Повышение эффективности бурения шпуров при проведении горизонтальны.-1
.pdfПЕРИДИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ Кафедра технологии i кошиексяой механизации
добычи полезных ископаемых
Лыхин П.А.
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ БУРЕНИЯ ШПУРОВ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ
ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК
Часть I
Издание 2-е, переработанное
Учебное пособие по курсу "Технология и комплексная механизация проведения и крепления горных выработок”
для специальности 0202 и 0201
Редахционно«иэдательокий отдел ПЛИ
Пермь • 1971
В В Е Д Е Н И Е
Буровзрывной способ проведения горных выработок - наиболее распространен как в угольной, так и в горнорудной промышленности. До. объему проходческих работ наибольший процент составляют гори* зонтальные выработки. Сечение горизонтальных выработок может быть
самое |
разнообразное, |
но в |
горной промышленности преобладают выра |
|
ботки |
сечением 8 |
-12 м г . |
Так, в горнорудной промышленности сече |
|
ние выработок от |
5 до |
1 0 ^ 2 составляет 60-70$?, а на выработки се |
чением от 10 до 15м2 приходится 20-30# всех выработок. Выработки большего сечения составляют незначительный процент.
Для проведения горных выработок применяются конструкции бу рильных машин, основанные на д*рех принципах бурения: вращатель ном, ударно-поворотном и вращательно-ударном.
Ударно-поворотные бурильные машины (перфораторы) применяют ся для бурения шпуров и врубовых скважин преимущественно неболь шого диаметра (75-80а/ат ) , а вращательные (электросверла) и вра- щательно-дарные бурильные машины используются для бурения сква жин диаметром до 300 мм.
В угольных шахтах, где в забоях по условиям безопасности нельзя использовать электроэнергию, применяются пневматические сверла (СПР-П, СПРП-15^1, С-ЗП и д р .).
В машинах вращательно-ударного типа используются два прин ципа: ударный и вращательный. Вращение штанги сопровождается частнали ударами инструмента о породу, при этом съем породней стружки облегчается, истирание инструмента при значительных осе вых усилиях подачи относительно уменьшается. Все это в опреде ленных условиях дает возможность в несколько раз повысить ско рость бурения.
Выбор типа машины зависит от горно-геологических условий проведения выработки и ее сечения. Технолог должен выбирать ма
шину, исходя из условий наибольшей производительности, которую она может обеспечить, и наименьшей стоимости бурения. Предпочте ние должно отдаваться машинам, обеспечивающим наибольшее облег чение условий труда рабочего и возможности автоматизации буре ния [ 3 ] .
Производительность бурения зависит от мЬогих*факторов:
1) мощности машины и ее конструктивных особенностей, а также конструктивных особенностей установочных приспособлений,соответст вия параметрических данных машин горно-геологическим условиям и се
чению выработки; 2) организации процесса бурения шпуров, подбора инструментов,
подвода энергии для бурения, успешного применения различных прие мов, способствующих уменьшению времени вспомогательных и подгото вительно-заключительных операций при бурении.
6 зависимости от влияния этих факторов различают теоретичес кую и техническую производительность бурильной машины.
Под теоретической понимают произвортельность, которую обес печивает машина при принятых стандартных условиях в процессе ее работы (бурения одного шпура).
Под технической понимают производительность машины с учетом организационных перерывов в работе, нестандартных условий бурения. Она определяет в конечном итоге время бурения, производительность бурильщика и стоимость I и шпура или с&важины. Техническая произ води тельнось машины обычно значительно меньше теоретической.
Эффективность использования различных машин на шахтах и руд никах может служить одним иб основных критериев при выборе типа машины и целесообразности осуществления различных мер, приводящих к повышению производительности труда проходчика.
Ъхим образом, решая вопросы выбора бурильных машин, техно лог должен учитывать:
1)снижение времени буреция и повышение производительности труда проходчика;
2)снижение стоимости процеса бурения;
3)облегчение условий труда и обеспечение возможностей авто матизации бурения.
- 5 - 1„ Конструктивные особенности бурильных наши
и повышение производительности труда бурильщика
Сверла. Для бурения шпуров в относительно некрепких породах
и по углю обычно применяются электросверла• Они делятся |
на |
руч |
||||
ные |
и колонковые. |
|
|
|
|
|
|
Ручные |
электросверла (табл .1) |
успешно применяются для |
буре |
||
ния |
пород с |
коэффициентом крепости |
не более 3-4 |
Для |
бурения |
более крепких пород наиболее распространены |
колонковые |
сверла |
типа ЭБКЭЕК*»2м, ЗБК-2В (таб л .2 ). Основной |
недостаток |
конструк |
ции сверл типа ЭЩ заключается в том, что в |
процессе'бурения ма |
шину нельзя настраивать на оптимальные режимы, соответствующие условиям бурения. Заводская настройка обеспечивает скорость по дачи 180-аЮ мм/мин j тогда как в ряде случаев мощность двигателя
сверла позволяет |
доводить |
скорость подачи до 800-1200 мм/мин. |
||
|
|
|
|
Таблица I |
Технические |
данные рудных сверл |
|
||
Цодель |
Мощность |
Скорость |
Вес, кг |
Н е т , |
двигате |
вращения |
|||
|
ля, к б т у |
шпинделя, |
|
руб. |
|
л.С |
об/мин |
|
|
|
Электрические |
|
|
|
ЭР-14ДЦ |
1 .0 |
860 |
16,0 |
55,0 |
ЭР-18ДМ |
М |
640 |
17,0 |
59,0 |
ЭРП»18Ди |
I . * |
300 |
23,0 |
79,0 |
СПР-19М |
1 .0 |
340 |
18,0 |
51,3 |
СЭГЮ*900 |
1 .0 |
900 |
14,0 |
- |
СЭПО*700/1200 |
1,0 |
700 и 1200 |
15,5 |
|
СЭГ12-900 |
1 .2 |
900 |
16,0 |
- |
СЭГ16-900 |
1.6 |
900 |
18,0 |
- |
сэг- i a u i o |
1 .2 |
350 |
21,5 |
- |
СЭГ-16М110 |
1.6 |
350 |
23,5 |
- |
|
Пневматические |
13,5 |
86,0 |
|
СР-3 |
3 .5 |
365 |
||
СР-ЗМ |
3 .5 |
365 |
15,8 |
90,0 |
СР-ЗБ |
3 ,5 |
'675 |
12,0 |
120,0 |
СПР2,5 |
2 .5 |
600-80С |
12,0 |
- |
х) Автором здесь и далее |
используется |
шкала проф.М.М. Протодьяко- |
||
нова. |
|
|
|
|
Технические данные колонковых сверл |
|
Таблица 2 |
|||
|
|
||||
Показатели |
|
|
Марки сверл |
|
|
|
ЭБГ-Г СЭК-1 ЭБК-2В ЭБГП-1 |
||||
|
|
||||
Вес»/сг |
|
НО |
112 |
120 |
DO |
Мощность электродвигателя,кбт. |
3 ,0 |
3,6 |
2 .7 |
4,0 |
|
Число оборотов |
шпинделя» мин |
340 |
305 |
2$7 |
320 |
Скорость'подачи |
шпинделя, мм/мин |
2000 |
2500 |
- |
1400 |
Максимальная величина подачи, |
900 |
87С |
360 |
2,2 |
|
Максимальное осевое усилие, кг |
1500 |
1500 |
600 |
1600 |
|
Осевые размеры, мм : |
1245 |
1640 |
1503 |
1675 |
|
|
|
||||
|
ширина |
420 |
422 |
388 |
400 |
|
выоота |
370 |
407 |
378 |
395 |
Оптовая цена, руб» |
400 |
219 |
175 |
DC |
|
В сверлах с гидравлической |
подачей |
обеспечивается |
бесступен |
чатое регулирование усилия и скорости подачи бурового инструмента при бурении» За счет регулирования усилия подачи в период бурения чистая скорость такими сверлами в среднем в 3-4 раза больше ско рости бурения сверлами ЭБК.
Большое влияние на производительность бурения оказывает ве личина подачи, связанная также с конструктивными особенностями сверл» Конструктивным недостатком сверла ЭБГ и сверл‘с механичес кой подачей является небольшая величина подачи (900мм ) . При бу рении шпуров глубиной больше 2м требуется несколько раз перезакрепитъ штангу в патроне шпинделя» Это увеличивает затраты време ни на вспомогательные операции и снижает производительность труда (при бурении сверлами ЭБК производительность труда повыша ется не в 3-4 раза» а только в 1,5-2 р аза).
Наибольший интерес для технолога представляют длинноходовые сверла» устанавливаемые на податчиках с величиной подачи ка пол
ную длину шпура» или сверла специальной конструкции» как напри мер» сверла ЭБГП-1.
х) Напряжение 380-600нЬт..
В сверле ЭБГП- I специальная конструкция шпинделя с траверсой позволяет осуществлять перехват штанги, помещенной внутри полого шпинделя, и бурить шпур на глубину 2 ,2 м одной штангой.
Применение длинноходовых податчиков и сверл ЭБГП- I повышает использование сверла во времени (отношение чистого* времени буре ния к общему, включая вспомогательные и подготовительно-заключи
тельные операции) в |
среднем с 0,3 до 0 ,4 3 . |
Таким образом, |
наибольшую производительность бурения обеспе |
чивают сверла с 'Гидравлической подачей и длинноходовыми податчи ками на полную глубину шпура.
Сверла применяются обычно в породах с коэффициентом крепос ти до 6-8.
Электросверла имеют ряд преимуществ перед перфораторами (де шевая электрическая энергия, более постоянная скорость бурения при увеличении глубины шпуров, высокий к .п .д . машины и д р .) . Од нако недостаточная стойкость бурового инструмента препятствует резкому увеличению скорости бурения сверлами в крепких породах. Поэтому скорость вращения сверл вынужденно применяется относи тельно небольшой и скорость бурения в крепких породах значитель но меньше, -чем при использовании перфораторов.
Перфораторы. Для бурения шпуров в- крепких породах наибольшее распространение имеют ударно-поворотные пневматические машины - перфораторы. Они также выпускаются ручные и колонковые (табл .З ).
Большинство марок ручных перфораторов, изготавливаемых нашей промышленностью, имеют повышенное (до 2600) число ударов поршня в минуту. Производительность таких машин в породах с коэффициен том крепости до 10-12 в 1,5 -2 раза выше, чем с числом ударов до 2000. Перфораторы с повышенным числом ударов широко используются при скоростных проходках выработок. Они применялись на Миргалим-
сайском руднике, где был установлен мировой рекорд проведения выра боток в крепких породах.
Однако при работе они сильно вибрируют и создают шум, что от рицательно влияет на здоровье бурильщика. Поэтому перфораторы с повышенным числом ударов поршня рекомендуется применять с вибро гасителями.
Колонковые перфораторы (КС-50) обладают наиболее.высокой энергией удара поршня, более производительны в крепких породах, чем ручные, но требуют при бурении наличия специальных установоч ных приспособлений.
Тип папины Длина, |
Вес, |
мм |
кг |
|
|
|
|
|
|
|
Таблица |
3 |
Технические данные перфораторов |
|
|
|
|
||||
Диаметр Л>д Число Живая. Макси |
Расход |
Хвосто |
Способ |
Опто |
||||
поршня, |
пор- |
ударов |
сила |
маль |
воздуха |
вик бу |
очистки |
вая |
мм |
шня, |
поршня удара, |
ный кру |
(при |
ра, |
шпуров |
цена, |
|
|
М М |
в мин. |
К Г М |
тящий |
5 am ), |
мм |
|
ру^ |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
момент, |
м /мин |
|
|
|
кг/см
ПР-19 |
627 |
23 |
68 |
50 |
1850 |
м |
120 |
2 .5 |
- |
Промывка |
- |
||
25x108 |
и - |
||||||||||||
ПР-22 |
635 |
24,5 |
72 |
52 |
1850 |
5 .5 |
150 |
2,8 |
Промывка |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
продувка |
|
||
ПР-24ЛУ |
610 |
24 |
85 |
35 |
2600 |
5 .0 |
200 |
3 .5 |
25x108 |
То же |
47,5 |
||
ПР-24ДУБ |
670 |
24 |
85 |
35 |
2600 |
5 .0 |
200 |
Г . |
25x108 |
Промывка |
47,5 |
||
|
|||||||||||||
ЦР0-24Л |
610 |
26 |
85 |
35 |
2600 |
5 .0 |
200 |
3 .5 |
25x108 |
Пылеотсос |
69,0 |
||
ар-зол |
650 |
31 |
70 |
- |
1650 |
5,8 |
135 |
2,8 |
25x108 |
Промывка |
- |
||
КС-50 |
720 |
50 |
90 |
- |
* 1570 |
S .0 |
235 |
4 5 |
- |
То |
же |
230,0 |
|
ПТ-36 |
1421 |
47 |
100 |
51 |
2700 |
S .0 |
240 |
- |
525 |
То |
же |
- |
|
ПТ-29 |
1430 |
38 |
76 |
62 |
2500 |
5 .0 |
210 |
- |
525 |
То |
же |
- |
Машины работают на пневмоили электроэнергии. Конструируют ся они как возимые (переносные или самоходные). Возимые машины устанавливаются на тележках или салазках. Самоходные машины имеют 'гусеничный или пневмоход.
Все машины приспособлены для проведения горизонтальных или слабонаклонных выработок.
В практике известны примеры использования для бурения сква жин большего диаметра серийных машин, предназначенных для бурения шпуров.
Машины вращательного типа для бурения скважин в качестве вру ба конструировались в различных странах.
В Советском Союзе для бурения скважин применялись машины вра щательного типа БОС. Они предназначались для бурения опережающих скважин диаметром до 500мм по породам с коэффициентом крепости не более 6 (табл .4).
|
Таблица 4 |
Технические данные машины БОС |
|
Показатели |
Величина показателя |
Диаметр скважины, м- |
0,215 до 0,500 |
Скорость вращения шпинделяьо$/мин |
Ю и 60 |
Подача шпинделя |
. Винтовая дифференциальная |
Величида подачи, м м /о 5 |
0,001 |
Максимальное усилие подачи, кг |
25000 |
Наибольший ход шпинделя,м |
0,800 |
Скорость холостого х од а.л ?//^* |
0,500 и 1,000 |
Мощность привода, |
32 |
Машина испытана при участии автора в забоях Березниковского калийного комбината. Испытания показали, что конструкция машины далеко несовершенна. При бурении в мягких породах тратится много времени на подготовительно-заключительные и вспомогательные on e-^ рации (особенно при диаметре скважины 500 мм ) ,
Будние скважины длиной более 15-20 Л7 , как выяснилось, не целесообразно, скважина значительно отклоняется от своего перво начального направления и бурение вруба на нее становится затруднительнш.
- I I -
За рубежом для бурения по соли и мягким породам сконструиро* ван ряд самоходных машин* Самоходная буровая каретка конструкции
Зальцгиттер-Машинен А-6 имеет двигатель |
мощностью 13 к б т |
и бурит |
||
скважину диаметром 420 л?л7. |
|
|
|
|
Машина Топалл также самоходная* Она предназначена для буре |
||||
ния скважин диаметром 800/w и глубиной |
2,8 м при проходке |
подго |
||
товительных выработок |
по руде* |
Общий вес |
машины 20 т , длина 6 м |
|
ширина 2,7 м и выота |
2,2 м % |
|
|
|
Легкие бурильные машины, |
предназначенные для бурения шпуров |
и скважин небольшого диаметра, применялись в Советском Союзе и
ГДР для |
бурения скважин |
диаметром 160-165лIM . При этом |
использо |
вались |
электросверла типа ЭБК на распорных колонках* |
|
|
В последнее время |
для бурения скважин и шпуров все |
чаще ста |
ли конструировать комплексные машины* На калийном руднике Фридриххалл (ФРГ) для бурения шпуров при проведении штреков применя ется дизель-алектрическая буровая каретка на резиновом ходу с двумя колонками* При сечении штреков 9x3*5м с ее помощью бурятся две расположенных одна над другой врубовые скважины диаметром 0,380 л? и 60 шпуров. Бурение производится сплошными штангами дли ной 3,83 п с коронками диаметром 400м ц . Производительность бу рения при обуривании трех забоев за смену составляет 500-600 м шпуров*
Для бурения скважин при проходке могут также использоваться пневмоударники*
2* Установочные приспособления
Повышение производительности труда любыми машинами неотдели мо от успешного применения различных механизмов для установки бу рильных машин.
Ручные перфораторы устанавливаются на пневмоподдержках* а колонковые на каретках и навесных приспособлениях.
Пневмоподдержки должны удовлетворять многим требованиям: раз вивать необходимое осевое усилие; иметь достаточный, ход подачи и надежное соединение с перфоратором, плавное регулирование подачи
сжатого воздуха. |
^ |
Нашими заводами выпускаются пневмоподдержки |
различных типов |