться резанием, смятием и раздавливанием. Удаление продуктов бурения из шпура или скважины производится с помощью витых штанг или шнеков, сжатого воздуха и воды.

К бурильным машинам вращательного действия относятся ручные и телескопные сверла, бурильные станки, длинноходовые бурильные машины вращательного действия, буросбоечные и буро-шнековые машины. Область их применения — малоабразивные породы с коэффициентом крепости до f = 6 ÷ 8, а при оснащении рабочего инструмента алмазами — крепкие и очень крепкие по­роды (f >10).

При вращательном бурении различают бурение сплошным забоем, когда порода разрушается по всей его площади, и кольце­вым забоем, когда в центре забоя шпура (скважины) остается колонка (керн) неразрушенной породы. Преимущества вращатель­ного бурения: непрерывность процесса, обеспечивающая высокую производительность; разрушение породы крупным срезом, что уменьшает пылеобразование и





удельные энергозатраты; отсутствие вибрации машин при работе. К недостаткам следует отнести огра­ниченную область применения по крепости горных пород.

^ Ударно-вращательное бурение (рис. IV.34, в) можно рассма­тривать как ударное с непрерывным вращением инструмента. Разрушение породы происходит под действием большой ударной нагрузки Fуд, передаваемой клиновидному инструменту (долоту), постоянно прижатому к забою с относительно небольшим осевым усилием Fоc при непрерывном вращении инструмента под воздей­ствием небольшого крутящего момента Мкр, достаточного для того, чтобы производить зачистку шпура (или скважины) от разру­шенной породы и срезать небольшую часть ее, слабо связанную с массивом.

Этот способ бурения реализован в буровых агрегатах, приме­няемых в рудной промышленности при бурении скважин диаме­тром 85—150 мм и глубиной до 70 м в крепких и абразивных поро­дах (f = 8 ÷20).

^ Вращательно-ударное бурение (рис. IV.34, г). Разрушение породы происходит под воздействием значительных по величине осевой нагрузки Foc, ударной Fyjr, а также крутящего момента МКР. При таком сочетании усилий основная часть энергии затрачивается на разрушение породы резанием, а ударная нагрузка увеличивает глубину внедрения резца. Область применения — неабразивные породы с коэффициентом крепости f = 6 ÷ 14.

Этот способ бурения реализован в основном на тяжелых буриль­ных машинах для бурения шпуров и скважин диаметром до 100 мм.

^ Огневой (термический) способ бурения из всех физических способов получил наибольшее распространение и применяется для прожигания скважин диаметром до 300 мм и глубиной до 30 м. Разрушение породы происходит за счет термонапряжений, воз­никающих при ее нагреве высокотемпературными газовыми стру­ями (2000—2500 °С), вылетающими из сопел горелки со скоростью до 2000 м/с. Под действием этих напряжений тонкий слой породы растрескивается и под механическим воздействием газовых струй разрушается на мелкие частицы, которые транспортируются из скважин паро-газовой смесью. Наиболее эффективной областью применения являются породы, имеющие кремнистое основание, или породы с низким коэффициентом теплопроводности, которые растрескиваются раньше, чем начинается их плавление.

^ Ультразвуковой способ бурения основывается на принципе совместного воздействия на горную породу высокочастотных уль­тразвуковых колебаний, накладываемых на инструмент, и кавитационного эффекта промывочной жидкости.

^ Гидравлический способ бурения основан на действии струй воды небольшого диаметра (0,8—1 мм), подаваемой на забой под высоким давлением (до 200 МПа) и со сверхзвуковой скоростью.

^ Электрогидравлический способ бурения осуществляется пода­чей высокого напряжения на контакты электрической цепи, рас­положенные на забое скважины, заполненной водой. При этом происходит пробой межэлектродного промежутка с образованием газового канала в месте пробоя. Давление в искровом канале в за­висимости от параметров разрядного контура достигает 600–1500 МПа. Расположение искрового канала в непосредственной близости от породы приводит к ее разрушению.

Ультразвуковой, гидравлические и электрогидравлический спо­собы бурения в настоящее время находятся в стадии теоретических и экспериментальных исследований и в промышленности не при­меняются.

К физическому способу относится также взрывобурение, ко­торое может осуществляться с помощью патронов жидких или твердых взрывчатых веществ, а также струйным способом.

В первом случае в промывочному жидкость, циркулирующую по спущенным до забоя скважины трубам, с определенной частотой подаются патроны с жидким или твердым ВВ, взрывающиеся от удара в забой. Во втором случае по специальным трубкам из емкостей к дозирующим приспособлениям забойного взрывобура поступают жидкие компоненты ВВ (горючее и окислитель), ко­торые затем подаются на забой и с помощью инициатора (сплава калия и натрия) взрываются.

Взрывобурение в настоящее время находится в стадии проверки.

^ Термомеханическое бурение относится к комбинированному способу разрушения горной породы. Сущность способа заклю­чается в том, что с помощью высокотемпературных газовых струй в поверхностном слое забоя скважины создается предварительное напряженное состояние, благодаря которому значительно облег­чается последующее разрушение породы механическим воздей­ствием (шарошечным долотом или другим буровым инструментом). Производительность станков термомеханического бурения на 30— 50% выше по сравнению с чисто шарошечным бурением.


^ МАШИНЫ УДАРНО-ПОВОРОТНОГО БУРЕНИЯ

Машины ударно-поворотного бурения предназначены для бу­рения шпуров диаметром до 52 мм и глубиной до 5 м и скважин диаметром до 150 мм в породах средней крепости и крепких.

К машинам ударно-поворотного бурения относят бурильные молотки (перфораторы) и станки ударно-канатного бурения.

Бурильные молотки классифицируют:

по виду потребляемой энергии — на пневматические, электри­ческие и гидравлические;

по способу удаления буровой мелочи из шпура или сква­жины — с промывкой, продувкой и отсасыванием;

по частоте ударов – обычного типа и быстроударные (соответ­ственно до 2000 ударов в минуту и более);

по способу воздухораспределения – с клапанным, золотнико­вым, самораспределением и комбинированным распределением воздуха;

по способу установки и поддержания молотка при бурении – на ручные, колонковые и телескопные.

Помимо этого, различают обычные молотки, располагаемые вне шпура или скважины, и входящие в скважину (погружные молотки), а по массе условно различают легкие, средние и тя­желые молотки. При этом к средним относят ручные молотки мас­сой 20–25 кг, колонковые – 40–50 кг, телескопные – 35–45 кг и погружные 20–30 кг.

При бурении ручные перфораторы массой не более 12,5 кг держат в руках, а при большей массе устанавливают на специаль­ных приспособлениях – пневмоподдержках. Телескопные перфо­раторы оборудуют пневматическими поддерживающими и подаю­щими телескопными механизмами. Колонковые перфораторы — наиболее тяжелые, и для бурения их монтируют на винтовых рас­порных колонках, манипуляторах или буровых каретках, осна­щенных автоматическими подающими механизмами – автоподатчиками. Погружные перфораторы входят непосредственно в вы­буриваемую скважину и крепятся на конце штанги, закрепляемой в патроне подающего механизма.

В общем случае бурильный молоток состоит из корпуса и смон­тированного в нем ударно-поворотного механизма, воздухораспре­делительного устройства, механизма управления и устройства для очистки шпуров (скважин) от буровой мелочи.

Корпус ручного перфоратора, в свою очередь, состоит из голов­ки ^ 1 (рис. IV.36), цилиндра 4 с направляющей втулкой 8 и пат­рона 9 с буродержателем 11. Ударно-поворотный механизм служит для нанесения ударов по буровому инструменту и его поворота. Он состоит из поршня-ударника 7 с поворотной гайкой 13, поворот­ного винта 6 с храповым устройством 5, поворотной буксы 10 и гранбуксы 12. Воздухораспределительное устройство 3 пред­назначено для попеременной подачи сжатого



Рис. IV.36. Ручной перфоратор ПР19



Рис. IV.37. Буровые коронки


воздуха в наружную или заднюю полость цилиндра перфоратора. Механизм управле­ния смонтирован в головке перфоратора и состоит из пускового крана 14 с рукояткой. Устройство 2 служит для выноса буровой мелочи и подавления пыли. Сущность работы перфоратора за­ключается в том, что сжатый воздух с помощью воздухораспредели­тельного устройства подается попеременно в правую или левую полость цилиндра, обеспечивая возвратно-поступательное дви­жение поршню-ударнику 7.

При движении вперед (рабочий ход) поршень-ударник наносит удар по буровому инструменту ^ 15, а при обратном (холостом) ходе поворачивается на некоторый угол вокруг винта 6, поворачи­вая через буксу 10 и гранбуксу 12 буровой инструмент.

Рабочий инструмент. В качестве рабочего инструмента при ударно-поворотном бурении применяют буры или буровые штанги с головками или буровыми коронками. При этом буры могут быть цельными и составными.

Выбор типа бура и коронок определяется физико-механиче­скими свойствами породы и условиями бурения.

Наиболее широкое распространение в горной промышленности получили однодолотные и крестовые коронки, применяемые со­ответственно для бурения однородных монолитных и трещинова­тых пород. Соединение коронок и буров осуществляется за счет конусности с углом наклона 3° 30' или резьбы. Комплект коронок для бурения подбирают таким образом, чтобы каждая следующая Коронка имела диаметр на 1—3 мм меньше, чем предыдущий.

Буровая коронка состоит из корпуса / (рис. IV.37, а), который изготовляется из стали У7А или У8А и армируется твердым спла­вом ^ 2 в виде пластинок или штырей. Для промывки шпура ко­ронка имеет отверстие 3. Лезвие коронки затачивается под углом заострения 90—120°.

Долотчатые коронки (рис. IV.37, а, б) для перфораторного бурения обычно имеют диаметр D, равный 32—65 мм, а кресто­вые — до 85 мм.

Крестовые коронки (рис. IV.37, в—д) обычно выполняют с центральным отверстием для промывки.

Коронки с опережающим лезвием (рис. IV.37, ё) используют для бурения скважин тяжелыми колонковыми и телескопными, а также погружными перфораторами.


§ 3. МАШИНЫ ВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ

При вращательном бурении разрушение горной породы проис­ходит спиральными слоями за счет постоянного сообщения буро­вому инструменту осевого усилия подачи и крутящего момента.

К машинам вращательного бурения относят: ручные и колон­ковые сверла, применяемые в основном для бурения шпуров по углю и породам ниже средней и средней крепости, станки для бу­рения разведочных и взрывных скважин по породам любой кре­пости и гезенкобурильные и сбоечные машины. Последние при­меняют для бурения подземных вертикальных и наклонных выра­боток диаметром 1000—1500 мм по мягким и средней крепости по­родам.

Современные ручные сверла подразделяют:

по способу подачи бурового инструмента на забой — на сверла с ручной и механической подачей;

по роду потребляемой энергии — на электрические (соответст­венно подаче типа ЭР или СЭР или ЭМ), пневматические (СПР и СПМ) и гидравлические (СГР);

по типу управления — на сверла с непосредственным управле­нием и дистанционным (Д).

^ Ручное электрическое сверло (рис. IV.38) состоит из электродви­гателя, редуктора, выключателя и механизма подачи (если он

имеется).

Сверла с принудительной подачей могут применяться как для работы непосредственно с рук, так и с установкой их на поддерж­ках или легких распорных колонках.

Принципиальное отличие ручных сверл с принудительной пода­чей от обычных заключается в устройстве дополнительного бара­бана, на который наматывается с определенным тяговым усилием трос, создающий усилие подачи сверла на забой. Например, в свер­ле СРП-2 барабан подачи 14 (см. рис. IV.38) приводится во вра­щение с помощью дополнительной червячной передачи 12 и ци­линдрической пары 10—11. Переключением шлицевой муфты 8 можно получить две скорости вращения шпинделя 9. Крутящий момент при этом будет передаваться от двигателя 1 через зубчатые передачи 2—3 и 5—4 или 2—3 и 7—6. Передаточное отношение редукторов подбирается с таким расчетом, чтобы частота вращения буровой штанги находилась в пределах 300—900 мин"1.

В сверлах предусмотрена возможность замены зубчатых пере­дач 2—3 для изменения частоты вращения коронки. Одновременно с вращением вала шпинделя вращаются шестерни 10—11, которые через червячную передачу 12 подсоединяются к малым дискам фрик­ционной муфты 15. Барабан подачи 14 связан с большими дис­ками фрикционной муфты и предназначен для наматывания троса 13 с крюком 17. Вращением штурвала 16, оборудованного резьбо­вым соединением, можно через пружину изменять усилие, сжимаю­щее диски фрикционной муфты и тем самым регулировать вели­чины передаваемых крутящего момента и тягового усилия на тросе. Электродвигатели ручных горных сверл должны иметь малую массу при сравнительно большой мощности и быть взрывобезопас-ными для применения в шахтах, опасных по газу или пыли. На­пряжение тока электродвигателей составляет 127 В.

^ Колонковые сверла, как имеющие большую массу и значитель­ное усилие подачи, устанавливают на распорной колонке. Подача бурового инструмента на забой осуществляется выдвижением шпинделя неподвижного ^сверла.

Колонковые сверла подразделяют на два типа: с гидравличе­ской и механической подачей шпинделя. Они предназначены для бурения шпуров в углях и породах с коэффициентом крепости / < 8.

Для установки колонковых сверл используют колонки, кото­рые раскрепляются в выработке распорным винтом.

Механические вращательные бурильные машины являются очень тяжелыми, поэтому их устанавливают на гидравлических манипуляторах бурильных установок или погрузочных машин.

^ Буровые машины основаны на применении мощных буровых головок, выполняющих функции вращателя. Кроме того, приводы вращателя и податчика разделены, что дает возможность обеспе­чить независимость их работы и получить на исполнительном ор­гане большие крутящие моменты и осевые усилия, необходимые для бурения крепких пород.

В кинематической схеме длинноходового электрического сверла ДЭС4 (рис. IV.39) обозначены: вращатель / с электродвигателем ^ 10, автоподатчик с люнетами 6 для поддержания буровых штанг 8 с резцом 9. Податчик крепится на манипуляторах с помощью крон­штейна 7 и состоит из рамы 4 с направляющими для каретки уд­воителя подачи 15, гидроцилиндров 2 подачи и 3 распора со што­ком 5, упирающимся в забой. Подача буровой головки и создание осевого усилия на буровой штанге осуществляются гидроцилин­дром 2, шарнирно прикрепленным к раме податчика и оборудо­ванным на конце штока двумя звездочками 13, входящими в за­цепление с двумя цепями 12 удвоителя хода подачи. Цепи обра­зуют замкнутый контур на каретке удвоителя подачи 15 и прикреп­лены с одной стороны к кронштейну 14 рамы податчика и с дру­гой стороны — к основанию 11 буровой головки. Такая кон-­



Рис. IV.38. Электрическое ручное сверло СРП2: а — кинематическая схема; б — общин вид



Рис. 1V.39. Кинематическая схема длинноходового элек­трического сверла ДЭС4

Рис. 1V.40. Рабочий инстру­мент машин вращательного бурения




струкция позволяет удваивать величину подачи по сравнению с ходом штока гидроцилиндра до 3,5 м при осевом усилии 10 кН. Скорость подачи при рабочем и холостом ходах достигает соответ­ственно 3,2 и 6 м/мин.

^ Рабочий инструмент. В качестве рабочего инструмента машин вращательного бурения применяют витые или сплошные буровые штанги и резцы. Буровая штанга состоит из хвостовика 1 (рис. IV.40, а), тела 2 буровой штанги, головки 3 с отверстием для закрепления резца 4 и крепежного штифта 5.

Съемные буровые резцы (рис. IV.40, б—г) состоят из корпуса 2, хвостовика 3 и перьев /, заканчивающихся режущими лезвиями. Буровые резцы двух основных типов: РУ (рис. IV.40, в) и РП (рис. IV.4), г) соответственно для бурения по углю и породе армируют пластинками 4 из твердого сплава ВК-6, ВК-8или ВК-8В.

^ МАШИНЫ УДАРНО-ВРАЩАТЕЛЬНОГО И ВРАЩАТЕЛЬНО-УДАРНОГО БУРЕНИЯ

Машины ударно-вращательного и вращательно-ударного бу­рения предназначены для бурения шпуров и скважин в породах средней крепости и крепких. Бурение этими машинами основано на комбинированном способе разрушения породы, объединяющем основные свойства ударного и вращательного воздействия на по­роду. При этом внедрение бурового инструмента в породу проис­ходит в основном под действием удара, а лучшему скалыванию или срезанию породы способствует значительный крутящий момент, непрерывно прикладываемый к буровому инструменту мощным вращателем. Благодаря этому появляется возможность значи­тельно уменьшить усилие подачи по сравнению с вращательным режимом бурения, что уменьшает истирание бурового инструмента при одновременном увеличении скорости бурения по сравнению с ударно-поворотным бурением. В зависимости от крепости по­роды основной объем разрушения может происходить как под дей­ствием удара, так и благодаря вращению инструмента. Соответ­ственно преобладанию затрат энергии на основное разрушение и принято различать ударно-вращательное и вращательно-ударное бурение.

Машины вращательно-ударного и ударно-вращательного бу­рения состоят из независимо работающих ударного и вращательного механизмов, смонтированных п одним корпуса или в разных. Основной отличительной чертой машин ударно-вращательного действия является наличие специально сконструированного по­гружного ударного механизма – пневмоударника, уходящего в; скважину вместе с буровой коронкой и обеспечивающего ей внедрение в породу в основном за счет ударов. Машины вращательно-ударного бурения оборудуют ударным механизмом, остаю­щимся вместе с вращателем вне скважины. При этом ударный ме­ханизм выполняет вспомогательные функции относительно основ­ного вращательного механизма.

В большинстве ударно-вращательных и вращательно-ударных буровых машин ударные механизмы используют пневматическую энергию, а вращательные и подающие–пневматическую, элек­трическую или гидравлическую. Основными преимуществами ударно-вращательных буровых машин являются сохранение энер­гии удара на буровой коронке независимо от глубины скважины и возможность приложения к буровому инструменту большого кру­тящего момента. Машины вращательно-ударного действия соз­дают буровому инструменту высокий крутящий момент, однако поворот бура у них не согласован с движением поршня-ударника. Поэтому машины ударно-вращательного действия обычно приме­няют для бурения глубоких скважин, а машины вращательно-ударного действия – для бурения неглубоких эксплуатационных скважин или шпуров.

^ Машины ударно-вращательного бурения. При ударно-враща­тельном бурении буровой машиной является погружной ппевмо-ударник, которому через штанги передаются вращение и подача м на забой от установленных вне скважины вращателя и податчика. По ГОСТ 13879–73 погружные пневмоударники выпускают четырех основных типоразмеров соответственно для бурения сква­жин диаметром 105, 125, 160 и 200 мм с ударной мощностью не менее 2,2; 3,1; 4,3 и 5,8 кВт при давлении сжатого воздуха 0,5 МПа.

Первые два типоразмера пневмоударников рассчитаны на бу­рение пород с коэффициентом крепости f = 6÷20, а другие два – с коэффициентом крепости f = 12÷20 при расходе воздуха на 1 кВт не более 2,3 м3/мин. Частота ударов в минуту составляет 1700—2500.

Рассмотрим конструкцию и принцип работы машины ударно-вращательного действия на примере пневмоударника П1-75 (рис. 41, а). Он состоит из цилиндра 2, в котором перемещается поршень 3, передней головки 5, в которую вставляется буровая коронка 4, закрепляемая шпонкой 6, и задней головки 1. Воздухо-распределение в пневмоударниках осуществляется так же, как в перфораторах. В пневмоударнике П1-75 применено, например, самораспределение сжатого воздуха поршнем. При холостом ходе поршня 3 сжатый воздух поступает через заднюю головку и ка­налы 12 в переднюю полость 13 цилиндра. Из задней полости 7 цилиндра в это же время происходит выхлоп по проточке 11 и выхлопным отверстиям 10. При рабочем ходе поршня впуск сжа­того воздуха в заднюю полость цилиндра происходит по каналам 9, в то время как из передней полости происходит выхлоп.

Продувка скважин осуществляется отработанным воздухом через продувочный канал 8.

В качестве бурового инструмента пневмоударников наиболь­шее распространение получили долотчатые, крестовые и трехлег* вийные буровые коронки с опережающим лезвием (рис. IV.41, б).

^ Машины вращательно-ударного бурения применяются в основ­ном для бурения шпуров и скважин при проведении выработок большого сечения. Основной отличительной чертой этих машин является большой крутящий момент, развиваемый специальным вращателем, работающим независимо от ударного механизма, но смонтированным в одном корпусе с ним.

Комплект из бурильной машины и автоподатчика называют бурильными установками. Эти машины классифицируют на отдель­ные группы по следующим признакам:



Рис. IV.4). Пневмоударник П1-75 (а) с трехлезвийной буропой коронкой (б)


по частоте ударов — с частотой ударов в минуту 5000—7000 и 2500—4000;

по энергии удара — с энергией до 50 Дж и 60—80 Дж;

по числу скоростей привода вращателя — одно-, двух- и трех-скоростные;

по конструкции привода подачи — с автоматическим регули­рованием осевого усилия и без регулирования последнего.

Остальные параметры вращательно-ударных бурильных ма­шин обычно следующие: давление сжатого воздуха 0,4—0,6 МПа, расход воздуха 10—14 м3/мин, диаметр коронки 42 мм, длина шпура до 4 м; способ очистки и рас­ход промывочной жидкости практически одинаковы во всех конструкциях.

Вращательно-ударные машины со­стоят из следующих основных частей: бурильной головки, механизма подачи, штанги и буровой коронки. Например, бурильная машина БУ1 (рис. IV.42) состоит из пневматического двигателя /, редуктора подачи 2, клапана 3, крана концевого выключателя 4, бурильной головки 5, подвижного люнета 6, рас­порного домкрата 7, буровой штанги 8 и буровой коронки 9. Бурильная го­ловка 5 перемещается с помощью ме­ханизма подачи по направляющей балке и производит бурение шпура на задан­ную глубину, после чего автоматическим или ручным включением механизма по­дачи на обратный ход отводится в на­чальное положение.

Вода к бурильному инструменту подводится через муфту боковой про­мывки.

Подвижной люнет ^ 6 служит для под­держания прямолинейности штанги 8 в процессе бурения шпура.

Масса бурильных установок вместе с ходовым колесным или гусеничным оборудованием составляет 2—3 т.

В качестве рабочего инструмента применяют коронки, аналогичные ко­ронкам для перфоратора и имеющие несимметричную заточку. При этом для бурения пород мягких и ниже средней крепости передний угол у заточки лез­вия принимается равным 10—15°, а для крепких пород — 20—25°. Угол заточки задней грани р = 45 ч-60°.

Основными параметрами бурильных машин этой группы являются энергия единичного удара, число ударов за один оборот бурового инструмента, частота вращения и величина усилия подачи бурового инструмента.

При этом особое значение имеет пра­вильный выбор энергии единичного уда­ра, которая должна быть достаточна для обеспечения объемного разрушения породы. Так, для пород с коэф­фициентом крепости/= 10-г-12и/= 14-1-16 энергию единичного удара рекомендуется принимать равной соответственно 40—50 и 70—80 Дж. При увеличении коэффициента крепости породы более 12 рекомендуется увеличивать частоту ударов на один оборот бурового инструмента с 20 до 30, а величину усилия по­дачи уменьшать с 12 до 8 кН.

При уменьшении крепости породы основное внедрение инстру­мента и объемное разрушение породы происходят под действием крутящего момента и осевого усилия, а ударная нагрузка носит лишь вспомогательный характер.

Теория работы и основы расчета ударного механизма в машинах ударно-вращательного и вращательно-ударного бурения анало­гичны описанным для перфораторного (ударно-поворотного) бу­рения (см. § 2 гл. 3).

^ ЭКСПЛУАТАЦИЯ БУРИЛЬНЫХ МАШИН

Высокопроизводительная безаварийная работа бурильных ма­шин может быть достигнута лишь при наиболее полном соответ­ствии горным условиям конструктивного типа, вспомогательного оборудования, технической исправности оборудования, соблюде­нии правил эксплуатации и техники безопасности.

Буровая машина обслуживается двумя рабочими. После того как она установлена в выработке под заданным углом наклона и надежно укреплена распорными домкратами, приступают к ее опробованию вхолостую. Перед этим проверяют правильность установки пылеуловителя и оросительного устройства. Перед бу­рением необходимо убедиться, что все вращающиеся части машины надежно закрыты ограждениями.

При забуривании следует избегать слишком больших подач и частоты вращения бурового инструмента во избежание искривле­ния скважины. Особое внимание следует уделять правильности направления бурового инструмента. По мере углубления шпура или скважины можно увеличивать скорость подачи и осевое уси­лие, выбирая при этом оптимальный режим бурения.

Для соблюдения прямолинейности скважины необходимо: производить бурение исправным инструментом; следить за каче­ственной заточкой резцов; правильно устанавливать и надежно закреплять машину; ставить вслед за коронкой опорный фонарь. Разность диаметров коронки и опорного фонаря не должна пре­вышать 3—4 мм.

В случае обрыва буровой штанги или ее зависания в скважине работа должна производиться с соблюдением особых мер предо­сторожности. Во избежание несчастных случаев при внезапном обрыве штанги не следует находиться против устья скважины.

Чтобы исключить зажим бурового става в скважине, не сле­дует прерывать бурение. При бурении скважин в пластах, опасных по внезапным выбросам угля или газа, применяют специаль­ные меры предосторожности.

При работе с перфораторами следует особое внимание уделять борьбе с пылью, образующейся при бурении. Подавление пыли наиболее успешно осуществляется промывкой шпура водой или смачивающими растворами, а также отсасыванием пыли. Пита­ние промывочной жидкостью наиболее удобно производить от шахтной водопроводной сети.

Работа перфораторов сопровождается значительными шумом и вибрацией. Для борьбы с шумом нужно использовать индиви­дуальные средства защиты типа наушников, а для уменьшения воздействия вибрации — оборудовать перфораторы виброгася-щими рукоятками.

Высокопроизводительная безаварийная работа бурильных ма­шин, уменьшение износа и повышение работоспособности деталей в значительной мере зависят от ухода за ними, строгого соблюде­ния правил эксплуатации и своевременного осмотра, промывки, ремонта и смазки.

^ ОТБОЙНЫЕ МОЛОТКИ

§ 1. НАЗНАЧЕНИЕ, ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ, УСТРОЙСТВО

Пневматический отбойный молоток представляет собой руч­ной инструмент ударного действия, который используется при работе как клин и рычаг. Его исполнительный орган (пика) вне­дряется в уголь (или породу), отделяя его от массива.

Отбойные молотки используют главным образом при разработке крутых пластов в сложных горно-геологических условиях, когда невозможно применить другие, более эффективные средства меха­низации – комбайны и струги. Кроме того, они находят при­менение при разработке некрепких сланцев, руд, при строитель­ных и вспомогательных работах.

Пневматические отбойные молотки изготовляются Томским электромеханическим заводом им. В. В. Вахрушева. Их техниче­ская характеристика дана в табл. IV.9. Рабочее давление воздуха в молотках принято 0,5 МПа.

Проведены большие работы по типизации и унификации основ­ных узлов и деталей пневматических отбойных молотков. Исклю­чение составляют только стволы и ударники, имеющие разные раз­меры, однако их диаметры тоже унифицированы. Дальнейшее со­вершенствование отбойных молотков ведется в направлении по­вышения их производительности, экономичности, надежности в работе, а также улучшения условии труда рабочего при их применении: уменьшения отдачи, вибрации, шума, пылеобразования.

^ Электрические отбойные молотки в подземных условиях не получили применения из-за меньшей производительности, надеж­ности и большей массы, чем у пневматических отбойных молотков. Некоторое применение они имеют на поверхности шахт при строи­тельных и других работах.

^ Пневматический отбойный молоток МО39 (рис. IV.43) состоит из исполнительного органа – пики, удерживающей ее пружины 16, ствола 11с промежуточным звеном 4, внутри которых расположен воздухораспределительный и ударный механизмы, рукояти / с виброгасящнм устройством.

Сжатый воздух подводится к молотку но гибкому рукаву, который присоединяется с помощью ниппеля 22, штуцера 20 и гайки 21. Для предотвращения самоотвертывания штуцера уста­навливается пружинная шайба 19. Рукав имеет диаметр 16 мм и длину не более 12 м.

Ударный механизм состоит из ствола с запрессованными в него буксой ^ 15 и перемычкой ствола 14 и ударника 12. Ударный меха­низм предназначен для преобразования энергии сжатого воздуха в механическую работу движущегося ударника, который наносит удары по хвостовику пики.

^ Воздухораспределительный механизм состоит из клапанной коробки 6 с кол^ ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Способ механизации горных работ, при котором все или основная часть операций технологического процесса осуще­ствляется за счет энергии движущегося потока воды, называет­ся гидромеханизацией.

Впервые подземный гидравлический способ добычи угля был разработан и осуществлен группой советских инженеров и уче­ных под руководством В. С. Мучника. Опытные работы по раз­рушению угля напорной струей воды и транспортированию угольной гидросмеси проводились в 1936–1937 гг. на Урале. В послевоенные годы развернулись также работы по гидрораз­мыву и гидротранспортированию в отвалы вскрышных пород на карьерах.

При гидравлической добыче применяются гидравлический, механогидравлический и взрывогидравлический способы разру­шения полезного ископаемого.

При гидравлическом способе вода высоконапорным насосом по водоводу подается к гидромонитору, из насадки которого выбрасывается струя воды под большим давлением (до 16 МПа), которая разрушает некрепкий уголь и некрепкие по­роды.

Размытые уголь или порода образуют вместе с водой гидросмесь, которая транспортируется самотеком по металли­ческим желобам (или по почве) с уклоном не менее 0,05 к ка­мере гидроподъема (думпфу). При этом соотношение твердой. (Т) и жидкой (Ж) фаз по объему, называемое консистенцией гидросмеси, составляет обычно 1/4–1/10.

Гидроподъем угля из неглубоких шахт производится углесо­сами, а из глубоких (более 400 м) –эрлифтами. Затем по тру­бопроводам гидросмесь поступает на обогатительную фабрику. Отработанная вода из обогатительной фабрики поступает в си­стему отстойников, а из них – в резервуар осветленной техни­ческой воды. Благодаря этому вода используется многократна в замкнутом цикле. Потери воды периодически компенсируются из шахтного водопровода или путем естественного притока шахтных вод.

На открытых горных работах гидросмесь из зумпфа перека­чивается по трубам грунтонасосами (землесосами) к месту укладки – гидроотвалу.

При отстаивании в гидроотвале вода отделяется от породы, осветляется и подается к насосной станции для повторного ис­пользования.

Горная порода разрушается потоком воды, притекающим к всасывающей трубе, и при разработке забоя плавучим земле­сосным снарядом (землесосом).

Преимущества гидромеханизации, благодаря которым она получила распространение в горном деле при подземной и от­крытой разработках полезных ископаемых: высокая производи­тельность труда; возможность попутного обогащения полезного ископаемого; относительная простота и малооперационность технологического процесса; отсутствие пылеобразования; низкаяс стоимость и малые размеры оборудования.

Механогидравлический способ предусматривает разрушение угля или некрепкой породы механическим способом (исполни­тельными органами механогидравлических комбайнов), а смыв разрушенной горной массы из забоя — водой, подводимой к ком­байну при давлении около 5 МПа. Механогидравлический спо­соб получил распространение при выемке крепких углей, когда использовать гидромониторы нецелесообразно. К этому способу можно отнести выемку пород на открытых работах землесос