Бурение горных пород

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. ПОГУЖНЫЕ ПНЕВМОУДАРНИКИ 
Для бурения глубоких скважин на рудных шахтах широкое применение нашли погружные пневмоударники. По принципу работы они аналогичны переносным перфораторам, но конструктивно более просты, так как в них отсутствует встроенный механизм поворота. Пневмоударник в процессе бурения находится в скважине, что обеспечивает незначительное изменение энергии удара на буровой коронке при бурении глубоких скважин. Механизмы вращения и подачи пневмоударника вынесены в выработку. Крутящий момент, усилие подачи и энергоноситель (воздушно-водяная смесь) передаются пневмоударнику через став бурильных труб. По способу распределения энергоносителя пневмоударники обычно бывают с клапанным и бесклапанным (поршнем-ударником) распределением.

 

Рис. 5. Пневмоударник ПП-105-2,2. 
Пневмоударник состоит из цилиндрического корпуса 2, в котором перемещается поршень-ударник 3, передней головки 8, в которую вставляется буровое долото 9 и фиксируется шпонкой 7 переходника 1. Во время холостого хода поршня-ударника воздушно-водяная смесь поступает через переходник 1 и каналы 5 в переднюю полость 6 корпуса. Из задней полости корпуса 4 в это время происходит выхлоп отработанного энергоносителя через отверстие 11. При рабочем ходе поршня-ударника впуск воздушно-водяной смеси в задную полость корпуса 4 происходит по каналам 10, а из передней полости в в это время происходит выхлоп через отверстия 11. При холостом ходе поршня-ударника после перекрытия выхлопных отверстий 11 по каналам 12 отработанная воздушно-водяная смесь вытесняется в камеру 13, в которой создается давление до 1 МПа. Это давление увеличивает ускорение и энергию удара поршня при рабочем ходе. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. УСТАНОВОЧНО ПАДОЮЩИЕ  МЕХАНИЗМЫ ДЛЯ ПЕРЕНОСНЫХ ПЕРФОРАТОРОВ 
       Для облегчения труда бурильщика и интенсификации процесса бурения шпуров применяют пневмоподдержки и переносные бурильные установки. Производительное бурение шпуров по крепким породам требует создание осевого усилия до 1200 Н, что бурильщику физически невозможно реализовать. Пневмоподдержки и предназначены для подачи переносных перфораторов и поддержания их на определенной высоте забоя при бурении горизонтальных и наклонных шпуров в горных породах. 
       Пневматическая поддержка с подвижным штоком при бурении шпура упирается в почву выработки упором, а на выдвижном штоке имеется держатель, к которому крепится перфоратор 1 с буровой штангой 2. При подаче сжатого воздуха в пневмоцилиндр поддержки она начнет раздвигаться с осевым усилием Рос. На оси держателя перфоратора усилие раздвижки пневмоподдержки разложится на вертикальную и горизонтальную составляющие. Вертикальная составляющая будет компенсировать силу веса перфоратора, а горизонтальная составляющая вместе с усилием бурильщика будут создавать усилие подачи перфоратора на забой. По мере бурения шпура пнвмоподдержка будет раздвигаться, а угол ее наклона а уменьшаться (положение П), что приведет к увеличению усилия подачи и уменьшению вертикальной силы.       Пневмоподдержки конструктивно могут быть выполнены с подвижным штоком или с подвижным корпусом пневмоцилиндра и иметь одинарную или телескопическую раздвижность. Поддержки с телескопической раздвижностью более компактны и имеют больший ход раздвижности. Пневмоподдержки могут быть также реверсивными и нереверсивными. Под-держки с одинарной раздвижностью, выдвижным корпусом и реверсивные изготавливает Екатеринбургский завод горноспасательного оборудования, а телескопические пневмоподдержки (УБТУ-1) - ОАО АК «Туламашзавод». Поддержки УБТУ-1 дают возможность бурить и восстающие шпуры.

Облегчает труд бурильщика и переносная бурильная установка УПБ-1А. Эта установка состоит из трубчатой рамы 3, по которой перемещаются ползуны 7 канатно-поршневого податчика 5. В нижней части рамы находится удлинитель 6 с опорной пятой. В верхней части рамы имеется пневмоцилиндр 2, шток которого осуществляет распор рамы в кровлю и почву выработки. К ползунам 7 крепится кронштейн с канатно-поршневым податчи- ком и перфоратором 1. Перемещение кронштейна с податчиком по раме производится лебедкой 8. На заднем фланце податчика установлен пульт управления 9 перфоратором и податчиком. В передней части податчика установлен люнет 4 для центрирования буровой штанги.

Рис. 6. Переносная бурильная установка УПБ1А.

 
Распорные колонки на сегодняшний день используются в основном для установки буровых станков НКРЮОМА с погружным пневмоударником. Распорная колонна представляет собой трубу с винтовым распором в кровлю и почву выработки. По стойке перемещается кронштейн, который крепится на стойке в нужном положении хомутом. На трубчатом кронштейне также хомутом крепится сам буровой станок.

 
6. БУРИЛЬНЫЕ ГОЛОВКИ 
В корпусе бурильной головки совершает возвратно-поступательное движение поршень-ударник 11, который при рабочем ходе наносит удар по хвостовику 1, имеющему внутреннюю резьбу для соединения с буровой штангой. Уплотнения 8 предотвращают утечку масла из ударного механизма. Управление потоком рабочей жидкости осуществляется золотником 12. Регулировка длины хода поршня-ударника осуществляется поворотом пробки 9, которая открывает один из трех каналов 10, подводящих рабочую жидкость из цилиндра к камере переключения золотника 12. Вращение бура осуществляет гидродвигатель 14 через муфту 25, зубчатые колеса 16,4 и патрон 3. Бурильная головка оснащена гидравлическим амортизатором, защищающим механизмы перфоратора от воздействия возвращающихся по буровой штанге ударных волн. Отраженные ударные импульсы воздействуют на упорную втулку 5 и подпятник 6, вытесняя рабочую жидкость из полости 7 в аккумулятор 13. Аккумулятор 13, заполненный азотом под давлением 11 МПа, сглаживает пульсации рабочей жидкости в напорной магистрали. Для защиты ударного механизма от загрязнения и для его охлаждения в переднюю часть бурильной головки подается насыщенный маслом сжатый воздух под давлением 0,2 МПа, который выходит в атмосферу через отверстие 17. Для удаления из шпура буровой мелочи в хвостовик через муфту боковой промывки 2 подают воду под давлением 0,6 Мпа.

 
   
 
Рис. 7. Конструктивная схема гидравлического перфоратора фирмы «Атлас Копко».  
Гидроперфораторы имеют целый ряд преимуществ перед пневматическими перфораторами:  
1) повышается в 1,5-2 раза скорость бурения за счет увеличения энергии удара (при равных габаритных размерах и массе давление энергоносителя современного гидроперфоратора 15-25 MПa);  
2) уменьшаются в 3-5 раз удельные энергозатраты; 
3) увеличивается стойкость бурового инструмента за счет формирования гидроударником более рационального ударного импульса; 
4) повышается в 3-4 раза КПД передачи энергии (системы насос- гидроударник по сравнению с системой компрессор-пневмоударник); 
5) уменьшается уровень шума в забое на 5-15 % за счет отсутствия выхлопа отработанного воздуха; 
6) появляется возможность автоматического обеспечения оптимальных режимов бурения в горных породах с различными физико-механическими свойствами за счет регулирования энергии удара, частоты ударов, частоты вращения и усилия подачи буровой штанги; отсутствие масляного аэрозоля в забое выработки, что улучшает санитарно-гигиенические условия и видимость в забое.

 

7. ШАХТНЫЕ БУРИЛЬНЫЕ  УСТАНОВКИ 
Шахтные бурильные установки нашли широкое применение в горнорудной, угольной и строительной отраслях промышленности для бурения шпуров в породах различной крепости при проходке выработок и добыче полезных ископаемых со шпуровым взрыванием массива горной породы, Шахтные бурильные установки полностью механизируют технологический процесс бурения шпуров. 
К шахтным бурильным установкам предъявляются следующие требования: они должны полностью обуривать всю площадь забоя, быть простыми в управлении, быть транспортабельными по выработкам, отвечать требованиям техники безопасности и санитарным нормам по пыли, шуму, освещенности забоя и вибрации, быть во взрывобезопасном исполнении при работе в угольных шахтах. 
Шахтная бурильная установка 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. 8. 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.

8 Буровые комбайны  для проведения наклонных и  вертикальных выработок 
На рудных шахтах при существующих технологиях добычи значительный объем работ приходится на проведение восстающих выработок. В последние десятилетия в зарубежной практике все более широкое применение при проведении восстающих выработок получают буровые комбайны (станки). Уже более десятка зарубежных фирм выпускает несколько десятков моделей таких комбайнов для бурения восстающих диаметром от 0,6 до 8,5 м по породам с прочностью на сжатие до 280 MПa и на длину до 600 м. 
Буровой способ проходки восстающих выработок позволяет осуществить безлюдную проходку; перейти на комплексную механизацию работ; улучшить качественные характеристики выработок и снизить затраты на их крепление; значительно повысить производительность труда и снизить себестоимость проходки.                            
                          
 
Рис. 3.9. Схемы бурения восстающих выработок при различных способах установки комбайна 
       Способ восходящего бурения заключается в том, что буровой комбайн размещается на верхнем горизонте, с которого бурят пилот-скважину на нижний горизонт, а разбуривание выработки до проектного сечения производят снизу вверх специальным расширителем. Пилот-скважина дает возможность повысить точность проходки восстающей выработки. Эта схема бурения восстающих выработок получила наибольшее распространение в мировой практике. 
       Когда разработка полезного ископаемого ведется в восходящем порядке, применяются буровые комбайны нижнего расположения с буровыми головками обратного или прямого хода. При разбуривании выработки сверху вниз требуется увеличивать диаметр пилот-скважины для свободного удаления буровой мелочи и защищать комбайн и горнорабочих от падающей горной породы. Бурение выработки на все сечение снизу вверх требует повышенных напорных усилий и затрудняет выдерживать направленность проходимой выработки. Разбуривать пилот-скважину сверху вниз можно и при расположении комбайна на верхнем горизонте. 
       Ясиноватский машзавод (Украина) предлагает для проходки восстающих выработок буровой комбайн 2 КВ-А. Этот комбайн монтируется в камере и состоит из бурового станка 3, манипулятора 4 для подачи буровых штанг и монтажно-демоптажных работ, плат¬формы для штанг 5, бурового става б, р&збуривателя 7, шкафа управления блока питания 1 и пульта управления 2. 
 
                                
 
Рис. 10. Буровой комбайн 2КВ-А 
       В зарубежной практике для монтажа бурового комбайна чаще всего в выработке готовят специальную камеру, а сам комбайн собирают и крепят на бетонном фундаменте. Новые комбайны фирмы «Атлас Копко» (Швеция) монтируются на специальной платформе, которая горизонтируется специальными гидродомкратами, что даёт возможность отказаться от бетонного фундамента.  
       В качестве привода вращателя буровых комбайнов используют гидродвигатели, электродвигатели постоянного тока с тиристорным управлением и реже переменного тока с регулируемой частотой вращения. 
       Практически все буровые комбайны для проходки восстающих выработок отличаются высокой степенью механизации и автоматизации основных и вспомогательных технологических операций: выбор и поддержание оптимальных параметров бурения в изменяющихся гор-но-геологических условиях, монтаж и демонтаж бурового става и др. 

                                

 

                                                      Заключение

Буровое оборудование рассматриваемых машин включает забурник или рыхлящую головку и две или более копающие лопасти, жестко закрепленные на конце граненой штанги. Последняя проходит через полую цапфу редуктора-вращателя, которым она приводится во вращательное относительно своей оси движение. При небольшой глубине бурения штангу перемещают в осевом направлении (на забой) гидроцилиндром, установленным на редукторе-вращателе, для чего ее верхний конец соединяют со штоком гидроцилиндра. При большой глубине бурения штангу перемещают перехватами четырехку-лачковым патроном помощью двух гидроцилиндров. По исчерпанию хода штоков патрон разжимают, поднимают вверх и снова зажимают на штанге. Второй барабан этой лебедки предназначен для выполнения грузоподъемных операций при установке в пробуренные скважины свай, столбов и т. п. Для тех же целей на машинах с одноцилиндровым напором применяют грузовую лебедку и мачту. Обычно основное и вспомогательное (грузоподъемное) рабочее оборудование размещают консольно сзади шасси базовой машины. Его установку в требуемое положение бурения в плане выполняют путем соответствующих маневровых движений машины. У отдельных моделей рабочее оборудование располагают на поворотной платформе или сбоку шасси, чем предопределяется большая точность его установки в рабочее положение. Для повышения устойчивости машины при бурении базовое шасси или раму рабочего оборудования устанавливают на выносные опоры (гидравлические или винтовые). Отдельные модели бурильно-крановых машин оборудуют также бульдозерным отвалом для планирования рабочей площадки перед установкой машины и для засыпки ям по завершению монтажных работ. 

 

 

                                  БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Волков С.А., Сулакшин  С.С., Андреев М.М., Буровое дело, М., 1965; 
2. Куличихин Н.И., Воздвиженский Б.И., Разведочное бурение, М., 1966;Техника бурения при разработке месторождений полезных ископаемых, М., 1966;  
3. Скрыпник С.Г., Данелянц С.М., Механизация в автоматизация трудоёмких процессов в бурении, М., 1968;  
4. Строительные машины и основы их автоматизации / Помазан В.М., Гиверц В.Л., Рябов М.Н., Галай Н.В.; Под ред. В.М. Помазана. – М.: Агропромиздат, 1992. 
5. Строительные машины: Учеб. для вузов по спец. ПГС / Д.П. Волков, Н.И. Алешин, В.Я. Крикун, О.Е. Рынсков; Под ред. Д.П. Волкова.- М.:Высш. шк., 1988.

6. http://www.webkursovik.ru/kartgotrab.asp?id=40584