Лекція 3 Гірничі роботи, інструменти й машини

Класифікація гірничих робіт. Проходження гірничих виробок здійснюють під час гірничих робіт, які проводяться для відокремлення частини корисних копалин або пустої породи від загального масиву. Гірничі роботи поділяються на ручні, що проводяться ручними та механізованими інструментами; машинні, що проводяться різними механізмами (екскаваторами, бульдозерами, скреперами, шурфопрохідницькими агрегатами тощо); гідромеханічні які використовують енергію води, що подається до місця роботи під великим напором; спеціальні, які використовують тепло та холод; підривні, що проводяться за рахунок енергії заряду ВР.

Гірничі роботи із застосуванням ручного інструменту мають малий обсяг, за якого використання механізованого інструменту економічно невигідне. До ручних інструментів належать: лопата, заступ, кайло, клин, молот, лом.

Лопата й заступ використовуються для проведення допоміжних робіт. Заступ – це лопата, лопать і держак якої розміщені в одній площині.

Кайло застосовують при розробці м’яких і розпушених порід, а також для влаштування врубів при подальшому навантаженні. Однобічне кайло (масою 1,5 кг) використовують у підземних, а двобічне (масою 2,5-3 кг) – у поверхневих виробках. Довжина держака становить 650-750 мм. Кайла поділяються на прості та складені. Кайло зі вставним лезом зветься обушком.

Клин, молот, лом застосовують при проходці ламких, .тріщинуватих і шаруватих порід, а також для вирівнювання кутів і стінок виробки після вибуху. Плоский клин, що закінчується лезом, застосовується при проходці з правильними площинами нашарування, у решті випадків – пірамідальний. Молот має масу 4-6 кг, довжину держака – 500-600 мм. Маса лома становить 7-10 кг, його довжина – 1,4-1,75 м.

Гірничі роботи із застосуванням механізованого інструменту. До механізованих інструментів належать пневматичні лопати, відбійний молоток, пневмолом тощо.

Пневматичні лопати застосовуються для розпушення важких суглинків, гравію, м’яких вапняків, ламких, глин, синіх льодовикових глин та інших порід аналогічної міцності. Продуктивність пневматичної лопати в 2,5-3 рази більша ніж ручних інструментів. Рушійною силою пневматичної лопати є стиснене повітря, яке виробляється пересувним або стаціонарним компресором та приводить у дію поршень із бойком у її циліндрі. У втулку нижньої частини циліндра входить шийка лопати. Під дією ударів бойка об шийку в породу входить лопать, після чого, діючи корпусом лопати як важелем, відокремлюють частину породи від масиву.

Пневматична лопата, яку виготовляє завод «Пневматик» (Санкт-Петербург), має довжину 670 мм, масу 8,6 кг, витрачає повітря в межах 0,8-1,0 м³/хв при тискові 53,9 · 10² – 58,8 · 10² гПа, кількість ударів бойка за хвилину – 1100.

Пневматичний відбійний молоток застосовують для механізованої проходки у м’яких, твердих, тріщинуватих вапняках, твердих і ламких глинах, мерзлих ґрунтах тощо. Відбійними молотками проводять відбивання породи, розбивання великих уламків, а також забирання рівчакових (бороздових) проб. Такий інструмент простий у користуванні, надійний у роботі, підвищує продуктивність праці в 2-2,5 рази порівняно з аналогічними ручними роботами. Принцип дії відбійного молотка подібний до пневматичної лопати. Робочим породоруйнівним інструментом слугує піка. Для твердих і не тріщинуватих порід застосовують піки завдовжки 150-250 мм із лезом пірамідальної форми та кутом загострення 60°, для м’яких порід – із добре вираженим кліважем – завдовжки 250-400 мм із лезом ланцетоподібної форми та кутом загострення 25-30°. Кут загострення – це кут між площинами леза піки.

Пневмолом застосовується при проходці гірничорозвідувальних виробок для руйнування та розпушення порід VI—IX категорій, його можна використовувати як пневматичну лопату для розробки м’яких, тріщинуватих і пластичних порід.

Екскаваторні роботи. Екскаватор – машина, за допомогою якої виймають, вантажать гірничу масу та виконують інші земляні роботи. На геологорозвідувальних роботах екскаватори застосовують для проходки канав і траншей у породах І—VI категорій за добувальністю. За характером робочого процесу розрізняють екскаватори переривчастої дії (одноковшеві) та неперервної (багатоковшеві).

Робочий цикл екскаватора складається з головних операцій:

– черпання ґрунту (заповнення ковша);

– переміщення ковша з ґрунтом до місця розвантаження;

– розвантаження ковша;

– повернення ковша у вихідне положення.

Одноковшеві екскаватори такі операції роблять послідовно. Це створює повний виробничий цикл. Багатоковшеві екскаватори одночасно виконують усі робочі операції, а також робоче пересування.

Одноковшеві екскаватори (рис. 3.1) мають: пряму та зворотну механічні лопати, драглайн, грейфер.

Рисунок 3.1. – Види одноковшевих екскаваторів:

а – з прямою лопатою; б – зі зворотною лопатою; в – з грейфером; г - з драглайном

Пряма механічна лопата (рис. 3.1, а) призначається для видобування породи вище рівня установки екскаватора, також застосовується в найрізноманітніших умовах виробництва гірничих робіт у породах різної міцності. При розробці скельних порід механічна лопата править за вантажно-розвантажувальний механізм після попереднього розпушення породи вибухом. Робоче обладнання прямої механічної лопати складається з ковша, рукоятки, напірного механізму, блоків і канатів. Місткість ковша від 0,15 до 3 м³ (і більше).

Зворотна механічна лопата (рис. 3.1, б) призначається для розробки порід, які містяться нижче рівня установки екскаватора. Ківш, який вибирає породу, переміщується в напрямі екскаватора. Зворотна механічна лопата, що має місткість ковша 0,15-1,0 м³, застосовується для проходки канав і траншей невеликого перерізу та глибини.

Драглайн (канатно-скребковий екскаватор) – (рис. 3.1, г) з місткістю ковша 0,25-1,5 м³ призначений для роботи в породах різної міцності. Він застосовується для розробки вибою згори (нижнім черпанням) із горизонту розташування екскаватора; на неосушених, обводнених або слабких породах, коли встановлення екскаватора на підошві вибою утруднене або неможливе; для проходки канав і траншей у відвал або з вантаженням на транспорт; для виймання ґрунту з котлованів.

Тягловий трос тягне ківш, який збирає породу; підйомним тросом регулюють глибину виїмки, а також піднімають наповнений ківш. Повертанням стріли обертають ківш до місця його розвантаження.

Грейфер (самозахватний ківш) (рис. 3.1, в) відрізняється від драглайна конструкцією й характером виймання породи. Ківш забирає породу, врізаючись у неї при падінні. Наповнений породою й закритий ківш підіймається й переноситься до місця розвантаження, розчиняється грейфер, і порода скидається по вертикалі. Грейферний екскаватор з місткістю ковша 0,25-1,0 м³ застосовується для виймання ґрунту з котлованів, для підводних робіт, навантажування та розвантажування сипких матеріалів.

У геологорозвідувальних організаціях найбільшого поширення набули гідравлічні навісні екскаватори на пневмоколісному чи гусеничному ходу, які застосовуються як з прямою, так і зі зворотною (механічною) лопатою, з підвищеною маневреністю, прохідністю, продуктивністю, з використанням навісного робочого обладнання. Існує велика кількість типів і марок сучасних екскаваторів (екскаватори-крани, крокуючі, лазячі тощо). На геологорозвідувальних роботах із багатоковшевих екскаваторів найчастіше застосовуються ланцюгові з нижнім черпанням (рис. 3.2). Ковші-черпаки ланцюгових екскаваторів закріплені на нескінченному ланцюгу, разом із яким вони переміщуються, одночасно зрізуючи та забираючи породу, яка транспортується до місця її розвантаження (бічного або центрального), місткість черпака від 8 до 2500 л. Найбільшого застосування на розвідувальних роботах знайшли багатоковшеві екскаватори – канавокопачі марок ЕТН-251 та ЕТУ-353.

Рисунок 3.2. – Багатоківшевий екскаватор з нижнім черпанням

Екскаватор ЕТН-251 (на базі трактора ТН-54) успішно використовується при проходці канав у породах І—II категорій. При глибині канав 2-2,5 м і ширині 0,9 м його продуктивність досягає 180-200 м³ за зміну. Канави прямолінійні, широкі та не потребують у більшості випадків додаткового зачищення. Екскаватор ЕТН-251 чутливий до бічного похилу, що є загальним недоліком усіх екскаваторів. Бічний похил більше ніж 8° призводить до швидкого обвалення стінок канави. При великих бічних похилах належить застосовувати грейфер для розчистки та утворення зрізки (дороги, по якій екскаватором проходиться канава). Продуктивність грейфера при бічному похилі 15-30° становить від 80 до 125 м/год.

Траншейні екскаватори марки ЕТЦ-205С застосовують для проходки канав у мерзлих ґрунтах як сезонного промерзання, так і вічномерзлих, а також в особливо щільних талих ґрунтах і слабких породах (мергель, туф, сланець) при температурі повітря до -40°С.

Базою екскаватора слугує бульдозер Д-687С. Екскаватор споряджений робочим обладнанням двох модифікацій: а) основним, яке дає змогу проходити канави завглибшки до 2 м і завширшки до 0,85 м; б) змінним – для проходки канав завглибшки до 1,3 м при ширині до 0,9 м. Робоче обладнання легко демонтується. Машина використовується також як бульдозер. Екскаватор замінює 90-95 робітників. Його продуктивність становить 65-100 м³ за зміну.

Вибір типу екскаватора залежить від факторів, які необхідно оцінювати й враховувати стосовно конкретних умов його використання. Головні фактори:

1) фізико-механічні властивості порід;

2) водонасиченість;

3) наявність валунних, відкладів;

4) рельєф місцевості – розмір поздовжніх і бічних похилів;

5) масштаб і характер робіт.

За допомогою механічних лопат (прямої та зворотної) розробляють породи – від м’яких до важких грунтів, включаючи валунні відклади, але при помірній водонасиченості, витриманих ґрунтах із достатньою міцністю (несуча здатність – не менша ніж 1,5-2,5 кг/см²). При слабкому ґрунті застосовують щити (настил). Механічна лопата витримує поздовжні похили до 14-15° і бічні до 8-10°. Механічні лопати нормально діють на мерзлих, попередньо розпушених ґрунтах. Вони також легші у застосуванні за багатоковшеві екскаватори в липких глинистих ґрунтах. Механічні лопати найчастіше використовують для вантаження породи у транспортні засоби.

Канатно-скребковий (драглайн) і грейферний екскаватори рекомендується застосовувати при слабкому ґрунті, який не має великих валунів і підвищеної водонасиченості порід. Найкращі результати отримують при проходці траншеї із відвантаженням породи в бортовий відвал.

Багатоковшеві екскаватори успішно застосовуються й у м’яких породах, без великих шматків міцних порід і валунів; у добре витриманих за формою залягання родовищ; у породах помірної водонасиченості, при похилах місцевості – поздовжньому до 10° і бічному до 7-8°. При проходці канав і траншей в основному застосовуються багатоковшеві екскаватори – канавокопачі, які забезпечують проходку виробок завширшки від 0,9 до 1,1 м (і більше) при глибині до 3,5 м (і більше). Використання багатоковшевих екскаваторів особливо економічне при проходці магістральних канав завдовжки понад 100 м. При проходці канав у пухких відкладах із валунами економічно застосовувати одноковшеві екскаватори, тому що при цьому значно знижується продуктивність і частіше стаються поломи багатоковшевих екскаваторів.

На вибір місткості ковша та робочих розмірів екскаватора впливає:

1) масштаб роботи (необхідна продуктивність екскаватора);

2) характер робіт (проходка канав, траншей, котлованів або виконання інших земляних робіт)

3) запланована механізація інших процесів.

У малоосвоєних районах, які не мають місцевих джерел електроенергії, застосовуються дизельні екскаватори, в добре освоєних районах – електричні.

Робота будь-якого екскаватора може проходити зі складанням вибраної породи в бортовий відвал або навантажуванням її в транспортні засоби. Залежно від цього розрізняють роботу екскаватора за безтранспортною та транспортною схемами.

Безтранспортна схема застосовується в разі можливості розміщення всього об’єму породи безпосередньо на бортах траншеї. Транспортна схема (в разі неможливості здійснити безтранспортну) з автомобільним або іншим транспортом застосовується при невеликих обсягах робіт і середніх відстанях переміщення – до 100 м (і більше). Безтранспортна схема забезпечує найпростіше й ефективніше проходження канав і траншей та найповніше й економічніше використання екскаваторів.

Проходження розвідувальних канав і траншей здійснюється одноковшевим екскаватором – зворотною лопатою та ланцюговим багатоковшевим – канавокопачем.

Для захисту розвідувальної траншеї від стоку поверхневої води відвали ґрунту розміщують із нагорного боку траншеї. Якщо робочі розміри багатоковшевого екскаватора не дають змоги пройти траншею до проектної глибини, застосовують комбіновану роботу екскаватора та бульдозера.

Бульдозерні роботи. Тракторний струг-бульдозер складається з трактора та відвального щита (лемеша), що опускається й піднімається. Опущений леміш заглиблюється в грунт при рухові трактора, зрізає його та пересуває перед собою до місця розвантаження (відвалу). На відвалі леміш піднімається, а ґрунт лишається на місці.

Тракторні струги-бульдозери застосовуються для переміщення ґрунту на відстань до 100 м (і більше). Бульдозери застосовуються на планувальних роботах, корчуванні пеньків, рубанні дерев, розчистці кущів тощо. На геологічних роботах бульдозери використовуються для засипання шурфів, канав і траншей, на будівництві доріг до бурових вишок і гірничих виробок, для вирівнювання майданчиків для бурових вишок і проходки розвідувальних канав, траншей, розчисток. Особливо ефективне їх застосування при потужності наносів до 1,5 м.

Продуктивність тракторного струга залежить від категорії порід і відстані переміщення. Наприклад, продуктивність бульдозера Д-157 в породах IV категорії з довжиною переміщення 20 м становить 370 м³ за зміну, а зі 100 м – 90.

Для проведення канав і траншей застосовують бульдозери з найвужчим ножем не більше ніж 2,8 м. При проходці розвідувальних траншей грунт транспортується у відвали, які розміщені на відстані до 100 м від бортів траншеї.

Існує певна технологічна схема роботи бульдозера: пошарова розробка ґрунту та переміщення його на порівняно невеликі відстані.

Для проходження розвідувальних траншей найчастіше застосовують звичайну поздовжньо-поперечну схему руху бульдозерів. У роботі за такою схемою беруть участь два бульдозери. В цьому випадку трасу розбивають на захватки завдовжки 40-50 м. Один бульдозер розробляє грунт по всій ширині траншеї й переміщує його поздовжніми ходами до межі захватки. Інший бульдозер, що рухається перпендикулярно до осі траншеї, пересуває цей грунт у відвал. Це дає змогу рівномірно розташовувати породу по всій довжині траншеї, що спрощує зворотну засипку траншеї. В разі невеликих обсягів робіт слід застосовувати один бульдозер для позмінного переміщення ґрунту.

Комплексна робота бульдозера та одноковшевого екскаватора застосовується при розробці ґрунту в глибоких траншеях, коли висота розроблюваного уступу перевищує максимальну висоту різання ґрунту екскаватором. У таких випадках бульдозери використовуються для зниження висоти уступу.

Комплексна робота бульдозера та багатоковшевих екскаваторів застосовується в разі, коли необхідно пройти траншею завглибшки більш як 3 м, тобто якщо проектна глибина траншеї перевищує максимальну глибину різання ґрунту багатоковшевим екскаватором. Роботу виконують у два етапи: по трасі траншеї бульдозером проходять широку виїмку, а потім заглиблюють її багатоковшевим екскаватором до проектної відмітки.

Комбінування роботи бульдозера та буропідривних робіт складається з розпушення зарядами ВР на певну глибину та подальшого транспортування бульдозером у відвал.

Застосування бульдозерів знижує вартість канаво-траншейних робіт на 30 % порівняно з проходкою вручну.

Скреперні роботи. Скрепери застосовуються як прохідницькі машини для розпушення та переміщення порід І-VI категорій і як транспортувальні машини для порід будь-якої категорії (породи вищі за VIII категорію спочатку розпушуються зарядами ВР).

Скрепери поділяються на самохідні, причіпні та канатно-скреперні установки.

Самохідні та причіпні скрепери застосовуються при плануванні траси, проходженні канав і траншей, підрізанні косогорів та укосів, обладнанні доріг, відсипці дамб, плануванні майданчиків під бурові та інші споруди тощо. Продуктивність скреперів залежить від категорій порід і відстані переміщення. Самохідні та причіпні скрепери порівняно з іншими землерийними машинами мають ряд переваг: проста конструкція, легкість керування та висока продуктивність.

Причіпні скрепери з гусеничними тракторами-тягачами доцільно застосовувати для транспортування ґрунту на порівняно невелику відстань (до 1000 м) шляхами, які мають значні схили та слабкі ґрунти. Колісні тягачі тракторного типу мають великі швидкості, малу вагу, але вони потребують сприятливих шляхових умов. Самохідні скрепери застосовуються при великих обсягах ґрунтових робіт і транспортуванні ґрунту на значні відстані (до 1500 м і більше). Застосування причіпних і самохідних скреперів знижує вартість виробництва земляних робіт порівняно з іншими способами механізації розробки ґрунтів.

Канатно-скреперні установки застосовують для проходки канав і траншей та для прибирання породи з підземних виробок.

У відносно недовгих горизонтальних виробках (штольнях, розсічках, які проходять із розвідувальних шахт, шурфів) скреперними установками безпосередньо доставляють відбиту породу від вибою без застосування вагонеток і рейкових колій. Найбільша кількість канавних робіт здійснюється на схилах гір, які мають значні подовжені та бічні схили, де застосування екскаваторів та інших землерийних машин утруднене або зовсім неможливе. В таких випадках застосовують канатно-скреперні установки, які проходять канави завглибшки до 5 м і завдовжки до 100 м і більше.

Канатно-скреперна установка (рис. 3.3) складається з двобарабанної лебідки, яка приводиться в рух електромотором або двигуном внутрішнього згоряння; головного та хвостового канатів; хвостового блока; ковша. Принцип роботи канатно-скреперної установки такий. При намотуванні головного каната на робочий барабан лебідки ківш переміщується в бік розвантаження й завантажується породою, яка зрізається робочим пругом (кромкою) ковша. У зворотному напрямі ківш переміщується хвостовим канатом. Лебідку скрепера слід монтувати на шасі вантажного автомобіля або трактора (привод – їхній двигун), що збільшує транспортабельність канатно-скреперної установки. Застосовуються уніфіковані скреперні лебідки з потужністю двигуна 7, 14, 28, 55 та 75 кВт.

При проходці розвідувальних канав і траншей найбільш поширеними є зонтичні ковші (рис. 3.4). Для надання канаві трапецієподібної форми застосовують два ковші з різною шириною робочого пруга (кромки).

Рисунок 3.3. – Схема канатно-скреперної установки:

1 – ківш скрепера; 2 – головний канат; 3 – двобарабанна скреперна лебідка з приводом; 4 – напрямний блок; 5 – хвостовий канат; 6 – хвостовий блок

Випускаються малогабаритні скреперні установки, призначені для проходки розвідувальних канав у гірських умовах. Установка складається з привода-двигуна внутрішнього згоряння, двобарабанної лебідки, зонтичного ковша, відхиляючої кінцевої опори, паливного бака та тента. Установка транспортабельна, розкладається на вузли масою не більше ніж 65 кг, що полегшує її транспортування у важкодоступних районах.

Рисунок 3.4. – Загальний вигляд зонтичного ковша скрепера

Канави, що проходять за допомогою цих скреперних установок, прямолінійні, їхні борти досить стійкі. Забезпечується ширина канав по дну не менша ніж 0,8 м, а глибина досягає 5,5 м. Найефективніше установка діє на схилах гір із нахилом більше ніж 15° при проходці канав секціями завдовжки 20-25 м і завглибшки до 3 м. При такому нахилі значно спрощується утворення відвалів.

У виробничих геологічних підприємствах, які ведуть проходку розвідувальних канав, розроблені й успішно застосовуються скреперні установки різних типів конструкцій, у тому числі й самохідні.

Технологічний процес при проходці канав і траншей стаціонарними скреперними лебідками складається з таких операцій:

1) підготовка робочого майданчика;

2) перевезення й монтаж установки;

3) скреперування – проходження канави ковшем скрепера;

4) демонтаж установки.

Процес проходження складається з переміщення ковша вперед (робочий хід) – підрізання породи та транспортування її у відвал. При зворотному переміщенні (зворотний хід) тільки зонтичний скрепер робить пушіння породи відкидними зубцями. Залежно від категорії порід і коефіцієнта наповнення скрепера робочий хід виконується по всій довжині канави або по її частині.

Найвища продуктивність досягається при довжині скреперування 20-25 м, тому канави більшої довжини розбиваються на секції. Спочатку проходиться та документується перша секція, потім друга й т. д. Порода при проходці другої секції переміщується до першої й засипає її.

Породи вище за VIII категорію необхідно попередньо розпушувати зарядами ВР.

Розпушники. При проходці канав і траншей скреперами на ділянках із важкими ґрунтами проводять попереднє розпушування порід за допомогою розпушників. Розпушники застосовують також для розчистки смуг під канави, траншеї від коренів, пнів, чагарників тощо. За один прохід обробляються ділянки завдовжки до 200 м. Наприклад, продуктивність розпушника Д-162А при частковому розпушенні для скреперних робіт при довжині смуги 200 м, ширині 2,4 м й глибині розпушування 0,55 м – 400 м³/рік; при розчистці аналогічної смуги від пнів, чагарників – 100 м³ /рік.

Застосовуються також навісні розпушники, що дає змогу вико­нувати не тільки бульдозерні роботи, а й розпушувати щільні або промерзлі ґрунти на невелику глибину. Розпушник навішується на бульдозер із протилежного боку відвального щита.

Механізовані шурфопрохідницькі роботи. Буріння є найдосконалішим способом проходження шурфів у нескельних породах і має певні переваги:

1) комплексна механізація прохідницьких робіт (руйнування породи в вибої шурфу й видача її на поверхню);

2) зниження трудомісткості кріплення шурфу (сталість виробки круглого перерізу, застосування стандартного кріплення);

3) можливість мобільно доставляти й монтувати бурове обладнання (агрегат збирається на автомашині або на причепі).

До недоліків треба віднести:

1) необхідність обладнання робочого майданчика,

2) трудомісткість відвальних робіт.

Вибір раціональних схем робочих майданчиків і типу відвалу багато в чому передбачає ефективність такого способу робіт. Розміри робочого майданчика вибирають з урахуванням розташування на ньому бурової установки та гарантування зручності й безпеки роботи, можливості віддалення від устя шурфу вибуреної породи, складання й демонтажу крана, переміщення бурової установки. Технологічне обладнання й матеріали розміщують на майданчику або близько від нього. Якщо кут нахилу місцевості більш як 5°, улаштовують горизонтальні майданчики за схемою уступної або траншейної виїмки. При спорудженні уступних виїмок руйнування або прибирання породи у відвал здійснюється вручну або буровибуховими роботами. На відміну від уступних виїмок траншейні зручніше проходити бульдозером.

При механізованій проходці шурфів бурінням у породах І-X категорій застосовується група причіпного обладнання, до якої входять копачі шахтних колодязів КШК-25, КШК-30 та КШК-30А, шурфопрохідний агрегат ПІПА-24 тощо, група самохідного обладнання – установки ЛБУ-50, ШКМ-1, БЕМ-600, БЕМ-1000, БУС-900, УШБ-16, БКГМ-63-62, БКГМ-63-3, МРК-1А тощо. Бурові машини КШК-25, КШК-30, КШК-30А належать до установок із періодичним витяганням породи та широко застосовуються для проходки шурфів (дудок).

Копач шахтних колодязів КШК-30 призначається для механізованої проходки шурфів діаметром 1300 мм на глибину до 25 м. Розрахункова продуктивність установки в породах І-V категорій – 1-1,5 м/год. Обслуговуючий персонал – моторист і два робітника. Основні вузли машини: металева вишка висотою 5,5 м, бур та пристрій для спускання обсадних кілець у шурф.

Розглянемо принцип роботи бура КШК-30 (рис. 10). При обертанні бура лемеші, розташовані в його конусному дні, розпушують грунт, який під напором проштовхується крізь вікна всередину бура. Одночасно розширник зрізає грунт по верхньому кільцю стінок шурфу й скидає його в бур. Ножі розширника, що складаються (ховаються всередину), дають змогу бурові проходити всередині обсадного кільця, а при розкритті й досягненні вибою забезпечують розбурення шурфу до необхідного діаметра. Перко, або ніж, що міститься на нижній ланці бурильної труби, розпушує грунт, який потрапляє під лемеші. Наповнення бура здійснюється одночасно згори та знизу, при цьому об’єм ґрунту, який подається знизу, дорівнює приблизно 1/3 місткості бура, а 2/3 місткості заповнюється згори. За один цикл бур заглиблюється на 160-170 мм. Лебідка піднімає бур, а трос власним натягом примушує складатися тросотримач та розширники. Зі складеними розширниками бур вільно проходить всередину обсадних кілець. При виході з шурфу бур відчиняє кришки оголовка, які після проходу бура зачиняються під дією власної ваги. Бур, підвішений на тросах, повертають дверцями в бік вивантаження породи й розвантажують його. грунт переповзає лотками бура по нахилених кришках оголовка.

Після звільнення від опори бур зачиняють, знов опускають у шурф, цикл повторюється. При кожному заглибленні на 2 м проводиться нарощування штанги та спускання залізобетонних обсадних кілець за допомогою ручних лебідок. Кріплення шурфу здійснюється тільки в малостійких породах.

Застосування машини КШК-30 для буріння шурфів замість ручної проходки підвищує продуктивність праці в шість разів і знижує собівартість у три рази. Істотний недолік установки — відсутність можливості механічно обчищати пришурфову зону від вийнятої породи. Такий процес надто трудомісткий і потребує багато часу.

Копач КШК-25 має аналогічну конструкцію, бурить шурфи діаметром 1230 мм на глибину до 25 м. Швидкість проходки шурфів машиною КШК-25 порівняно з ручною збільшується в три рази, а вартість шурфування знижується вдвоє.

Пересувна бурова установка ЛБУ-50 призначається для буріння шурфів, спорудження гідрогеологічних і артезіанських свердловин. Установка змонтована на автомобілі ЗИЛ-157 К. Діаметр буріння шурфів – 1050 мм. Діаметри буріння свердловин шнеками – 240 мм, шнеками в поєднанні з ударно-канатним бурінням – 200 мм. Глибина буріння шурфів – до 15 м, свердловин – до 50 м.

Гідромеханічні роботи. Гідромеханізація – такий спосіб механізації гірничих робіт, за якого всі або окремі операції цілком або частково виконуються за рахунок енергії водяного струменя. За допомогою води грунт розробляється, транспортується й відкладається у відвал. Для виконання операцій з водою безперервний напір її має дорівнювати від 19,6 · 10² до 176,4 · 10² гПа, а відповідні швидкості руху – залежно від щільності ґрунту (20–50 м/с). Якщо грунт розробляється інакше (за механічним, підривним чи іншим способом), тоді для його транспортування необхідна швидкість води від 1,5 до 5-6 м/с.

Розрізняють два способи гідромеханізації: штучних селевих потоків і гідромоніторний.

Спосіб штучних селевих потоків. У деяких геологічних організаціях широко застосовується проходжен­ня розвідувальних канав за методом селевих потоків. Суть способу полягає в тому, що вода підводиться до водозабірника, розташованого на найбільшій висотній відмітці, накопичується в ньому, а потім періодично випускається з водозабірника й спрямовується попередньо розпушеною трасою канави, утворюючи кам’яний селевий потік, який розмиває делювіально-алювіальні відклади на шляху власного руху. Спосіб штучних селевих потоків складається з:

1) трасування канав приблизно під прямим кутом до горизонталей;

2) спорудження на початку кожної канави водозабірника місткістю 10-15 м ;

3) проведення водопровідної канави (або водопроводу) від водойми до водозабірника;

4) регулювання та контроль водного потоку;

5) розчистка дна канави для геологічної документації.

Порядок проведення робіт такий:

– по осі канави бурять шпури на відстані 1,2-1,5 м, завглибшки 0,6-0,8 м, заряджають і підривають їх;

– по розпушеній трасі канави направляють водяний потік із водозабірника, який незабаром перетворюється на кам’яний сель, що руйнує на шляху власного руху делювіально-алювіальні відклади на глибину 60-70 см і пересуває їх по трасі канави вниз за течією;

– періодично поновлюють водозабірник за 15-40 хв, після чого воду випускають у канаву, утворюючи новий селевий потік – вал.

Операцію продовжують доти, доки канава не набуває проектної глибини.

У нижній частині канав утворюються відвали. Такий метод застосовується при нахилі місцевості більше ніж 5° й за наявності поблизу джерела води, яке забезпечує водозбирання не менше ніж 40 л/с. Продуктивність одного канавника становить 10-11 м³/год. Перед пуском штучного селевого потоку мають бути вжиті заходи, які виключають доступ людей і тварин до району траси потоку.

Гідромоніторний спосіб проходження канав і траншей полягає в тому, що вода підводиться до місця розмиву під тиском, який утворюється насосами, проходить крізь гідромонітор, з великою швидкістю вилітає з його насадки, розмиваючи породи.

При проходці канав і траншей застосовуються певні схеми гідромоніторних робіт. Порода розмивається гідромонітором безпосередньо в масиві вибою при швидкості струменя води 25-40 м/с й напорі 39,2·10⁴-9,8·10⁵ Па. Розмита порода у вигляді пульпи (суміш породи з водою) стікає підошвою канави (траншеї) або лотками у гідровідвал (кінцеве місце скидання пульпи), або до приямка (зумпфа) землесоса. Землесос забирає пульпу із зумпфа й напірними трубами транспортує її у гідровідвал. Розрізняють самопливне та напірне транспортування пульпи. Самопливне економічніше й застосовується за достатнього нахилу місцевості. Напірне транспортування найпоширеніше внаслідок відсутності природних умов для самопливного транспортування. Воду від водозабору до гідромонітора найзручніше подавати сталевими або поліхлорвініловими трубами з швидко роз’ємними сполученнями на з’єднаннях.

Гідромонітор – механізм для розмиву породи, що призначається для перетворення потенціальної енергії води в кінетичну. Гідромонітор має нижнє нерухоме коліно з фланцем, верхнє рухоме коліно, стовбур і насадку. За допомогою горизонтального шарніра, який сполучає нижнє та верхнє коліна, стовбур гідромонітора повертається кругом вертикальної осі на 360°, а за допомогою вертикального шарового шарніра – у вертикальні площини вгору на кут до 40°, вниз – до 20°. Гідромонітор розташований на полозках, керується важелем або штурвалом, прикріпленим до стовбура. На вільному кінці важеля-водила закріплюється противага, яка врівноважує гідромонітор при робочому тиску води.

На гідромоніторних роботах застосовуються землесосні пристрої першого (забійного) та наступних ступенів. Забійні землесоси встановлюються над зумпфом і перекачують із нього пульпу, яка надходить безпосередньо від вибою. Землесосні пристрої другого ступеня й решти послідовно перекачують пульпу після вибійного та інших попередніх землесосних пристроїв. Пульпа містить від 10 до 15 % твердих частинок.

Землесоси – відцентрові високонапірні одноколісні насоси з однобічним усмоктуванням. Середньомісячна продуктивність одного землесоса – 11-15 тис. м³ породи. Найбільшого поширення дістали землесоси типу НД, НЗ, ЗПМ тощо. Продуктивність землесосів 8НЗ – від 400 до 900 м³/рік, за незначних змін напору – від 29,4·10⁴ до 22,5·10⁴ гПа.

На гірничих роботах застосовуються пересувні землесосні установки, рідко стаціонарні. Пересування їх здійснюється за допомогою бульдозера.

Гідромоніторний спосіб має переваги:

1) просте й недороге обладнання;

2) відносно невисока вартість робіт;

3) невелика потреба в робітниках.

Метод застосовують за здатності грунтів до легкого розмивання, наявності надійного джерела водопостачання й дешевої електроенергії. Якщо не існує поверхневих джерел (річки, озера тощо), використовують артезіанську свердловину.

Питання для самоперевірки:

1 Що Ви знаєте про гірничі роботи із застосуванням ручного інструменту?

2 Що Ви знаєте про гірничі роботи із застосуванням механізованого інструменту.

3 Що Ви знаєте про екскаваторні та бульдозерні роботи?

4 Що таке скреперні роботи?

5 Схарактеризуйте механізовані шурфопрохідницькі роботи?

6 Що таке гідромеханічні роботи?

7 Які способи гідромеханічних робіт Ви знаєте?