2.8Бурение шпуров

Бурение шпуров основано на механическом разрушении пород бурильными машинами вращательного, ударно-поворотного, вращательно-ударного и ударно-вращательного действия.

Вращательное бурение шпуров применяют в породах мягких и средней крепости (f < 10). Буровой инструмент для вращательного бурения состоит из резца и штанги с хвостовиком (рис. 2.7). Выпускают резцы типа РУ и PП. Штанги для сухого бурения изготавливают витыми из полосовой стали ромбического сечения.

Рис. 2.7. Буровая штанга для вращательного бурения:

1 — резец; 2 — стержень; 3 — хвостовик

При вращательном бурении резец бурового инструмента, прижимаясь к забою шпура под действием внешних усилий, при вращении срезает и скалывает частицы породы. Породная мелочь, образующаяся при бурении шпуров, удаляется по виткам штанги. Резцы армируют твердыми сплавами.

В качестве бурильных машин при вращательном бурении применяют ручные или колонковые электрические или пневматические сверла. Бурильные машины, потребляющие электроэнергию, получили название электросверл.

Для бурения шпуров диаметром до 45 мм по углю и сравнительно мягким породам применяют ручные электросверла (табл. 2.5). Выпускают ручные электросверла СЭР19М, ЭРМД2М, ЭРП18Д2М (с принудительной подачей).

Рис. 2.8. Ручное электросверло

Ручное электросверло (рис. 2.8) состоит из корпуса, электродвигателя, редуктора и шпинделя, в который вставляется хвостовик буровой штанги. Электросверло с принудительной подачей оснащено канатным барабаном и размещается на манипуляторе (рис. 2.9), На угольных шахтах, где применяется пневматическая энергия, используют пневматические сверла СРЗ, СРЗМ и др. При гидравлической добыче угля для бурения шпуров применяют гидросверла.

Ударно-поворотное (ударное) бурение шпуров применяют в породах средней крепости и крепких, где вращательное бурение неэффективно. Бурильные машины ударно-поворотного действия (табл. 2.6), работающие на сжатом воздухе, называют бурильными молотками (перфораторами). Они подразделяются на три группы:

• ручные бурильные молотки ПР или ПП (масса до 30 кг), предназначенные для бурения с рук или с пневмоподдержки;

• колонковые бурильные молотки ПК (масса до 100 кг), устанавливаемые при бурении на колонках или манипуляторах;

• телескопные бурильные молотки ПТ, предназначенные для бурения восстающих шпуров; они монтируются на раздвижных телескопических стойках.

Рис. 2.9. Бурильная машина на манипуляторе:

1 — каретка; 2 — электросверло; 3 — муфта боковой промывки; 4 — вертлюг манипулятора; 5—салазки податчика

Б уры для пневматических бурильных машин изготавливают из легированной круглой или шестигранной стали диаметром 22, 25, 28 и 32 мм с внутренним осевым каналом 7–9 мм и со съемными головками (коронками), армированными твердыми сплавами.

Таблица 2.5 — Техническая характеристика ручных сверл
Показатели	Тип сверл
	ЭР14Д2М	ЭР18Д2М		ЭРП18Д2М		СЭР19М		СРБ1М		СРЗМ
Диаметр шпуров, мм	43	43		40		50		46		46
Глубина бурения, м	3	3		4		3		3		3
Частота вращения шпинделя, мин-1	860	640		300		900		750		365
Номинальная мощность, кВт	1,0	1.4		1,4		12		1,9		1,9
Номинальное напряжение, В	127	127		127		127		–		–
Масса, кг	16	17		24		16,5		13		13,5

Таблица 2.6 Техническая характеристика перфораторов
Показатели	Тип перфораторов
	ПП36В	ПП54В1	ПП6ЗВ	ПП63П	ПТ54КВ	ПК60
Диаметр шпуров, мм	32–40	40–46	40–46	46	46	46
Глубина бурения, м	2	4	5	5	6	5
Число ударов, мин-1	2300	2350	1800	1800	1800	2300
Расход воздуха, м3/мин		3,5	3,5	3,5	4	9,0
Примечание. Давление сжатого воздуха 0,5 МПа

В ыпускаются коронки следующих типов; КДП — долотчато-пластинчатые; КТП — трехперые пластинчатые; ККП — крестовые пластинчатые и др. В комплект для бурения входят несколько буров, забурник длиной 0,7–1,0 м. Каждый последующий бур длиннее предыдущего на 0,7–1,0 м.

Рис. 2.10. Принципиальная схема бурильного молотка (а) и образование шпура (б):

1 — цилиндрический корпус; 2 — поршень; 3 — бур

Принцип работы бурильных молотков состоит в следующем (рис. 2.10, а). В стальном цилиндре сжатым воздухом перемещается стальной поршень, совершая возвратно-поступательное движение с большой (1700–3750 ударов в минуту) частотой. Шток поршня при движении вперед наносит удар по затыльнику бура, буровая коронка которого разрушает породу в забое шпура. При обратном ходе поршня с помощью специального устройства бур поворачивается на некоторый угол ω.

С ледовательно, при последующем ударе лезвия бура порода в забое шпура разрушается в другом месте. Углубление шпура происходит за счет раздавливания, дробления и скалывания породы (рис. 2.10, б). Буровая мелочь, образующаяся при бурении, удаляется водой, поступающей по внутреннему осевому каналу бура. В связи с этим в коронках предусмотрены отверстия для выхода воды в шпур. Бурение шпуров с промывкой позволяет снизить запыленность воздуха в забое проводимой выработки, что особенно важно для выработок, проводимых по силикозо-опасным породам.

Рис. 2.11. Перфоратор на пневмоподдержке:

1 — коронка; 2 — штанга; 3 — перфоратор; 4— пневмоподдержка; 5 — шланг для подачи воды; 6 — воздухоподводящий шланг

Ручные бурильные молотки ПР20Б, ПР27ВБ и другие предназначены для бурения горизонтальных и наклонных шпуров. Ручной бурильный молоток (перфоратор) состоит из следующих основных узлов: цилиндра, поршня, воздухораспределительного устройства, поворотного механизма и буродержателя. Давление сжатого воздуха 0,5 МПа. В отдельных типах молотков бурение осуществляется с сухим пылеулавливанием (перфоратор ПР30КС). Ручные перфораторы с целью устранения вредного влияния вибрации на организм человека устанавливают на специальных пневмоподдержках (рис. 2.11).

Колонковый бурильный молоток имеет такое же устройство, как и ручной, но он мощнее и тяжелее. Его применяют при бурении шпуров с колонок, манипуляторов и буровых кареток при проведении горизонтальных и наклонных выработок по крепким породам.

Телескопные бурильные молотки ПТ45КВ, ТП5С и другие предназначены для бурения восстающих шпуров (снизу вверх). Они состоят из бурового молотка и телескопической распорной колонки.

Применяются также бурильные машины ударно-вращательного и вращателъно-ударного действия. По принципу работы они близки между собой. По существу, ударно-вращательное бурение является в принципе вращательным бурением. Здесь буровой инструмент, кроме статического осевого усилия и крутящего момента, подвергается воздействию динамических нагрузок в виде ударов с высокой частотой. В результате этого коронка лучше внедряется в породу и снимает более толстую стружку. Это приводит в некоторых условиях к повышению производительности труда по сравнению с ударно-поворотным или вращательным бурением.

Бурильные машины этого типа потребляют или электрическую (установки БУЭ1, БУЭ2, БКГ2 и др.), или пневматическую энергию (установки БУ1М, БУР2, СБ42М и др.). На каждой буровой установке монтируется несколько бурильных агрегатов (рис. 2.12).

Рис. 2.12. Бурильная установка:

1 —бурильная машина; 2 — манипулятор; 3 — верхняя тележка; 4—станина; 5 — гусеничная тележка; 6—пульт управления

При вращательно-ударном бурении разрушение породы в забое шпура происходит как в момент нанесения удара по буровому инструменту, так и в интервалах между ударами в результате скалывания породы лезвием вращающегося долота. В качестве бурового инструмента применяют специальные буровые штанги и буровые долота.