Машины вращательного бурения реферат

Обновлено: 02.07.2024

Для машинного бурения шпуров применяют компактные транспортабельные бурильные машины сравнительно небольшой мощности; эти их особенности обеспечивают удобство эксплуатации бурильных машин в горных выработках. В условиях разведки месторождений они также облегчают транспортировку оборудования к месту производства горных работ и позволяют проводить последние при недостаточной энерговооруженности ГРП.
Бурильные машины оборудуются преимущественно электрическими и пневматическими приводами; некоторые конструкции имеют бензиновые моторы.
Электрические бурильные машины. По сравнению с пневмоприводом электропривод бурильных машин имеет целый ряд существенных преимуществ, главными из которых являются следующие: электрическая энергия в несколько раз дешевле пневматической, коэффициент полезного действия электрических машин значительно выше, чем пневматических, комплект энергетического оборудования и транспортировки энергии в забой горной выработки при электроприводе проще и надежнее. Однако до настоящего времени наиболее надежны, легки, просты и безопасны в эксплуатации только электрические бурильные машины вращательного бурения; неоднократные попытки создать эффективную электрическую бурильную машину ударного действия не увенчались успехом. Поэтому электрические бурильные машины преимущественно применяют для бурения шпуров в породах средней и нижесредней крепости.
Вращательные электрические машины называются электросверлами. Разрушение породы при бурении шпуров электросверлами обеспечивается вращающимся и прижимаемым к забою породоразрушающим инструментом, оснащенным резцами. Им же транспортируют из шпура буровую мелочь, для чего буровую штангу изготовляют из витой стали, которая при вращении, работая по принципу шнека,, перемещает буровую мелочь от забоя шпура к его устью.
По массе и мощности электродвигателей электросверла разделяют на ручные и колонковые. Бурение шпуров ручным сверлом производится с рук; масса ручных электросверл составляет от 12 до 21 кг, эффективная мощность на валу электромотора — от 0,9 до 1,4 кВт. Колонковые электросверла, имеющие более значительную массу (100—120 кг) и мощность (2,5—3 кВт), монтируют для бурения шпуров на -специальных распорных колонках, устанавливаемых в забоях горных выработок.
Конструкция электросверл. Ручные электросверла предназначаются для бурения горизонтальных, наклонных и вертикальных шпуров в породах нижесредней крепости (IV—X категорий по буримости).
Наибольшее распространение ручные электросверла получили на угольных шахтах. Использование их при горноразведочных работах обеспечивает достижение значительного эффекта — они удобны в эксплуатации и экономичны.
Одна из конструкций ручного электросверла представлена на рис. 12. Основными частями электросверла являются электродвигатель 1, редуктор 2 и выключатель 3. Электродвигатель заключен в легкий алюминиевый корпус, причем статор его впрессован в этот корпус, а ротор установлен на двух шарикоподшипниках. На одном из концов вала ротора насажена шестерня редуктора, на другом — вентилятор, предназначенный для охлаждения электродвигателя. Редуктор сверла, состоящий из двух пар цилиндрических шестерен, подшипника и шпинделя, заключен в алюминиевый корпус, монтируемый на передней части корпуса электродвигателя. К задней части корпуса электродвигателя крепится алюминиевый колпак, закрывающий вентилятор и снабженный изолирующим полихлорвиниловым покрытием. Выключатель электросверла смонтирован в отдельной небольшой камере корпуса электродвигателя. Электроэнергия к сверлу подводится по гибкому кабелю.

При бурении шпуров простейшими конструкциями электросверл осевое давление на забой осуществляется вручную. В более сложных конструкциях ручных электросверл имеется механизм принудительной подачи на забой (рис. 13). При этом в забое выработки устанавливается легкая винтовая распорная колонка, к которой прицепляется тросик, наматываемый в процессе бурения на барабан механизма подачи сверла.

Для бурения в выработках, опасных по метану, используются электросверла с дистанционным управлением. Уменьшение-массы ручных электросверл достигается в некоторых конструкциях за счет использования высокочастотных электродвигателей (150 периодов/с). Для питания этих сверл в сеть тока промышленной частоты (50 периодов/с) включаются преобразователи-частоты.
Колонковые электросверла. Более мощные по сравнению с ручными — колонковые электросверла предназначаются для бурения горизонтальных и наклонных шпуров преимущественно в породах средней крепости (VIII—XIV категорий по буримости). При горноразведочных работах колонковые электросверла применяются реже, так как они не удобны для бурения в выработках небольшого сечения.
Отличительными особенностями колонковых электросверл являются: наличие приспособления для установки сверла на колонке, увеличенная мощность электродвигателя, наличие механической или гидравлической подачи бура на забой, большая масса и усиленная конструкция всех рабочих деталей.
Важным преимуществом колонкового сверла является возможность изменения скоростей вращения шпинделя с использованием переключателя скоростей. Дополнительные изменения чисел оборотов шпинделя могут достигаться при смене шестерен редуктора. Все узлы сверла смонтированы в общем корпусе.
За последние годы создан ряд конструкций колонковых электросверл с гидравлической подачей. У этих сверл скорость подачи шпинделя не зависит от числа его оборотов, что является существенным преимуществом.
Основными частями колонкового электросверла с гидравлической подачей являются: электродвигатель, редуктор и привод с гидравлической системой подачи шпинделя. Осевое перемещение шпинделя осуществляется с помощью гидроцилиндров. Технические характеристики электросверл приведены в табл. 4.

Пневматические бурильные машины. Пневматические сверла применяют главным образом на угольных шахтах. Для бурения шпуров в мягких породах используют пневматические сверла СР-3 и СР-3М; в более крепких породах с коэффициентом крепости 6 рекомендуется применять пневматические сверла СР-3Б, укрепляемые на пневмоподдержках. Масса пневмосверл составляет 13—16,5 кг, мощность 3,5 л. с., расход сжатого воздуха 3,5 м3/мин.
Широко используются при горных работах пневматические бурильные машины ударного действия, называемые бурильными молотками или чаще перфораторами. Перфораторы предназначены для бурения шпуров в породах различной крепости, однако перфораторное бурение в породах малой крепости менее эффективно по сравнению с бурением электросверлами — оно дороже и малопроизводительно. При бурении шпуров в крепких и весьма крепких породах перфораторы до настоящего времени остаются незаменимыми бурильными машинами.
В процессе бурения перфораторы сообщают породоразрушающему инструменту поступательно-возвратное движение; после каждого удара породоразрушающего инструмента по забою шпура он при обратном движении поворачивается вокруг оси на определенный угол. В отличие от вращательного, при перфораторном бурении для удаления бурового шлама используется промывка или отсос воздуха из шпура. Перфораторы разделяют на три типа: ручные, колонковые и телескопные.
Бурение ручными перфораторами, имеющими массу от 22 до 30 кг, производится или с рук, или чаще с простейших устройств, называемых поддержками или подставками. Ручные перфораторы предназначены для бурения шпуров в любом направлении: тяжелые ручные перфораторы применяют для бурения нисходящих шпуров.
Масса колонковых перфораторов меняется в пределах от 50 до 100 кг, для бурения они устанавливаются на распорных колонках, стрелах специальных буровых установок и кареток или на установочных устройствах, монтируемых на погрузочных машинах и называемых, манипуляторами. Колонковые перфораторы, предназначены для бурения в крепких породах преимущественно горизонтальных и слабонаклонных шпуров.
По массе телескопные перфораторы занимают промежуточное положение между ручными и колонковыми (35—60 кг). Особенностью их конструкции является объединение молотка с пневматическим поршневым податчиком, служащим одновременно и установочным устройством. Телескопные перфораторы предназначены для бурения восстающих шпуров, направленных под углом 60—90° к горизонту, в крепких и средней крепости породах.
По частоте ударов различают обычные перфораторы, обеспечивающие до 2000 ударов в минуту, и быстроударные (высокочастотные) с числом ударов более 2000 в минуту. При равных весовых категориях мощность и производительность высокочастотных перфораторов выше, чем у обычных.
Схемы устройства перфораторов различных типов в. принципе аналогичны (рис. 14).

Сжатый воздух через пусковой кран 1 попадает в воздухораспределительное устройство 3 и оттуда по каналам, изображенным на схеме пунктирными стрелками, проходит попеременно то в рабочую (левую по отношению к поршню), то в холостую (правую) полость цилиндра 4. Под давлением воздуха поршень 5 совершает поступательно-возвратные движения. В конце поступательного движения (рабочего хода) поршень своим штоком ударяет по хвостовику бура 6. Отработанный воздух из рабочей полости выходит в атмосферу через одно из отверстий 8. Под давлением сжатого воздуха, поступившего в правую полость цилиндра, поршень совершает возвратное движение, поворачивая при этом бур вокруг оси; отработанный воздух из правой полости выходит в атмосферу через правое отверстие 8. Механизм поворота поршня и бура состоит из храпового устройства 2, поворотной муфты 7 и геликоидального стержня 9.
Наиболее распространенным способом очистки шпуров от породной мелочи и пылеподавления при перфораторном бурении является промывка. Бурение с промывкой осуществляется при осевой или боковой подаче воды (промывочной жидкости) в канал буровой штанги.
При осевой промывке вода, подаваемая в перфоратор через канал в его головке, попадает в трубку, которая проходит через весь перфоратор по его оси, и через нее поступает в канал бура, предназначенный для подачи воды в шпур. Осевому способу промывки свойствен ряд недостатков, среди которых наиболее существенными являются: частые поломки промывочных трубок (смятие из-за эксцентричности канала бура или перекоса хвостовика бура в патроне), попадание воды в перфоратор, необходимость использования для промывки шпуров нейтральной воды во избежание коррозии рабочих деталей перфоратора.

Несмотря на перечисленные недостатки, осевой способ промывки получил широкое распространение. Устройство для боковой промывки шпуров (рис. 15) обеспечивает подачу воды в шпур, минуя перфоратор. Муфта 1 устанавливается на отшлифованную переднюю часть хвостовика бура 2 (имеющую круглую форму поперечного сечения) таким образом, что она располагается между буртиком бура и перфоратором. Предварительно в муфту закладывается резиновый вкладыш 3 с кольцевой полостью и отверстием 6; на штуцер 4 муфты надевается шланг 5, по которому подается вода. В хвостовике бура против кольцевой полости вкладыша имеется боковое отверстие 8, соединяющееся с каналом бура. Для исключения возможности попадания воды в перфоратор канал бура в конце хвостовика 7 заваривается или зачеканивается.
При отсутствии в горной выработке воды или при отрицательных температурах горных пород промывку заменяют отсосом буровой мелочи из шпура. Используют следующие способы отсоса пыли: из устья шпура при его герметизации и из забоя шпура через канал бура. По аналогии со способами промывки при удалении пыли через канал бура применяют осевой и боковой пылеотсос. Пыль отсасывается в специальный пылеуловитель по шлангу с помощью эжекторного устройства.
Бурение шпуров без промывки называют сухим. В открытых горных выработках или в мокрых забоях стволов шахт сухое бурение иногда производится с продувкой шпуров.
При проведении горноразведочных выработок в отечественной практике наибольшее распространение получили ручные перфораторы (рис. 16).

Как отмечалось выше, бурение колонковым перфоратором может осуществляться только с использованием специальных установочных устройств. На забой перфоратор подают специальными механизмами, называемыми податчиками (автоподатчиками). Основными частями податчика являются: корпус (лафет), пневматический (реже гидравлический) привод и рабочий орган для перемещения перфоратора.
Колонковый перфоратор монтируется на корпусе податчика; перфоратор может перемещаться по направляющим корпуса податчика на расстояние 1000—2000 мм (рис. 17). Автоподатчик с перфоратором монтируется на установочном устройстве, в частном случае на распорной колонке.
Высокой производительностью характеризуются выпускаемые в настоящее время мощные колонковые перфораторы вращательно-ударного действия с независимым вращением бурового инструмента. Один из таких перфораторов ПК-50 показан на рис. 18.

Отличительной особенностью телескопного перфоратора является то, что он состоит из двух основных соединенных между собой частей: бурильной и расположенной под ней телескопической колонки пневматического податчика (рис. 19).
Пневматический податчик (телескоп) состоит из цилиндра, в котором располагается шток, имеющий на верхнем конце поршень, а на нижнем, выходящем из цилиндра, — упор. Телескопический податчик обеспечивает установку перфоратора в выработке и подачу его на забой в процессе бурения.
Техническая характеристика перфораторов приведена в табл. 5.
В процессе работы перфоратора его рабочие детали должны получать смазку, эта смазка подается с поступающим в перфоратор сжатым воздухом из автоматических масленок, монтируемых на патрубке перфоратора.

Вибрация при работе перфораторов быстро утомляет бурильщика и оказывает вредное влияние на его здоровье. Поэтому при бурении перфораторами с рук или с пневмоподдержек для защиты бурильщиков от вибрации на перфораторах монтируются специальные пружинные устройства, называемые виброгасящими каретками (рис. 20).
Корпус каретки 1 состоит из двух трубок, соединенных планками, рукоятки 2 и вилки 4, с помощью которой каретка соединяется с пневмоподдержкой. Перфоратор 3 устанавливается на ползунах каретки с помощью кронштейна и кольца 5, который может перемещаться в пазах трубок; вибрация перфоратора гасится пружиной 6.

Телескопный перфоратор ПТ-45-КВ для уменьшения передачи вибрации на бурильщика оборудуется виброзащитным штоком и виброзащитной рукояткой. Для снижения вибрации у других перфораторов на рукоятки надеваются резиновые манжеты.
Вредное влияние на самочувствие рабочего оказывает шум при работе перфораторов; средством защиты от шума являются противошумные наушники и противошумные вкладыши. Заглушающие свойства наушников в низкочастотной части спектра шума незначительны, что позволяет слышать разговорную речь. Противошумные вкладыши изготовляются из специальной резины.
Кроме перфораторов, относящихся к бурильным машинам ударного действия, на горных предприятиях применяют бурильные машины вращательно-ударного действия. При вращательноударном бурении разрушение породы осуществляется непрерывно вращающимся и прижимаемым к забою скважины буровым инструментом, по которому наносятся удары поршнем-ударником. Вращательно-ударный способ получил широкое применение при бурении скважин, однако имеются бурильные машины и для бурения шпуров в проходческих забоях. Эти бурильные машины, выпускаемые в комплекте с установочным оборудованием на колесном или гусеничном ходу, называют бурильными установками. Эффективность использования их возрастает с увеличением площади поперечного сечения проходимых выработок.
Бурильные машины с бензиновыми двигателями. Использование электрических и пневматических бурильных машин возможно при наличии энергетических источников достаточной мощности, между тем в ряде случаев горноразведочные работы в поисковых и разведочных партиях проводятся при отсутствии энергоисточников. При этом ручное бурение шпуров для взрывной отбойки отнюдь не является неизбежным, оно может быть заменено бурением машинами, имеющими небольшие бензиновые двигатели.

Предназначенные для бурения небольших скважин шнеками при инженерно-геологических исследованиях мотобуры M-1, МП-1 и ДС-10 (рис. 21), представляющие собой сверла с бензиновыми двигателями, могут с успехом использоваться для бурения шпуров в породах до V категории буримости.

Для бурения шпуров в более крепких породах могут быть использованы моторные бурильные машины ударного действия, называемые мотоперфораторами.

Для разведки, вскрытия или добычи твердых, жидких и газообразных полезных ископаемых, а также для различных вспомогательных целей в горных породах бурят вертикальные, горизонтальные или наклонные шпуры и скважины.

Бурение — процесс сооружения горной выработки цилиндрической формы путем разрушения горных пород в торцевом забое.

Буровой станок — буровая машина, установленная на самоходной платформе или передвижной раме, применяемая для бурения взрывных и разведочных скважин и шпуров при открытой и подземной разработке полезных ископаемых, при сплошных камерных и особенно этажно-камерных и блоковых системах разработки для бурения скважин.

Шпуром принято называть искусственное цилиндрическое углубление в горных породах диаметром до 75 мм и глубиной до 5 м.

Скважиной называют искусственное цилиндрическое углубление в горных породах диаметром более 75 мм и глубиной более 5 м.

Бурение производится с помощью буровой установки — комплекса оборудования, включающего буровую вышку (мачту), силовой привод, механизм передвижения, оборудование для механизации спуско-подъемных операций и очистки скважин и др.

Для ведения буровзрывных работ бурят шпуры или скважины, в которые помещают взрывчатое вещество (ВВ).

В общей технологии открытых горных работ буровзрывные работы являются одним из основных и трудоемких производственных процессов. На долю буровзрывных работ приходится в среднем от 16 до 32 % всех затрат, необходимых для добычи твердых полезных ископаемых.

В нашей стране ежегодно бурятся десятки миллионов метров взрывных скважин и шпуров, и с каждым годом объемы бурения растут.

От качества рыхления горных пород зависят производительность погрузочного и транспортного оборудования, его долговечность и эффективность эксплуатации.

Дальнейшее развитие буровой техники предусматривает: создание станков для бурения скважин диаметром до 400 мм шарошечными долотами; разработку новых способов бурения; совершенствование автоматизации управления режимами бурения и вспомогательными операциями; снижение времени на спуско-подъемные операции в 1,5—2 раза; осуществление бурения взрывных скважин глубиной до 18—24 м без наращивания буровых штанг; разработку невращающихся буровых ставов; использование стабилизаторов и амортизаторов; совершенствование и внедрение на станках шарошечного бурения электровибробуров; освоение новых типов шарошечных долот и дополнительных устройств к ним и более интенсивное применение станков комбинированного бурения.

Характеристики буровых станков

диаметр бурения — до 200 мм

глубина бурения — до 52 м

частота вращения инструмента — до 3,3 с-1

крутящий момент — до 10 кН

скорость подачи — до 0,4 м/с

усиление подачи — до 200 кН

размер блина штанги — до 4250 м

скорость передвижения станка — до 1,36км/ч

давление на грунт — до 0,1МПа

мощность двигателей установленная — до 337кВт

габариты в рабочем положении: длина — до 10300 мм, ширина — до 4900 мм, высота — до 18200мм

Классификация буровых станков

- буровые станки вращательного бурения шарошечными долотами

- буровые станки вращательного бурения резцовыми коронками

- буровые станки ударно-вращательного бурения б

- уровые станки комбинированного бурения

- буровые станки ударно-канатного бурения

Буровые станки классифицируются по характеру (способу) разрушения горной породы, типу привода и назначению (рис. 1).

Рис. 1. Классификация буровых станков для открытых работ

Бурение горной породы можно производить механическим и немеханическим способами. Механический способ реализуется в машинах ударного, вращательного, ударно-вращательного бурения, когда разрушение горной породы производится инструментом под действием прикладываемых к нему силовых нагрузок.

Ударный способ бурения осуществляется в результате нанесения ударов инструмента по породе. Удары можно наносить по хвостовику бура, лезвие которого, внедряясь, разрушает некоторый объем породы. После каждого удара буровой инструмент принудительно поворачивается и постепенно разрушает породу по всему сечению скважины. Этот способ бурения используется в бурильных машинах — перфораторах.

Для бурения скважин в сложных горно-геологических условиях с перемежающимися' породами различной крепости и структуры высоты на забой под действием собственного веса. Ударом создаются большие удельные нагрузки на лезвие коронки, что более эффективно для разрушения хрупких горных пород. Поворот инструмента происходит под действием упругих сил закручивания каната, на котором подвешен буровой инструмент. Так осуществляется бурение станками ударно-канатного бурения.

При вращательном способе бурения разрушение забоя скважины скалыванием, смятием, истиранием осуществляется вращающимся инструментом с приложением к нему значительной осевой нагрузки. Этот способ реализуется в станках вращательного бурения шарошечными долотами и резцовыми коронками.

При ударно-вращательном способе бурения буровой инструмент непрерывно вращается вокруг своей оси и по нему наносятся удары. Осевое усилие прикладывается к инструменту для нейтрализации сил отдачи, действующих на него в момент удара. Этот способ применяется в станках ударно-вращательного бурения с погружными пневмо-ударниками. Немеханическим (физическим) способом производится термическое, взрывное, гидравлическое, электро-гидрав-лическое, ультразвуковое и комбинированное бурение. При этом способе бурения силовые нагрузки на горную породу передаются через жидкую или газообразную среду. Несмотря на создание новых немеханических способов бурения, механический способ является преобладающим.

По типу привода буровые станки делятся на электрические и тепловые, работающие от двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

По назначению буровые станки делятся на машины для бурения шпуров и небольших скважин и для бурения скважин среднего и большого диаметра.

Основные параметры буровых станков — диаметр, глубина и угол наклона пробуриваемой скважины.

Наибольшее распространение на открытых горных работах получили станки вращательного бурения шарошечными долотами, которыми выполняется около 80 % всех объемов бурения. Остальные 20 % объема выполняются станками вращательного бурения резцовыми коронками, ударно-вращательного и комбинированного бурения. Кроме того, на открытых горных работах еще находятся в эксплуатации станки ударного бурения.

Станки вращательного бурения шарошечными долотами

К станкам вращательного бурения относятся станки шарошечного бурения, предназначенные для бурения вертикальных и наклонных скважин в породах средней крепости и крепких. Разрушение породы осуществляется шарошечным долотом, во время вращения которого при постоянном усилии подачи зубья шарошек скалывают и раздавливают горную породу.

Рис. 2. Конструктивная схема станка вращательного бурения шарошечными долотами

Станки шарошечного бурения (рис. 2.) имеют шарошечное долото /, укрепленное на конце штанги 2. Вращатель 3 сообщает штанге вращение, а механизм подачи 4 подает ее на забой. Разрушенная горная порода удаляется сжатым воздухом или водовоздушной смесью, поступающей в скважину по пустотелым буровым штангам.

На станках имеются гидро- и пневмосистемы, пылеулавливающие установки, машинное помещение, электрооборудование, кабина машиниста с пультом управления и ходовое оборудование. Станки шарошечного бурения позволяют бурить с высокой производительностью в разнообразных горно-геологических условиях. Отличаются эти станки между собой конструкцией вращательно-подающего механизма, определяющего частоты вращения и скорости подачи инструмента, величинами осевых усилий подачи, крутящих моментов и др.

Станки вращательного бурения резцовыми коронками

Сущность бурения этими станками заключается в следующем. Буровой инструмент вращается от двигателя через редуктор и одновременно подается на забой механизмом подачи или под действием веса привода вращателя и бурового става, состоящего из последовательно соединенных шнековых штанг и резцовой головки. Эти станки часто называют станками шнеко-вого бурения.

Шнековая штанга выполняется в виде стержня, к наружной поверхности которого по винтовой линии приварена стальная лента. Резцовая головка представляет собой корпус с двумя или несколькими перьями и хвостовиком. Режущие кромки перьев армируются пластинками твердых сплавов или наплавкой твердого сплава. Хвостовик служит для присоединения резцовой головки к шнековой штанге.

Станки вращательного бурения резцовыми коронками (рис. 3) имеют вращатель 1, своими лапами скользящий по вертикальным направляющим 2. Подъем вращателя производится лебедкой с помощью подъемного каната, образующего полиспаст 3. В патроне вращателя укрепляется шнековая штанга 4 с прикрепленной к ней коронкой 5. Разрушенная порода удаляется из скважины на поверхность шнеком.

Рис. 3. Конструктивная схема станка вращательного бурения резцовыми коронками

Такие станки могут бурить вертикальные, наклонные и горизонтальные скважины только по мягким породам.

Существуют станки вращательного бурения горизонтальных скважин и машины для шнекобуровой выемки угля из тонких пластов .мощностью от 0,6 до 2 м. Основная их особенность состоит в наличии механизма подачи. В нашей стране такие станки распространения пока не получили и имеются лишь в единичных экземплярах.

Станки ударного бурения

К станкам ударного бурения относятся станки ударно-канатного бурения. Ударный способ бурения используется также в перфораторах, которые применяются на карьерах для бурения шпуров в негабаритных кусках горной породы, при добыче декоративного камня и др.

Станки ударно-канатного бурения находят преимущественное применение при проходке скважин на воду, гидрогеологических, водопонижающих и взрывных скважин, а также при геологической разведке россыпных и других месторождений.

Этими станками бурят вертикальные скважины диаметром 200—900 мм на глубину 50— 500 м в породах различных категорий крепости.

Рис. 4. Конструктивная схема станка ударно-канатного бурения

Станки ударно-канатного бурения (рис. 4.) имеют тяжелый (1000—3000 кг) буровой снаряд U подвешенный на канате 2. Кри-вошипно-шатунный механизм 3 с помощью оттяжного блока 4 периодически поднимает и опускает буровой снаряд, который лезвием долота, имеющим форму клина, наносит удары по породе забоя. Накапливаемая при падении кинетическая энергия при ударе долота по породе расходуется на ее разрушение. Привод всех механизмов осуществляется через главный вал 5 от двигателя 6 с помощью муфт и шкивов, что позволяет независимо включать любой механизм станка.

Для получения скважины круглого сечения и равномерного разрушения породы в забое долото с ударной штангой после каждого удара во время его подъема над забоем скважины поворачивается на угол от 15 до 60°. При подъеме бурового снаряда канат натягивается и раскручивается, что приводит к поворачиванию бурового снаряда. При ударе снаряда о забой натяжение каната ослабевает и замок, соединяющий канат со штангой (долотом), поворачивается под действием закручивающих усилий каната.

По мере углубления скважины увеличивают свободную длину каната. Во время бурения в скважину подается вода. Разрушенная порода находится во взвешенном состоянии, образуя с водой шлам, удаляемый из скважины с помощью специального инструмента — желонки.

Чистка скважин при бурении крепких пород производится через 0,4—0,9 м, при бурении слабых пород — через 0,9—1,5 м и более.

Основной недостаток станков этого типа — малая частота ударов (45—60 мин"1) ограничи&ающая их производительность. Увеличить частоту ув&рвв въвош&жт так как продолжительность падения бурового снаряда зависим от ускорения свободного падения и высоты ирд>ъё*т инструмента (0,8—1 м).

Станки ударно-вращательного бурения

Бурение станками ударно-вращательного бурения основано на комбинированном способе разрушения породы, объединяющем основные достоинства ударного и вращательного воздействия на породу. Отличительной особенностью этих станков является наличие погружного ударного механизма — пневмоударника / (рис. 5). Пнев-моударнику через штанги 2 передается вращение от вращателя 3, установленного на плите 4. Подача бурового става йа забой и создание осевого усилия осуществляются с помощью подающего механизма 5. Вращатель перемещается по мачте 6> изменение угла наклона которой осуществляется гидроцилиндром 7.

Рис. 5. Конструктивная схема станка ударно-вращательного бурения

Основными преимуществами ударно-вращательных станков являются сохранение энергии удара на буровой коронке независимо от глубины скважины и возможность приложения к буровому инструменту большого крутящего момента, хотя при этом пневмоударник, непрерывно вращающийся в скважине, подвержен значительному износу.

Станки могут бурить вертикальные и наклонные скважины.

Станки комбинированного бурения

Эти станки являются универсальными машинами, позволяющими вести бурение скважин в сложных горно-геологических условиях с перемежающимися породами различной крепости и структуры. Эффективность разрушения твердых горных пород достигается за счет комбинированного воздействия на породу различных механических и немеханических способов бурения.

Рис. 6. Конструктивная схема станка комбинированного (термомеханнческого) бурения

Из немеханических способов бурения широкое применение получил термический, который в сочетании с механическим способом позволяет эффективно бурить плотные породы высокой крепости.

При термическом бурении разрушение горной породы происходит вследствие интенсивного одностороннего нагревания забоя скважины раскаленными струями газов. Наиболее эффективно разрушаются кварцсодержащие породы, имеющие низкую теплопроводность при большом коэффициенте линейного расширения.

Сущность термомеханического способа бурения заключается в том, что нагрев породы вызывает значительное снижение ее прочности, а окончательное разрушение достигается механическим способом.

Схема станка термомеханического бурения показана на рис. 6. Станок оснащен термошарошечным рабочим инструментом. Высокотемпературные газовые струи, вытекающие из сопел / термобура, разрушают и ослабляют горную породу на забое скважины. С помощью шарошечного бурового инструмента 2 производится разрушение породы. Термошарошечный рабочий инструмент, закрепленный на штанге 3, вращается с помощью вращателя 4. Рабочие компоненты — керосин, кислород и вода — подаются к входному коллектору 5 на вращателе и далее по каналам в штанге поступают к горелке термобура. Разрушенная порода выносится парогазовой смесью.

Станки термошарошечного бурения позволяют вести проходку скважины шарошечным долотом, с последующим расширением до необходимого диаметра термобуром.

Новые методы разрушения горных пород

Рассматривая перспективы развития открытых горных работ, можно утверждать, что преобладающим способом бурения шпуров и скважин по-прежнему будет механический. Ввиду роста объемов добычи полезных ископаемых будут возрастать и объемы бурения, что, естественно, требует дальнейшего совершенствования способов и средств бурения.

Опыт ведения буровзрывных работ показал, что с ростом крепости и абразивности пород значительно возрастает трудоемкость их бурения и дробления. Установлено, что с увеличением крепости пород скорость механического бурения снижается, в то же время при термическом воздействии на породу наблюдается обратная картина, т. е. с ростом крепости возрастает и скорость бурения. Это и обусловливает основное направление в поисках эффективных средств и устройств, реализующих принцип теплового воздействия на породу. Конкретные варианты реализации этого принципа имеют большое разнообразие, так как все зависит от принятой схемы контакта источника (генератора) тепла и породы.

В настоящее время разработаны следующие принципиально новые схемы теплового воздействия на породу для ее разрушения:

- контактная передача теплового поля от генератора непосредственно горной породе (использование тепловых потерь при трении от контактного воздействия инструмента на породу, разрушение с помощью термита, электронагревательный бур, атомный бур);

- свободная передача теплового поля от генератора горной породе (электродуговой бур);

- воздействие на породу высокотемпературной струей газов (кислородное копье, огневое бурение, плазматрон);

- воздействие лучистой энергии оптической области, основанное на ее поглощении горной породой и последующем переходе в тепловую (бипараболоидный генератор, эллипсоидный генератор);

- разрушение горных пород с помощью частиц высокой энергии (электронов, фотонов), основанное на том, что при про-

- вождении этими частицами горной породы их кинетическая энергия в результате торможения переходит в тепловую (бур на базе вакуумной электронно-лучевой трубки, лазерный бур);

- контактная передача преобразуемой энергии породе и ее разрушение при электрическом пробое (импульсный высоковольтный разрядник, высокочастотный контактный нагрев);

- разрушение пород в переменном электромагнитном поле (конденсаторные устройства, магнетрон, одновитковый или спиральный индуктор).

Перспективность применения того или иного способа бурения целесообразно рассматривать с позиций обеспечения высокой производительности бурения.

Список использованной литературы

1. Куличихин Н.И., Воздвиженский Б.И., Разведочное бурение, М., 1966;Техника бурения при разработке месторождений полезных ископаемых, М., 1966

2. Скрыпник С.Г., Данелянц С.М., Механизация в автоматизация трудоёмких процессов в бурении, М., 1968

3. Арш Э.И., Виторт Г.К., Черкасский Ф.Б., Новые методы дробления крепких горных пород. К., 1966. Волков С.А., Сулакшин С.С., Андреев М.М., Буровое дело, М., 1965;

4. Куличихин Н.И., Воздвиженский Б.И., Разведочное бурение, М., 1966;

5. Техника бурения при разработке месторождений полезных ископаемых, М., 1966.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Машины вращательного бурения. Назначение. Классификация

Машины вращательного бурения обеспечивают передачу на породоразрушающий инструмент постоянно действующих усилия подачи и крутящего момента. Благодаря этому режущая кромка инструмента внедряется на определенную глубину, а передняя грань его производит скалывание стружки угля или породы. Ввиду непрерывности процесса разрушения достигается высокая производительность машин вращательного бурения при относительно низкой энергоемкости разрушения забоя крупным сколом. Однако машины вращательного бурения эффективны лишь при бурении шпуров и скважин в углях и породах крепостью до 6 по М.М.Протодьяконову. В более крепких породах усилия подачи недостаточно для внедрения лезвия инструмента на необходимую глубину и происходит интенсивное истирание лезвия с выходом мелкодисперсных частиц разрушения и нагревом инструмента. Причем интенсивность абразивного износа лезвия инструмента возрастает с удалением режущей кромки от оси вращения ввиду увеличения пути трения.

Машины вращательного бурения подразделяются по назначению и выполняемым технологическим задачам.

Для бурения шпуров с целью последующего размещения в них взрывчатых веществ широко применяются ручные и колонковые сверла. Они удерживаются при работе в руках бурильщиков, либо устанавливаются на специальных приспособлениях (колонках, манипуляторах, буро-погрузочных машинах и т.д.).

Для проходки технологических скважин диаметром 250 - 1500 мм и более по углю и породе ниже средней крепости с целью вентиляции, спуска воды с выше расположенного горизонта, прокладки кабелей и трубопроводов, перепуска угля, подъема и опускания леса и т.д. широкое применение получили сбоечно-буровые машины. Как правило, они используются в условиях пластов крутого падения, где приходится проводить большое количество восстающих выработок (сбоек).

Для дегазации угольного массива, нагнетания воды в угольный пласт с целью его увлажнения применяются установки вращательного бурения специального назначения с диаметром шпуров или скважин 45 – 150 мм и глубиной бурения до 200 м.

По характеру приложения нагрузок к разрушающему инструменту к вращательному способу можно отнести алмазный и шарошечный виды бурения.

Ручные сверла

Ручные сверла предназначены для бурения шпуров по углю и мягким породам. По виду применяемой энергии ручные сверла подразделяются на электрические, пневматические и гидравлические.

Ручные сверла состоят из исполнительного органа, двигателя и редуктора. Исполнительный орган предназначен для разрушения породы или угля на забое шпура, а также для выноса продуктов разрушения (буровой мелочи).

Рабочим инструментом исполнительного органа является резец. От качества его изготовления и геометрической формы режущей кромки во многом зависит производительность бурения. Резец изготовляется из углеродистой стали У-7 или марганцовистой стали 45Г2 и режущая кромка его армируется пластинами твердого сплава ВК-8, ВК-4В. В зависимости от сопротивляемости резанию массива применяют угольные, углепородные и породные резцы (РУ-4М, РУ-13М, РП-7 и другие, рис.2.3).

Рис. 2.3. Резцы горных сверл

Различают следующие элементы резцов горных сверл: рабочую часть – перья 1, тело резца 2, хвостовик 3 для соединения резца с буровой штангой, переднюю 4 и заднюю 5 грани резца. Пересечение этих граней образует главную режущую кромку б и кромку рассечки 7.

Величина углов заточки резцов измеряется от плоскости резания, которая является касательной к поверхности резания, и проходит через главную режущую кромку резца. Угол резания образуется между передней гранью резца и плоскостью резания. Задний угол у образуется между задней гранью резца и плоскостью резания. Он задается для того, чтобы резец при бурении не прижимался задней гранью к поверхности забоя. Для угольных резцов задний угол принимается равным от 15° до 30° , а для породных – от 10° до 20°. Передний угол а образуется между передней гранью пера и плоскостью, перпендикулярной плоскости резания. Передний угол может быть положительным, нулевым или отрицательным. Угол приострения образуется передней и задней гранями резца. Уменьшение его величины одновременно снижает механическую прочность резца. При положительном переднем угле + + = 90°. Резцы изготовляются диаметром 41 - 43 мм с положительным допуском +(1.5 – 2.0) мм.

В процессе бурения допускается образование на режущей кромке лезвия, армированного твердым сплавом, площадки затупления шириной около 1 мм, при появлении которой необходимо произвести перезаточку резцов. Заточку производят на специальных заточных станках при обильной и непрерывной подаче воды. Прерывистая подача охлаждающей воды приводит к образованию трещин в пластинах твердого сплава и выкрашиванию их при бурении.

Буровые штанги служат для передачи вращательного движения и осевого усилия резцу и очистки шпура от буровой мелочи. Они изготовляются из углеродистой или легированной стали и имеют витую поверхность для транспортирования продуктов разрушения. Штанги имеют хвостовик для соединения со шпинделем сверла и головку для соединения с резцом. При бурении горными сверлами пользуются комплектом буровых штанг различной длины в зависимости от конечной длины шпура.

Двигатели горных сверл предназначены для привода во вращательное движение исполнительного органа и барабана механизма принудительной подачи на забой. В ручных сверлах применяют асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором напряжением 127 В с одной или двумя парой полюсов. Управление двигателем может производиться клавишным выключателем или дистанционно. В последнее время изготовляются ручные электросверла исключительно с дистанционным управлением, что позволяет повысить надежность работы сверла, уменьшить массу и повысить безопасность их обслуживания .

В шахтах опасных по пыли и газу применяются пневматические и гидравлические ручные сверла. В качестве пневматических используются пластинчатые пневмодвигатели с рабочим давлением сжатого воздуха 0.5-0.7 МПа, а в качестве гидравлических – турбины с рабочим давлением воды 2 – 3.5 МПа. Регулируя подачу сжатого воздуха или воды в двигатель, можно плавно изменять частоту вращения шпинделя сверла в зависимости от сопротивляемости резанию горного массива. Гидравлические и пневматические горные сверла просты, компактны, бесшумны в работе и имеют небольшую массу.

Передаточные механизмы (редукторы) сверл служат для передачи движения от двигателя к исполнительному органу с увеличением крутящего момента и снижением частоты вращения. В горных сверлах применяются одно-, двухступенчатые и планетарные редукторы. Одноступенчатые редукторы используются в быстроходных сверлах, предназначенных для бурения в мягких углях. Особенностью сверл с одноступенчатым редуктором является несоосность шпинделя с валом двигателя, что облегчает бурение шпуров у кровли и почвы выработки. Двухступенчатый редуктор применяется в сверлах, предназначенных для бурения шпуров в породах ниже средней крепости. Планетарный редуктор обеспечивает соосность двигателя и шпинделя, большое передаточное число и компактность конструкции.

Колонковые сверла

Колонковые сверла предназначены для бурения шпуров и скважин по мягким породам и породам средней крепости. Особенностями колонковых сверл является то, что они монтируются на установочных приспособлениях (колонках или манипуляторах) и имеют принудительную подачу на забой. Чаще они используются для бурения скважин длиной 10-20 и более метров.

Колонковое сверло состоит из исполнительного органа, двигателя и механизмов привода шпинделя во вращательное движение и осуществления принудительной подачи на забой.

Рис. 2.4. Резец РП-42

Исполнительный орган представлен резцом и комплектом буровых штанг. Породные резцы выполняются подобно угольным (рис.2.4) и имеют более прочное тело. Резцы для бурения породы средней крепости имеют отрицательный передний угол и соединяются со штангой конусным гнездом. Такие резцы имеют более прочную конструкцию и позволяют эффективно разрушать крепкие породы. Очистка шпура от буровой мелочи осуществляется промывкой за счет подачи воды через продольный канал штанги. В качестве привода в колонковых сверлах используются асинхронные короткозамкнутые электродвигатели с одной или двумя парами полюсов с непосредственным управлением при помощи трехполюсного реверсивного выключателя. Рабочее напряжение двигателя 660/380 В. Мощность приводных двигателей достигает 4.5 кВт.

Механизм привода шпинделя во вращательное движение представляет собой, как правило, двухступенчатый редуктор со сменными шестернями, что позволяет регулировать частоту вращения шпинделя в зависимости от крепости буримых пород.

Механизм подачи шпинделя обеспечивает создание осевого усилия на забой. В колонковых сверлах применяют: зависимую механическую подачу, гидравлическую подачу и независимую механическую подачу.

Зависимая механическая подача характерна тем, что подача и вращение шпинделя зависят между собой. При этом одному обороту шпинделя соответствует вполне определенная по величине подача. Это обеспечивается применением дифференциально-винтовой подачи. Подача шпинделя осуществляется за счет разности частоты вращения винта и гайки. Величина скорости подачи равна разности частоты вращения гайки и винта, умноженной на шаг резьбы t _В , т.е.

Однако, такая подача не обеспечивает нормальную работу колонкового сверла при бурении в породах различной крепости, так как в различных по крепости породах необходимы разные скорости подачи для срезания стружки различной толщины. Ввиду того, что при встрече более крепких пропластков пород резец не обеспечивает скалывание стружки значительной толщины как в слабых породах, дифференциально-винтовой механизм снабжается фрикционным устройством, которое за счет проскальзывания дисков фрикциона позволяет выравнить частоту вращения винта и гайки и тем самым снизить скорость подачи инструмента на забой. Максимально развиваемое усилие подачи дифференциально-винтового механизма с фрикционным устройством зависит от степени сжатия фрикционных дисков и задается специальной гайкой, обеспечивающей силу предварительного сжатия пружины, воздействующей на фрикционные диски. У сверла ЭБК-5 усилия сжатия пружины можно регулировать при работе в зависимости от условий бурения.

На рис.2.5 представлена кинематическая схема колонкового сверла ЭБК-5. Вращение от приводного электродвигателя через три пары зубчатых передач 1 - 2, 3 - 4, 5 - 6 передается направляющей втулке 7 и от нее ходовому винту 8, связанному с втулкой 7 двумя диаметрально расположенными шпонками. Винт жестко соединен с патроном 9, внутрь которого помещается хвостовик буровой штанги. Винт посредством двухзаходной ленточной резьбы связан с гайкой 15.

Рис. 2.5. Кинематическая схема колонкового сверла ЭБК-5

На торце ступицы шестерни 4 имеются кулачки, посредством которых вращение может быть передано кулачковой полумуфте 10, втулке 12 и через фрикцион 19 валу подачи III , зубчатой паре 13-14 гайки 15. При этом гайка 15 будет вращаться в ту же сторону, что и ходовой винт 8 с частотой вращения несколько большей чем винт. В данном случае обеспечивается рабочая скорость подачи шпинделя со штангой на забой. Поскольку рабочая подача составляет основную часть времени бурения шпура её включение обеспечивается пружиной 18, что не требует постоянной фиксации бурильщиком рукоятки 16 в крайнем правом положении. При повороте рукоятки 16 влево происходит расцепление кулачков полумуфты 10 с кулачками шестерни 4. В этом случае гайка 15 уже не получает принудительного вращения со стороны ротора и приводится во вращение силами трения между нею и винтом 8. При этом частота вращения гайки 15 и винта 8 одинакова, поэтому . Следовательно, скорость подачи шпинделя на забой также равна нулю. Для получения маневровой скорости подачи рукоятку 16 нужно перевести в крайнее левое положение. При этом полумуфта 10 прижимается к упорному кольцу 17 и затормаживается. Одновременно затормаживается вал подачи III , шестерни 13-14 и гайка ходового винта 15. Ходовой винт, вращаясь в неподвижной гайке, быстро подается назад. Скорость обратного хода винта при неподвижной гайке составит . Знак минус указывает на обратное направление подачи. Этой скоростью пользуются при извлечении штанги из пробуренного шпура. Зажатие фрикциона 19, т.е. величина максимального развиваемого усилия подачи регулируется предварительным сжатием пружины 11 посредством рукоятки 20, связанной валиком 21 и шестерней 22 с гайкой шестерней 23. Навинчиваясь на валик 24, гайка-шестерня 23 сжимает пружину 11, увеличивая передаваемый фрикционом 19 крутящий момент. Это обеспечивает возможность подбирать необходимые параметры режима бурения в зависимости от условий работы.

Гидравлическая подача исполнительного органа колонкового сверла на забой предусмотрена в выпускаемом Томским электромеханическим заводом им.В.В.Вахрушева сверле ЭБГ-2М. Она позволяет плавно регулировать осевое усилие, передаваемое на резец, и скорость подачи независимо от частоты вращения шпинделя. Гидрокинематическая схема сверла ЭБГ-2М представлена на рис.2.6. От электродвигателя 1 мощностью 3 кВт вращение передается шпинделю 2 через четыре пары шестерен 3 – 4, 5 – 6, 7 – 8 или 9 - 10, 11 – 12. Блок шестерня 7 – 9 посредством рукоятки управления 20 позволяет изменять частоту вращения шпинделя вдвое. С другим концом вала электродвигателя связан шестеренчатый насос 15 производительностью 4.5 л/мин и рабочим давлением 4.5 МПа. Гидропривод сверла состоит из насоса 15, гидроцилиндров 13 и 14, разгрузочного клапана 16, золотника 17 и рукояток 18 для переключения направления движения шпинделя и 19 изменения давления в гидросистеме.

Рис. 2.6. Кинематическая и гидравлическая схемы сверла ЭБГ

Независимая механическая подача обеспечивает перемещение на забой не шпинделя, а самого сверла с ходом подачи до 2 – 3 м против 0.9 м при дифференциально-винтовом и гидравлическом механизмах. Это позволяет пробуривать шпур на полную глубину с одной установки без замены штанг, что в 2 раза повышает производительность колонковых сверл.

В этом случае сверло с исполнительным органом устанавливается на специальных длинноходовых автоподатчиках. Сверло во время бурения перемещается по неподвижным направляющим, длина которых соответствует глубине шпура. Направляющие крепятся на манипуляторах погрузочных машин или на специальных буровых тележках. Автоподатчики могут быть винтовые, реечные, канатные и поршневые (ЭДВ, ЭБР, ЭДП) (рис.2.7).

Рис. 2.7. Схема сверла с независимой винтовой подачей

Технические характеристики колонковых сверл приведены в табл.2.2.

Сбоечно-буровые машины

Технология разработки угольных месторождений полезных ископаемых требует проведения скважин большого диаметра, соединяющих между собой откаточный и вентиляционный штреки. Механизированное проведение скважин диаметром до 500 мм и выше на всю высоту этажа существенно снижает трудоемкость подготовки гезенков, скатов, печей путем последующего расширения скважин. Скважины большого диаметра используются непосредственно как подготовительные выработки (углеспускные и вентиляционные печи) при щитовой системе разработки. Такие скважины используются также для вентиляции, спуска воды с верхнего горизонта, в целях дегазации пластов, прокладки кабелей, спуска угля и прохода людей.

Сбоечно-буровые машины осуществляют бурение скважин большого диаметра 200-500 мм с последующим их расширением до 800 – 1500 мм на длину до 100 – 150 м в условиях крутых пластов различной мощности. Буровые станки специального назначения имеют меньшие габариты и массу, чем сбоечно-буровые машины, и предназначены для бурения дегазационных, разведочных, дренажных и другого назначения скважин сравнительно небольшого диаметра (100 – 300 мм) и малой длины (30 – 60 м), также и в угольных пластах разной мощности и углов падения (табл.2.3).

Основной задачей, перед горнодобывающей промышленностью, является обеспечение прироста добычи полезных ископаемых в основном за счет повышения добычи наиболее эффективным открытым способом на основе широкого внедрения прогрессивной технологии и горно-транспортного оборудования большой единичной мощности.
Увеличение объемов добычи полезных ископаемых на основе всемирного роста производительности труда рабочих горных предприятий – непременное условие экономического развития предприятий и различных горнодобывающих отраслей государства.
К машинам, применяемым на открытых горных работах, относятся: бурильные машины, машины для закладки взрывчатых веществ, выемочно-погрузочные, транспортирующие машины. Цель реферата – рассмотреть одну из классификаций горных машин. Следует ознакомится с соответствующей литературой и усвоить для себя основные принципы работы и устройства оборудования. В данной работе я рассматриваю бурильные машины а также способы бурения горных пород.

ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………………..3
1.КЛАССИФИКАЦИЯ ГОРНЫХ МАШИН……………………………………. 4
2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О БУРИЛЬНЫХ МАШИНАХ
2.1 Способы бурения горных пород. ……………………………………. …6
2.2 Классификация бурильных машин………………………………………. 9
3. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ БУРЕНИЯ
3.1. СБШ – конструкция, составные части, принцип работы………………. 10
3.2. Конструкция шарошек для бурения скважин…………………………..…12
ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………………. 14
3. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ …………………………………………..………15

Файлы: 1 файл

горные машины реферат.doc

1.КЛАССИФИКАЦИЯ ГОРНЫХ МАШИН……………………………………. 4

2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О БУРИЛЬНЫХ МАШИНАХ

2.1 Способы бурения горных пород. ……………………………………. …6

2.2 Классификация бурильных машин………………………………………. 9

3. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ БУРЕНИЯ

3.1. СБШ – конструкция, составные части, принцип работы………………. 10

3.2. Конструкция шарошек для бурения скважин…………………………..…12

Увеличение объемов добычи полезных ископаемых на основе всемирного роста производительности труда рабочих горных предприятий – непременное условие экономического развития предприятий и различных горнодобывающих отраслей государства.

К машинам, применяемым на открытых горных работах, относятся: бурильные машины, машины для закладки взрывчатых веществ, выемочно-погрузочные, транспортирующие машины. Цель реферата – рассмотреть одну из классификаций горных машин. Следует ознакомится с соответствующей литературой и усвоить для себя основные принципы работы и устройства оборудования. В данной работе я рассматриваю бурильные машины а также способы бурения горных пород.

1.Классификация горных машин

Горные предприятия используют большое разнообразие машин различного функционального назначения, они относятся к группам: собственно горные машины, предназначенные для добычи полезных ископаемых и проведения горных выработок, горно-транспортные машины и стационарные машины.

Горные машины подразделяют на машины, производящие разрушение полезных ископаемых и пород, их погрузку на транспортные средства, выдающие полезное ископаемое или породу за пределы очистного или проходческого забоя, а также осуществляющие крепление в подземных условиях очистных и проходческих выработок.

Во многих случаях перед экскавацией горные породы необходимо рыхлить, для чего производят буровзрывные работы. Бурение скважин на карьерах ведется станками ударно-канатного, вращательного, шарошечного и термического бурения. В соответствующих горно-геологических условиях последние дают очень высокую производительность

Ряд горных машин производят не только разрушение, но и транспортирование или погрузку и транспортирование горной массы на значительные расстояния (бульдозеры, скреперы, погрузочно-транспортные машины).

Кроме основных машин для экскавации, бурения скважин и транспортирования горных пород, на карьерах используется большое число машин, выполняющих вспомогательные работы. Бульдозеры и скреперы применяются для зачистки полезного ископаемого, выравнивания поверхности перед укладкой рельсовых путей или при прокладке шоссейных дорог для автотранспорта.

Наибольшую производительность при добыче полезных ископаемых и проведении горных выработок (вскрышных работ при открытой добыче полезных ископаемых) обеспечивает комплексное использование машин различного функционального назначения, связанных с конструктивными и режимными параметрами и одновременно выполняющих свои рабочие функции по механизации основных и вспомогательных операций технологического процесса добычи полезного ископаемого (проведения горной выработки).

Исходя из этого, классифицируя оборудование для открытых горных пород по технологическому признаку, можно выделить семь классов:

машины для подготовки пород к выемке;

машины для вспомогательных работ.

Машины каждого класса делятся на группы, в каждой группе различают типы машин, отличающееся не характером выполняемой работы, а только конструкцией машины или узлов. Каждый тип машин может иметь несколько типоразмеров, отличающихся по параметрам, но совпадающих по конструкции. в данной работе рассмотрена классификация бурильных машин.

2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О БУРИЛЬНЫХ МАШИНАХ

2.1. Способы бурения горных пород

В настоящее время в горной промышленности применяются четыре способа бурения горных пород: вращательный, ударный, вращательно-ударный и термический. Каждый способ имеет свою область применения и поэтому не может полностью вытеснить другие.

Вращательное бурение (рис. 1, а) производится вращающейся коронкой, ось вращения которой совпадает с осью скважины. Одновременно коронке сообщается движение вдоль оси скважины (подача на забой). Каждое перо коронки при бурении движется по винтовой линии, скалывая передней гранью горную породу.

Этот процесс происходит непрерывно, вследствие чего достигается высокая скорость бурения. Вращательное бурение применяется только по породам средней и ниже средней крепости. Объясняется это тем, что при крепких породах режущие кромки коронки не в состоянии скалывать стружку значительной толщины и разрушают породу истиранием. При этом режиме работы резцы из металлокерамических твердых сплавов очень быстро изнашиваются, и скорость бурения становится очень малой. Производительно бурить скважины по крепким породам вращательным способом можно только алмазными коронками, но ввиду высокой стоимости и дефицитности алмазов применять алмазные коронки для массового бурения скважин нерентабельно.

Ударное бурение осуществляется двумя способами.

1. По хвостовику бура (рис. 1, б) наносится удар, и лезвие коронки, внедряясь, разрушает какой-то объем горной породы. После каждого удара коронка поворачивается на некоторый угол и постепенно разрушает породу по всему сечению скважины. Если коронку не поворачивать, то после нескольких ударов поверхность соприкосновения лезвия с породой настолько увеличится, что внедрение лезвия и разрушение горной породы прекратятся.

В некоторых бурильных машинах (станки ударно-канатного бурения) буровой инструмент разрушает забой, падая на него с некоторой высоты под действием собственного веса.

При ударном бурении процесс разрушения породы происходит периодически, с перерывами для возвратного и рабочего хода ударника или для подъема и падения бурового инструмента. Длительность пауз во много раз превышает длительность процесса разрушения, что обусловливает относительно низкую скорость ударного бурения. Ударом можно создавать очень большие удельные нагрузки на лезвие коронки. Кроме того, горные породы хрупки и под действием удара разрушаются легче, чем под действием статической нагрузки. Поэтому ударное бурение применяется для пород выше средней крепости. По породам ниже средней крепости применять ударное бурение нецелесообразно, так как оно уступает по производительности вращательному.

2. Удары по породе наносят зубья шарошки (рис. 1, г), перекатывающейся по забою скважины при значительном усилии подачи. Шарошечное бурение внешне протекает, как вращательное,- штанга, имеющая на конце шарошечное долото, вращается и подается на забой.

Шарошечное бурение более производительно, чем ударно-канатное, и в последнее время получает все более широкое применение на карьерах.

Вращательно-ударное бурение осуществляется прижатой к забою непрерывно вращающейся коронкой, по которой наносятся удары (рис. 1, в).

Под действием удара лезвие коронки внедряется в породу и разрушает ее. Процесс разрушения продолжается и в промежутках между ударами (под действием вращения коронки), хотя и с меньшей интенсивностью. Этот способ бурения успешно применяется по породам средней и выше средней крепости. Скорость бурения при этом в два-три раза больше, чем при ударном способе.

Разновидностью вращательно-ударного способа является вибрационное бурение: непрерывно вращающийся буровой снаряд совершает частые колебания вдоль оси - вибрирует.

Рис. 1 Схемы различных способов бурения горных пород:

а- вращательное; б- ударное; в- вращательно-ударное; г- шарошечное; д- термическое

Термическое бурение (рис. 1, д) осуществляется специальными

станками. Продукты сгорания, имеющие температуру 2500—30000С, со сверхзвуковой скоростью выходят из сопла горелки и ударяются о породу. Порода под действием интенсивного нагрева растрескивается и под механическим воздействием газовых струй разрушается. Горелка охлаждается водой, испаряющейся при выходе в забой скважины. Термическое бурение применяется по породам, имеющим кремнистое основание. Производительность его в десятки раз превышает производительность бурения ударным способом.

Термическое бурение успешно может применяться по породам тугоплавким и с низкой теплопроводностью, которые растрескиваются раньше, чем начинается их плавление. Плавление породы резко снижает скорость бурения и делает его невыгодным.

2.2. Классификация бурильных машин

Бурильные машины классифицируются по способу разрушения горной породы, по роду потребляемой энергии и по назначению.

По первому признаку они делятся на машины вращательного бурения, ударного (ударно-поворотного), вращательно-ударного и термического.

По назначению бурильные машины делятся на машины для бурения шпуров и небольших скважин (сверла ручные и колонковые и бурильные молотки) и машины для бурения скважин среднего и большого диаметра (станки вращательного бурения, станки с пневмоударниками, шарошечные, ударно-канатные и огневого бурения).

По роду потребляемой энергии бурильные машины делятся на электрические, пневматические, гидравлические и тепловые.

Бурильные машины с гидравлическими двигателями на открытых работах не применяются и поэтому здесь не рассматриваются.

К тепловым относятся станки термического бурения и станки, работающие с приводом от дизеля. Последние применяются при геологоразведочных работах и здесь не рассматриваются.

Сверла и бурильные молотки применяются на карьерах с малой производственной мощностью и для подсобных работ (разбуривание негабарита) на больших карьерах.

3. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ БУРЕНИЯ

3.1. СБШ – конструкция, составные части, принцип работы

Принципиальное устройство станка шарошечного бурения показано на примере станка СБШ-250МНА-32 (СБШ-250МНА) (рис. 2), который предназначен для бурения вертикальных и наклонных скважин в сухих и обводненных, а также в трещиноватых породах.

Рис. 2. СБШ-250МНА-32

Станок состоит из машинного отделения (2), гусеничного хода 4, кабины машиниста (5), мачты (7) и опор (6) для ее крепления. Все узлы рабочего органа смонтированы на мачте. Основные из них: вращательно подающий механизм, кассеты со штангами, механизм развенчивания штанг, верхний ключ с гидроприводом. Мачта представляет собой пространственную сварную ферму, на верхней обвязке которой, смонтирована опора блока механизма подачи, на нижней – установлены гидроцилиндры канатно-поршневой системы подачи бурового става, механизма развенчивания штанг и верхний ключ. Заваливание мачты станка при переездах осуществляется двумя гидроцилиндрами (1).При работе станок горизонтируется тремя гидродомкратами (3). Буровой станок смонтирован на унифицированном гусеничном ходу УГ60.

Привод гусеничного хода состоит из электродвигателя и четырехступенчатого бортового редуктора, ведущая звездочка которого приводит в движение гусеничную ленту.

Свинчивание и развенчивание буровых штанг и шарошечного долота осуществляется шпинделем вращателя.