lukyanov-взрывные работы

Для бурения скважин на подземных и открытых горных разработках применяются станки вращательного бурения, работающие в основном на электрической, реже на пневматической энергии. Большинство конструкций изготовляются самоходными.

В зависимости от рабочих качеств бурового инструмента вращательный способ бурения применяется в различных горно-геологических условиях. Практикой установлено, что буровой инструмент с коронкой и долотами стальными – калёными или наваренными твёрдыми сплавами – обеспечивает удовлетворительные показатели при бурении горных пород с коэффициентом крепости f < 2. Коронки, армированные пластинками 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 бурении 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 бурить только скважины, направленные вниз, не нашло широкого применения 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 изготовляются вращательные электрические, пневматические и гидравлические свёрла. Практикой установлено, что удовлетворительные техникоэкономические показатели можно получить при сверлении пород с коэффициентом крепости f < 6…8 и при этом не имеющих включений и прослоек более крепких пород. Свёрла получили наибольшее распространение на буровых работах при разработке угольных и соляных месторождений. Попытки внедрить электросвёрла на шахтах, разрабатывающих металлические руды, не имели успеха. Последнее объясняется тем, что даже мягкие руды неоднородны и часто имеют крепкие прослойки.

71

Более широкое распространение имеют свёрла с электрическим приводом.

Для бурения шпуров диаметром до 46 мм и глубиной до 2 м применяются 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 машинами, имеющими три основных узла: двигатель, редуктор и рабочий буровой 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; z1–z4 – шестерни

Ведутся работы, направленные на усовершенствование конструкции и повышение эксплуатационных показателей горнобуровых свёрл. Предложены конструкции вращательно-вибрационных свёрл, у которых

72

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 воздействия на бурильщика, ручки, за которые удерживается сверло при бурении, крепятся к рамке, соединяющейся с корпусом, через амортизирующий узел.

В породах мягких и средней крепости применяются ручные электросвёрла массой до 20 кг. Диаметр бурового наконечника обычно не превышает 46 мм, а глубина шпуров − 3 м (рис. 1.28). Из практики бурения ручными электросвёрлами сменная производительность бурильщика 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. Принудительная подача создаётся с помощью распорной колонки, установленной и раскрепляемой у забоя. К ней прикрепляют конец стального каната диаметром 3 мм, второй конец которого закреплен на барабане, встроенном в корпусе редуктора электросверла. При включении механической подачи барабан, вращаясь, натягивает канат, создавая дополнительное усилие на буровую штангу и резец до 2,2 кН.

Ручные пневмосвёрла предназначены для бурения шпуров в условиях, 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 приспособление для бурения с промывкой.

Колонковые электросвёрла предназначены для бурения горизонтальных и наклонных шпуров в породах средней и выше средней крепости (f < 12), диаметром до 50 мм и глубиной до 5 м. Колонковые свёрла – более мощные бурильные машины (масса 100…120 кг, мощность двигателя 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 подающего 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 электродвигатель имеет две скорости с частотой вращения 24 и 48,3 с–1, работает от трёхфазного тока напряжением 380 В. Вращение шпинделю с патроном от электродвигателя передается через систему шестерен и втулку. Осевое усилие и подача шпинделя назад в электросвёрлах с дифференциально-винтовой подачей осуществляются за счёт гайки, промежуточного валика, шестерни и кулачковой муфты. Гайка вращается быстрее шпинделя и заставляет его выдвигаться вперед. Для подачи шпинделя назад оттягивают ручку, выводят

73

кулачковую муфту переключателя из зацепления. Вращение валика и гайки прекращается, а шпиндель, продолжая вращаться, подается назад, так как нарезкарезьбылевая. Максимальнаядлинаходашпинделя870 мм.

Таблица 1.11

Техническая характеристика электросвёрл

	Тип	ЭР14Д-2М	ЭР18Д-2М	ЭРП18Д-2М	СЭГ-19М
	Эффективная мощность элек-	1	1,4	1,4	1,2
	тродвигателя, кВт
	Сила тока, А	9,2	10,3	10,3	10,1
	Частота вращения ротора, мин-1	2760	2760	2760	700
	Номинальный крутящий мо-	10,82	20,31	40,82	35
	мент на шпинделе, Н·м
	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) после 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 машинами с двигателем от 2,5 до 5 кВт. Применяются они при сверлении шпуров диаметром до 50 мм, глубиной до 5 м в породах с f < 10.

Кинематические схемы основных конструкций колонковых электросвёрл приведены на рис. 1.29.

У свёрл с винтовой подачей (рис. 1.29, а) вращательное движение от двигателя (6) через редуктор, имеющий шестерни z1, z2, z3, двойную шестерню z4, z5, z6 передаётся на вращательную втулку (1). Последняя со-

74

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 патрон (4) для крепления в нем бура. Подача и реверсирование винта с буром производится с помощью подающей гайки (3), получающей вращательное движение через шестерни z7 и z8 от двойной шестерни z4–z5, сидящей свободно на валике (5), через кулачковую муфту (7), сопрягающуюся

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

Усвёрл с гидравлической подачей (рис. 1.29, б) вращательное движение 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

75

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 золотником (12). Масло закачивается из бачка (13) через фильтр (11). Заполнение бачкапроизводитсячерезотверстие, закрываемоепробкой(1).

Томским электромеханическим заводом (ТЭМЗ) в содружестве с кафедрой горных машин Томского политехнического института были созданы и испытаны длинноходовые электросвёрла с увеличенным ходом подачи, за счёт чего уменьшаются затраты времени на вспомогательные 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 гидромагистрали, 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 обычный спиральный бур заменяется легкими бурильными трубами диаметром 33,5 мм и колонковым снарядом с кольцевой коронкой, армированной 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 режимов бурения и применения программного управления.

Увеличение мощности электросвёрл потребовало механизации и автоматизации вспомогательных операций. Разработано несколько конструкций 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.).

76

1.2.3. Станки с гидравлической подачей

При разработке месторождений подземным и открытым способом для бурения неглубоких взрывных скважин наиболее широкое применение нашли станки с гидравлической подачей, которая обеспечивает плавность и любую скорость перемещения бурового снаряда при бурении, разрешает развивать осевое усилие до нескольких десятков тонн. Станки с гидравлической подачей могут бурить любым типом бурового инструмента – шарошечными долотами, долотами и коронками, армированными твёрдым сплавом, алмазными и дробовыми коронками.

Для работы в подземных условиях буровые станки с гидравлической подачей находят применение при бурении разрезных, вентиляционных 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 z5; z 6 на вращающуюся втулку (16), с которой подвижно, через скользящие шпонки сопрягается шпиндель (17). В патроне (18), установленном на шпинделе, крепятся штанги (20) с буровым сальником (9) несущие внизу долото (19).

Рис. 1.30. Кинематическая схема станка вращательного бурения с гидравлической подачей

77

Подача осуществляется с помощью гидросистемы, состоящей из двух цилиндров (5) с поршнями, штоки которых жестко крепятся в траверсе (7). Последняясопрягаетсясошпинделемчерезшарикоподшипниковыйузел(8).

Давление масла в гидросистеме создается насосом (2), получающим 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 соответствующее движение шпинделя.

Рис. 1.31. Схема станка вращательного бурения с гидравлической подачей на гусеничной ходовой платформе

Для облегчения спуско-подъёмных операций при бурении установлена лебёдка (10). Вращательное движение на барабан лебёдки передается от двигателя (11) при переключении муфты (15) вправо через шестерни z7, z8, z9 и планетарный редуктор z10, z11, z12. Оси сателлитов закреплены в корпусе барабана лебедки. При включении тормоза T1, тормозящего венцовую шестерню планетарного редуктора, осуществляется вращение барабана. Тормоз Т2 служитдляпритормаживаниябарабанаприспускебуровогоснаряда.

78

На открытых горных работах для бурения взрывных скважин применяются несколько конструкций самоходных буровых станков с гидравлической подачей. Технические характеристики станков вращательного бурения СБШ-250, СБШ-320, СБШ-250МН даны в табл. 1.12.

На рис. 1.31 приведена принципиальная схема станка вращательного бурения с гидравлической подачей на гусеничной ходовой платформе (13) для бурения в условиях открытых горных работ.

На раме, сваренной из стального швеллерного проката, размещается всё основное оборудование: компрессор (10), вырабатывающий сжатый воздух для продувки скважины и очистки её от штыба; масляный насос (9), создающий давление в гидросистеме станка, и пылеотсасывающий агрегат (1), имеющий вентилятор и специальное пылегасящее устройство. К раме крепится стальная мачта, внутри которой находится двигатель 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 гидравлических 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 лебёдки (11). При бурении рама устанавливается на домкраты (12).

			Таблица1.12
Показатели		Тип станков
	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
Длина 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

79

1.2.4. Станки с пневматической подачей

Станки вращательного бурения с пневматической подачей применяются в подземных условиях, имеют малые габариты и легко разбираются 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 превышающие 1 тс. Пневматические станки эксплуатируются с твёрдосплавными 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 применения утяжеленных штанг (утяжеленный низ колонны штанг). Горная порода, разрушаемая при бурении, удаляется при помощи промывки водой и продувки воздухом. В последнем случае обязательно применение пылеподавляющих средств.

Буровые станки с пневматической подачей изготовляются с высокой точностью, поэтому для сохранения их работоспособности требуется качественная и непрерывная смазка всех трущихся пар машин. Применение вместо гидравлических подающих механизмов, расходующих дорогостоящее масло, механизмов, работающих на сжатом воздухе, экономически выгодно. Намечено применение пневматических подающих механизмов, работающих при значительно более высоких давлениях воздуха.

1.2.5. Станки с винтовой подачей

Станки вращательного бурения с винтовой (дифференциальновинтовой) подачей применяются в основном на подземных горных работах. 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 разбуренной породы производится промывкой скважины водой или продувкой сжатым воздухом. Винтовая подача является наиболее надёжной, обеспечивает жёсткое прижатие бурового инструмента к забою скважины, 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 (немеханизирована и приводится в движение вручную) применяются в основном в шахтных условиях. Осевое усилие, развиваемое кремальерной

80