Бурильные машины. Проходческие комбайны. Очистные и проходческие комплексы и агрегаты

     Шахтная бурильная установка (рис. 3.25) состоит  из следующих основных функциональных узлов: бурильной головки 7, податчнка 2, манипулятора 3, пульта управления 4, верхних тележек 5 и гусеничного хода 6. Производители шахтных бурильных установок обычно стремятся унифицировать присоединительные элементы основных функциональных узлов различного конструктивного исполнения, что значительно расширяет область применения конкретного типоразмера буровой установки. 

     Рис. 3.25. Шахтная бурильная установка  СБУ-2М 

     Габаритные параметры шахтных бурильных установок зависят от размеров проводимых горных выработок и определяются типоразмерным рядом, установленным соответствующим ГОСТом. ГОСТ регламентирует шесть типоразмеров бурильных установок с зоной бурения от 2x2,2 м до 10x9,4 м. Первые три типоразмера шахтных буровых установок применяют обычно при проведении подготовительных выработок, а три последних применяют на очистных работах в рудных шахтах, при строительстве железнодорожных и гидротехнических тоннелей. 

1.5. Буровые станки

     Буровые станки для бурения глубоких скважин  получили широкое распространение  при подземной добыче полезных ископаемых. При подземной добыче более половины всей добываемой руды в странах СНГ отделяется от массива с помощью скважинных зарядов. На рудных шахтах буровые станки используются не только для бурения взрывных скважин на очистных работах, но и для бурения различных технологических скважин (дренажных, вентиляционных, для транспортирования закладочного материала и др.).

     Буровые станки применяются также для  бурения скважин различного назначения и технологических выработок на угольных шахтах. Специфика горно-геологических и горнотехнологических условий угольных шахт требует использования принципиально отличных по конструкции буровых станков. 

1.5.1. Станки для бурения скважин на рудных шахтах

     Буровые станки можно классифицировать по типу механизма перемещения: несамоходные и самоходные, которые, в свою очередь, можно подразделить на пневмоколесные и гусеничные.

     К шахтным буровым станкам предъявляются  следующие требования: они должны быть маневренны и транспортабельны по выработкам; отвечать требованиям  техники безопасности и санитарным нормам по пыли, шуму, вибрации и освещенности забоя; обеспечивать надежное раскрепление податчика в горной выработке и не допускать его произвольного раскрепления (снижения усилия распора); выдерживать заданное направление бурения (в пределах допустимого) на всю глубину скважины; иметь механизм наращивания и свинчивания буровых штанг; легко и быстро разбираться на транспортабельные узлы, а сами узлы должны иметь высокую ремонтопригодность.

     На  подземных рудниках СНГ применяется  большое количество буровых станков различных конструкций отечественног о и зарубежного производства. Объясняется это чрезвычайно большим разнообразием горно-геологических условий залегания полезных ископаемых и, следовательно, систем разработок. Несмотря на это, шахтные буровые станки являются узкоспециализированными станками и оснащаются более простыми в конструктивном исполнении манипуляторами. Податчики буровых станков по конструкции аналогичны податчикам шахтных буровых установок, но имеют меньшую длину хода и более высокие усилия подачи.

     Скважины  диаметром до 90 мм и глубиной до 30 м в подземных условиях обычно бурят пневматическими или гидравлическими  перфораторами. Скважины большего диаметра и глубины бурят станками с погружным пневмоударником. Небольшой объем бурения скважин диаметром 145-190 мм выполняется шарошечными станками.

     До  настоящего времени на отечественных  рудных шахтах еще достаточно широко применяются несамоходные буровые станки с погружным пневмоударником, вошедшие в практику горных работ в 50-60-х годах прошлого века. Типичным представителем таких станков является буровой агрегат НКР-10ОМА (модификация МПА с пневмоприводом). 

Рис. 3.32. Агрегат буровой НКР10ОМА в забое 

     Став  буровых штанг служит для крепления  пневмоударника и передачи ему вращательного и поступательног о движения от станка, а также для подвода воздушно-водяной смеси к пнев м оуд арнику.

     В отечественной практике пневмоударники пока все еще работают при давлении сжатого воздуха 0,5.. .0,6 МПа, а то время как за рубежом уже несколько десятилетий пневмоударники работают на давлениях 1,75...2,5 МПа, что позволяет в несколько раз увеличить производительность и значительно снизить стоимость буровых работ. Объясняется такое отставание отсутствием производства отечественной промышленностью передвижных дожимных компрессорных установок на соответствующее давление для горной промышленности.

     В последние десятилетия на рудных шахтах большинства зарубежных стран  широко внедряется самоходная буровая техника, производство которой в России практически отсутствует.

     Для бурения кругового веера скважин  большого диаметра (от 105 до 165 мм) на глубину  до 180 м фирма «Ингерсолл Рэнд» (США) предлагает компактный самоходный буровой станок СММ-2 (рис. 3.33). Базой этого станка является гусеничный механизм хода 2, имеющий раздельный гидравлический привод гусениц мощностью 10,4 кВт. Гидронасос механизма перемещения приводится в действие пневмодвигателем радиально-поршневого типа, питающегося от шахтной пневмосети давлением 0,62 МПа. В задней части станка размещены гидростанция с пультом управления гусеничным ходом 1 и сидение машиниста.

     В передней части бурового станка на поперечной оси крепятся кронштейн (кулиса) 5, на котором смонтирован  вращатель, поворачивающий ось податчика 6 на угол 360°. Два гидроцилиндра 3 осуществляют перевод податчика из транспортного положения в рабочее и поворачивают податчик на угол 20°, что дает возможность бурить скважины «под себя». На сварной раме податчика 10 находится вращатель 8, который перемещается но раме податчика телескопическим гидроцилиндром с двойной раздвижностью.

     В нижней части податчика расположен гидроключ для удержания бурового става при осуществлении спуско-подъемных операций и центратор 12, который точно центрирует по оси буримой скважины пневмоударник. При бурении вниз рама податчика надвигается на почву выработки гидроцилиндром 7 и фиксируется башмаком 13. Раскрепление податчика в кровлю выработки производится двумя гидродомкратами 9, расположенными по бокам рамы податчика. При изменении направления бурения места раскреиления податчика меняются местами. 

Рис. 3.33. Буровой станок СММ-2 

     Управление  процессом бурения осуществляется дистанционно с пульта 11, а можно и с стационарного пульта 4. Буровой станок СММ-2 имеет компактную конструкцию, что позволяет в большинстве случаев спускать его в шахту без демонтажа. Этот буровой станок имеет также высокую технологическую скорость бурения - от 8 (при давлении сжатого воздуха в сети 0,5 МПа) до 40 м/ч (при работе с дожимным компрессором и давлении 2,5 МПа). 

1.5.2. Станки для бурения скважин на угольных шахтах

     Бурение скважин в угольных шахтах характеризуется  своей спецификой, связанной с  высокой скоростью бурения, слабой устойчивостью пород, работой в  действующих выработках во взрывоопасной  среде и др. Скважины бурятся обычно по углю или породам средней крепости (f<8), поэтому на всех станках реализуется вращательный способ бурения.

     Буровые станки можно подразделить по следующим  классификационным признакам:

• по назначению - для бурения дегазационных, нагнетательных, разгрузочных и др. скважин диаметром до 150 мм и глубиной до 100 м; для бурения технологических скважин диаметром до 1500 мм для перепуска угля, прокладки кабелей и трубопроводов, вентиляции и т. п.;
• по виду энергоносителя - на электрические, пневматические и гидравлические;
• по конструктивной схеме самого станка - с неподвижным вращателем и выдвижным шпинделем и с подвижным вращателем;
• по массе - на легкие (до 1000 кг) и тяжелые (свыше 1000 кг).

     В настоящее время все буровые  станки для угольных шахт являются несамоходными, с гидравлическим механизмом подачи бурового става на забой и  дистанционным управлением. Однако дистанционное управление полностью  не решает проблем безопасности обслуживающего персонала, так как операция наращивания бурового става пока не механизирована.

     На  рис. 3.37 представлен буровой станок БГА-2М, который предназначен для  бурения скважин по углю любой  крепости, включая породные прослойки  мощностью до 0,2 м и крепостью до f = 5. Станок смонтирован на станине 8, к которой крепится двухскоростной редуктор- вращатель 9 с электродвигателем 1 Две параллельные трубчатые направляющие 3 крепятся в расточках редуктора. Для установки буровых штанг имеется буровой замок 4, траверса которого перемещается по трубчатым направляющим 3. В верхней части трубчатых направляющих имеется подхват 2 для удержания бурового става в момент наращивания или разборки его. Поворот станка в вертикальной плоскости относительно его рамы осуществляется гидроцилиндром 6, а окончательная фиксация станка в нужном положении производится винтовыми стяжками 7. Подача бурового замка с траверсой на забой и холостой ход осуществляются двумя гидроцилиндрами 5. Питание гидросистемы станка производится от автономной насосной станции. 
 
 

Рис. 3.37. Буровой станок БГА-2М 

1.6. Перспективы развития буровой техники

       Буровзрывной способ отделения крепких горных пород от массива в настоящее время является основным, и таким он останется и в ближайшем будущем, пока не будут предложены новые, нетрадиционные и экономически эффективные способы разрушения горных пород.

       Энергонасыщенность буровых систем к настоящему времени достигла предела, ограниченного прочностными свойствами материала бурового инструмента и деталей функциональных узлов.

       Перспективы совершенствования буровой техники в России и за рубежом на ближайшее будущее можно сформулировать следующим образом:

1. Улучшение санитарно-гигиенических условий работы бурильщика по шуму, пыли и вибрации.

2. Совершенствование породоразрушающего инструмента в направлении повышения прочности и износостойкости буровых коронок и штанг.

3. Повышение надежности в работе всех функциональных узлов буровых установок и станков до уровня, обеспечивающего безотказную работу буровой системы в течение всего цикла обуривания забоя. Это положение особенно важно при создании автоматизированных и роботизированных буровых систем.

4. Механизация и автоматизация вспомогательных операций при бурении скважин. Это, в первую очередь, касается операции наращивания и разборки бурового става, так как по продолжительности эта операция соизмерима с продолжительностью бурения скважины на глубину, равную длине штанги.

5. Совершенствование существующих и создание новых автоматизированных систем управления буровых станков и шахтных буровых установок, обеспечивающих автоматизацию забуривания, параллельность бурения, режимные параметры бурения на оптимальном уровне, предотвращение заклинивания бура и диагностику функциональных систем.

6. Создание буровых роботов с широким использованием для управления буровыми системами микропроцессоров. 
 
 
 
 
 

РАЗДЕЛ 2. ПРОХОДЧЕСКИЕ КОМБАЙНЫ

      Проходческие  комбайны предназначены доя механизации  проведения горизонтальных и наклонных  подготовительных выработок различного назначения на угольных и рудных шахтах. Они находят применение и при строительстве различных подземных сооружений (перегонных тоннелей метрополитенов, гидротехнических и коллекторных туннелей и т. д.). Применение проходческих комбайнов дает возможность совместить во времени основные технологические операции проходческого цикла: отделение горной породы от массива, ее погрузку в транспортные средства, а иногда и крепление выработанного пространства.

      Многолетняя практика эксплуатации проходческих комбайнов  показывает, что с их применением  существенно увеличивается скорость проходки выработок и производительность труда горнорабочих в сравнении  с буровзрывной проходкой; упрощается организация труда; повышается безопасность труда; значительно облегчается  труд проходчиков; улучшается устойчивость проведенных выработок, что снижает затраты на их поддержание; сокращает долю ручного труда по забутовке закрепленного пространства.

      2.1. Классификация и требования, предъявляемые к проходческим комбайнам

      Все проходческие комбайны по общим признакам, определяющим область применения и  технологическую схему работы, можно  классифицировать:

      - по области применения - для проведения вспомогательных и основных однопутевых и двухпутевых горных выработок по углю и смешанным забоям, для проведения основных и капитальных выработок по породе и нарезных выработок по углю (просеки, разрезные печи, ходки и т. п.);