17.3 Буровое оборудование и инструмент. Технические характеристики буровых станков

При выборе оборудования для буровых работ в шахте определяющими факторами являются: физико-механические свойства пород, угол наклона, диаметр и глубина скважины, способ бурения (бескерновый или с отбором керна, шнеками или с промывкой), назначение и размеры подземных горных выработок, из которых проводится бурение. Предпочтение при равных условиях отдается компактному оборудованию с меньшей массой и большей монтажеспособностыо. Во всех случаях следует стремиться к уменьшению числа находящихся в эксплуатации станков, что облегчает их эксплуатацию, ремонт, подготовку бурового персонала (обычно не более 3-4 типов станков). Технические характеристики станков для бурения по углю и породам приводятся в таблицах 17.5, 17.6 и 17.7

Все станки обязательно оснащаются средствами крепления их в горных выработках трубодержателями (в наклонных восстающих скважинах). При использовании буровых станков из других отраслей не учтены условия буровых работ в угольных шахтах и обычно отсутствуют приспособления для раскрепления в выработках, основания переменной высоты, приспособления для бурения восстаю-

щих скважин и т. д.

17.3.1 Основные элементы буровых станков

Этими элементами являются вращатель и механизм поступательного движения буровой колонны для создания осевой нагрузки в процессе углубки скважины. Вращатель и механизм подачи (поступательного движения) могут быть отдельными взаимодействующими узлами или единым узлом. В конструкциях буровых станков, применяемых при бурении скважин в подземных горных выработках угольных шахт, выделяются группы:

• с подвижным вращателем;

• с неподвижным вращателем и выдвижным шпинделем.

Подача осуществляется передачей давления через гидравлические (превалирует) и винтовые усилия. Принципиальные схемы основных типов вращательных систем подачи приводятся на рисунке 17.3

Таблица 17.5 – Технические характеристики станков для бурения по углю (по А.С. Юшкову)

Параметр	БВУ	ЛБС-4	СБМ-3У	БШ-2М	"Старт"	ОБШ-2	БГА-2	БГА-4
Диаметр бурения, мм	200; 250	120; 300	390	170; 30	250; 300	250; 300	390; 500	390; 500
Глубина бурения, м шнековым ставом гладким ставом	20 -	30 60	70 150	- 150	30 -	40 -	60 100	80 150
Угол наклона к горизонту, 0	0-90	0-90	0-90	45-90	0-30	± 15	0-90	0-90
Производительность, м/ч м/смен	- 50	5,4 -	- 48	- 50	15 -	15 -	- 60	- 60
Тип механизма подачи	Винтовой					Гидравлический
Ход подачи, мм	1100	720	880	1360	930	1250	722	758
Усилие подачи, Н (гкс)	14710 (1500)	34320 (3500)	98065 (10000)	14710 (1500)	29420 (3000)	29420 (3000)	55700 (5680)	107870 (11000)
Скорость подачи, м/мин рабочая маневровая	1 4	0,21 1,28; 1,3;1,49	0,24 -	0,8 1,5	1,7 8,6	4 6	1,06 2,12	1,3 2,76
Частота вращения бурового инструмента, об/мин	до 100	99,5 или до 80,3	92,2 или до 64,8	156	107	до 80	115	124
Тип электродвигателя	-	КОМ32-4 ВАО51-4	М143-2/4	-	ВАОБ41-2	-	КОМФ42-4	ВАО62-4
Мощность электродвигателя, кВт	-	7,2:7,5	16	-	5,5	-	13	17
Тип пневмодвигателя	Спец-й	ПРШ-10	ПРШ-16М	Спец-й	-	К1 6Ф	-	-
Мощность пневодвигателя, кВт (лс)	3,7 (5)	7,3 (10)	11,7 (16)	18,4 (25)	-	11,7 (16)	-	-
Габаритные размеры станка, мм длина ширина высота	2385 295 425	970 632 1827	2222 1160 2300	2635 1150 550	1660 496 646	2650 600 2000	1170 845 1793	1200 900 1900
Масса станка, кг	267	692	2884	1397	1090	2570 (с ин-м)	885	1040

Таблица 17.6 – Технические характеристики станков для бурения скважин по углю с промывкой и

продувкой (по А.С. Юшкову)

Параметр	БС-1М	2УГНС	БИП-2	БИК-2
Диаметр бурения, мм	45	45; 55	90; 130	90; 130
Глубина бурения, м	100	20; 30	120	120
Угол наклона к горизонту, 0	0-90	± 18	± 45	± 45-90
Производительность, м/ч м/смен	- 60	- 80	15 -	17 -
Тип механизма подачи	Гидравлический
Ход подачи, мм	450	900	1200	1200
Усилие подачи, Н (гкс)	3920 (400)	6860 (700)	21580 (2200)	21580 (2200)
Скорость подачи, м/мин рабочая маневровая	4 -	22 3,5	1,5 8,6	1,5 8,6
Частота вращения бурового инструмента, об/мин	450	170; 315	113	78,5
Тип электродвигателя	ЭСГИ	Специальный	ВАОБ41-2	-
Мощность электродвигателя, кВт	4,5	3,5	5,5	-
Тип пневмодвигателя	-	-	-	КО 8Ф
Мощность пневодвигателя, кВт (лс)	-	-	-	5,9 (8)
Габаритные размеры станка, мм длина ширина высота	1360 360 500	1535 536 295	2700 920 2100	2080 920 780
Масса станка, кг	168	197	1400	1700

Таблица 17.7 – Технические характеристики станков для бурения по породам (по А.С. Юшкову)

Параметр	СБГ-1М	СБА-500Г	НКР-100М	БСК-2М2-100	БСК-2В	ГП	КА-2М-300Г
Диаметр бурения, мм	46:280	46:151	85:105	36:93	36:96	36:76	46:132
Глубина бурения, м	300	500	50	100	100	100	300
Угол наклона к горизонту, 0	0-360	0-360	0-360	0-360	0-360	0-360	± 90
Ход подачи, мм	460	400	365	450	450	450	500
Усилие подачи, Н (гкс)	63210 (6450)	41190 (4200)	5880 (660)	11770 (1200)	11770 (1200)	8340 (850)	19610 (2000)
Частота вращения бурового инструмента, об/мин	199; 306	120; 190; 280; 430; 700; 1015	76	150; 350; 550; 1250	150; 360; 560; 1250	250; 480; 710	140-270
Мощность электродвигателя, кВт	13	22	2,8	7,5	7,5	4,5	10
Габаритные размеры станка, мм длина ширина высота	1950 940 930	1670 1130 1620	1500 620 650	1710 632 1290	1920 672 1400	800 700 1600	1800 1090 1360
Масса станка, кг	2000	1320	630	610	660	300	400

Рисунок 17.3 – Принципиальные схемы конструкций вращателей и систем подачи буровых станков

Схема с подвижным непроходным вращаетелем (рисунок 17.3 а) использована в станках БИП-2, БИК-2, «Старт». Подвижный вращатель 3 с приводным двигателем перемещается по направляющим 4 с помощью механизма подачи, состоящего из гидроцилиндра 5, поршня 6 и штока 7. Буровой инструмент 1 соединяется с вращателем через патрон 2. Ход подачи, т. е. длина перемещения вращателя, соответствует длине буровой штанги. После того, как вращатель выдвинулся в крайнее переднее положение, останавливают вращение, отсоединяют патрон от штанги, возвращают вращатель в заднее положение; в пространство между патроном и хвостовой частью бурового става вставляют очередную штангу, которая соединяется с патроном и навинчивается на став. Для центрирования буровых штанг и их удержания при операциях наращивания и извлечения из восстающих скважин служит направляюще - удерживающее устройство (люнет, подхват) 8. В случае бурения с промывкой (продувкой) через вращатель и патрон, в буровой став, подается вода (воздух).

Схема проходного подвижного вращателя (рисунок 17.3 б) использована, например, в станке БС-1М. В этом варианте вращателя применяется бурильная труба, длина которой больше, чем длина хода вращателя. После того, как ход вращателя исчерпан, открепляется патрон, и вращатель перемещается относительно проходящей через него трубы в заднее положение, после чего цикл повторяется. Наращивание в этом случае осуществляется не спереди, а сзади вращателя, путем добавления очередной трубы, которая помещается внутрь съемного кожуха 9. Через кожух в буровой снаряд подают воду.

В станках с неподвижным вращателем и выдвижным шпинделем (рисунок 17.3 в, г) вращатель 10 вместе с приводом неподвижно закреплен на станине станка, а вращение и подача инструмента осуществляются с помощью выдвижного шпинделя 12, 14, на котором укреплены зажимные патроны 2 и траверса 13. Через траверсу на шпиндель передается усилие подачи от гидросистемы станков. Шпиндель обычно имеет фигурную или шлицевую поверхность или шпоночные пазы и проходит через соответствующей формы втулку в корпусе вращателя, которая и передает вращение на шпиндель.

Если шпиндель 12 выполнен проходным, полым (рисунок 17.3 в), то бурильная труба пропускается через него и снабжается на конце сальником 11 для подачи воды или воздуха. Ход шпинделя в этом случае значительно меньше длины трубы (станки СБГ-1М, БСК-2В, КА-2М-300Г, СБА-500Г, БГА-2У). В других станках (2УГНС, ЛБС-4, БГА-2, БГА-4) шпиндель 14 непроходной (рисунок 17.3 г). Длина шнековых или гладких штанг несколько меньше длины хода шпинделя, и наращивание осуществляется спереди. Большинство станков с выдвижным шпинделем также снабжено устройством для удержания на весу инструмента при бурении восстающих скважин (на схеме не показано).

Рассмотренные схемы вращателей снабжены гидравлической системой подачи, которая позволяет плавно регулировать усилие подачи в широком диапазоне в зависимости от буримых пород, отличается простотой и высокой степенью надежности, позволяет следить за режимом подачи по приборам, используется в качестве домкратной системы при прихватах инструмента.

Наряду с гидравлической находят применение две разновидности винтовой системы подачи. Одна из них применяется в стенках с пневмоприводом. Отдельный пневмодвигатель 16 (рисунок 17.3 д) вращает ходовой винт 17. На подвижном вращателе 3 укреплена гайка подачи 15, которая вместе с вращателем перемещается относительно винта 17. Скорость подачи регулируется путем скорости вращения винта с помощью пневмодвигателя. По такой схеме устроен вращатель станка БВУ. Аналогично работает система подачи станка БШ-2М (рисунок 17.3 е), но в отличие от станка БВУ имеются два винта подачи, размещенных в направляющих, по которым перемещается подвижный вращатель с двумя гайками подачи. Вращение винтам от пневмодвигателя передается через специальный редуктор. В станках с электроприводом (ЛБС-4, CBM-3v, ГП-1) применяется другая схема винтовой подачи рисунок (17.3 ж). Здесь ходовым винтом является выдвижной шпиндель 1 7 с наружной винтовой нарезкой. Гайка подачи 15 неподвижна в осевом направлении и кинематически связана с вращателем 10. Частота вращения гайки подачи отличается от частоты вращения шпинделя. Если частота вращения шпинделя больше частоты вращения гайки, то он выдвигается из гайки (бурение), если меньше, то перемещается в обратном направлении (разбуривание скважин обратным ходом). Быстрые (маневровые) перемещения шпинделя при наращивании и извлечении става из скважины осуществляются путем полной остановки вращения гайки или шпинделя. Станок ГП-1 имеет проходной винтовой шпиндель, что позволяет применять бурильные трубы большой длины и бурить с промывкой.

Важным преимуществом винтовой подачи, особенно при шнековом бурении скважин в угольных пластах, является независимость ее скорости от сопротивления подаче.

Ниже приводится описание станка СБГ-1.

Кинематическая схема станка представлена на рисунке 17.4

От электродвигателя Д через муфту М₁, вращение получает вал I редуктора с жестко закрепленными на нем шестернями 4, 5 и 6. Шестерни 4 и 6 находятся в зацеплении с шестернями 7 и 21, свободно сидящими на валу Н и соединенными с ним при помощи зубчатой муфты М₂. Шестерня 5 находится в зацеплении с шестерней 2, заодно с которой выполнены шестерни 3, сцепленные с шестернями 1. Последние жестко закреплены на приводных валах маслонасосов Н, и Н₂ гидросистемы станка.

На валу II редуктора расположена предохранительная дисковая фрикционная муфта М₃, включаемая гидроцилиндром. Через эту муфту движение от вала II передается на свободно сидящую, на нем шестерню 8 и далее через шестерни 10, 9 промежуточного вала III шестерке 14, закрепленной на валу IV. Через зубчатую муфту М₄ и пару конических шестерней 11 и 12 вращение передается на шпиндель 13.

Вал IV через шестерни 22 и 15 и зубчатую муфту М₅ связан с солнечной шестерней 18 планетарного редуктора лебедки. Сателлиты 17 сцеплены с шестерней 18 и венцом 19 внутреннего зацепления, закрепленным на барабане 20. Оси сателлитов установлены на тормозном диске 16. При заторможенном тормозом Т₁ диске 16 вращается барабан. При торможении барабана тормозом Т₂ диск 16 свободно вращается.

Станок СБГ-1 м (рисунок 17.5) смонтирован на плоском основании 1, на котором размещены редуктор 8, двигатель 18, маслобак 17, лебедка 16, блок маслонасосов 3. На редукторе 8 закреплен вращатель 5, шпиндель которого имеет ручной 4 и гидравлический 16 зажимные патроны. Для удержания бурового снаряда в восстающих скважинах на корпусе редуктора укрепляется стойка с гидрозахватом 7. Управление гидравликой станка осуществляется с помощью дросселя 14 и четырех золотников: муфты сцепления 9, гидропатрона 10, гидрозахвата 11 и подачи гидроцилиндров вращателя 13. Давление масла контролируется манометрами 12 и 15. Для управления лебедкой 16 служат две рукоятки тормозов. Включение вращетеля, лебедки и переключение скоростей осуществляется рукоятками на корпусе редуктора.

Рисунок 17.4 – Кинематическая схема станка СБГ-1м

Рисунок 17.5 – Станок СБГ-1м