книги из ГПНТБ / Миндели, Э. О. Разрушение горных пород учебное пособие

Механизация и частичная автоматизация позволили достичь производительности станка НКР-100м в 1,3—1,5 раза большей по сравнению с БА-100, в котором все операции при бурении выпол­ нялись вручную.

Положительными конструктивными особенностями других из­ вестных ударно-вращательных станков являются подача на всю длину бурильной штанги (ЛПС-3), наличие компактного канатно­ поршневого податчика (БМН-5). Для некоторых условий создаются и самоходные станки БС-150 на гусеничном ходу (рис. 46) и НКР-80 на пиевмошинном.

Дальнейшее развитие ударно-вращательного способа бурения должно идти по линии совершенствования конструкции пневма­ тического двигателя ударной машины, увеличения энергии удара и улучшения параметров ударного импульса, разработки методов регулирования характеристик пневмоударника (энергия удара, число ударов, частота вращения, усилие подачи), а также полной механизации и автоматизации процесса бурения, совершенствования конструкции и увеличения стойкости породоразрушающего инстру­ мента. По мере совершенствования оборудования и повышения тех­ нико-экономических показателей область применения ударно-вра­ щательного способа бурения будет расширяться.

§31. Новые способы бурения

ВСССР, как и за рубежом, наряду с совершенствованием суще­ ствующей буровой техники ведутся работы по созданию новых более эффективных средств и способов бурения. К числу новых перспек­ тивных относятся методы, основанные на непосредственном исполь­ зовании для разрушения горных пород и формирования скважины электрической, электронно-лучевой энергии, энергии взрывчатых ве­

рения.

Использование магнитострпкторов для интенсификации разру­ шения пород при бурении. В настоящее время ведутся широкие опытно-конструкторские работы над способом, сочетающим бурение шарошечным долотом с наложением на него вибраций, генерируемых магнитостриктором, встроенным в первую штангу бурового става станка.

Магнитостриктор выполнен в виде набора системы стержней из ферромагнитной стали, продольные колебания которых происхо­ дят под влиянием магнитного ноля с частотой генерирующего его переменного тока. Для обеспечения наиболее эффективного резо­ нансного режима работы конструктивным исполнением предусмот­

рено, чтобы период собственных колебаний магнитостриктора, опре­ деляемый его длиной, совпадал с периодом вынужденных электро­ магнитных колебаний.

Эффективное бурение с применением магиптостриктора может производиться при осевых нагрузках на долото, в 1,5—2 раза мень­ ших, чем при обычном шарошечном бурении.

Это позволяет существенно снизить массу шарошечных буровых станков. Механическая скорость бурения крепких пород возрастает при этом в 2—3 раза.

В настоящее время на основе накопленногоэкспериментального материала ведутся-работы по созданию магнитострикторов и специаль­ ных станков для проходки скважин диамет­ ром 243 и 320 мм.

Взрывной способ бурения основан на по­ следовательном взрывании непосредственно на забое зарядов ВВ для разрушения горных пород и формировании таким образом сква­ жины без применения механического породо­

высокое поле давлений и скоростей смещения среды. В результате этого может быть дости­ гнуто эффективное разрушение практически любых по крепости пород.

2. Отсутствием потерь энергии при тран­ спортировании зарядов ВВ к забою скважины.

3. Отсутствием пзнашнвающего породо­ разрушающего инструмента, что делает возможпым длительное непрерывное ведение про­ цесса взрывного буренпя.

Основные трудности использования взры­ вов ВВ для бурения определяются необхо­ димостью образования скважины заданной (обычно цилиндрической) формы и достаточно мелкого дробления разрушаемой породы, при которых возможно было бы быстрое удаление образующейся буровой мелочи и непрерывный процесс углубления скважины взрывами.

Для решения данной задачи необходимо до­ стижение регулируемого направленного дей­ ствия взрыва.

Эффективный и высокопроизводительный процесс достигнут при взрывном бурении с продувкой скважины сжатым воздухом. Сущ­ ность метода состоит в том, что образование скважины производят

114

последовательными взрывами на забое зарядов ВВ, транспортируе­ мых по бурильным трубам сжатым воздухом, который используется затем для выноса образующихся продуктов разрушения. Осуще­ ствляя взрывы с небольшими интервалами по времени, достигают соответственно высоких скоростей бурения. Схема процесса пока­ пана на рис. 47.

Возможность эффективного образования скважин взрывами объя­ сняется тем, что заряд ВВ при взрыве на забое находится в окруже­ нии воздуха, из-за чего интенсивность действия взрыва в перифе­ рийном и тыльном по отношению к заряду направлении резко сни­ жена, что в сочетании со значительной проходкой за взрыв приводит к сравнительно небольшому числу циклов повторных разрушений

•боковой поверхности забоя, мелкому дроблению породы и форми­ рованию практически цилиндрической скважины вполне пригодной для выполнения качественного взрыва.

Эффективность разрушения породы при взрывном бурении за­ висит от бризантности заряда (его плотности и скорости детонации), а также выделяемой при взрыве энергии (удельной теплоты взрыва). Максимальная величина углубления за взрыв достигается в условиях непосредственного контакта заряда с породой при цилиндрической форме заряда ВБ с соотношением размеров hid = 1 —1,5. При этом действующий на забой удельный импульс взрыва достигает макси­ мальной величины. Указанные условия наиболее полно реализу­ ются при выполнении взрывного бурения подготовленными (натре­ нированными) зарядами ВВ. В этом случае выделяемая на забое энергия может составить до 150—200 тыс. кгс-м в одном импульсе (взрыве) нри их числе до 1000—1500 в 1 ч; среднечасовая мощность процесса будет равна 500—1000 л. с. Это в 10—20 раз больше мощ­ ности, реализуемой на современных тяжелых шарошечных буровых станках.

быть 300 г, средняя проходка за один взрыв — 40—80 мм, а ско­ рость бурения — 30—40 м/ч. Этот способ является одним из наи­ более перспективных для бурения в крепких и крепчайших горных породах.

Известен также и способ «струйного» взрывобуренпя, при котором заряд ВВ образуется непосредственно на забое путем слияния по­ даваемых по отдельным трубкам (каналам) струй жидкого горючего и жидкого окислителя. Инициирование взрыва осуществляется с помощью третьего компонента — специального инициатора (сплав калия и натрия). Взрывы при данном способе протекают с низкой скоростью и характеризуются относительно низкой эффективностью разрушения.

Кроме того, при струйном методе взрывобурения сложно вести; своевременное удаление образующихся при взрыве продуктов раз­ рушения, поскольку в забой непрерывно подаются струи компонен­ тов жидкого ВВ.

Г л а в а VIII

СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ НОРМАЛЬНЫХ САНИТАРНОГИГИЕНИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ТРУДА ПРИ БУРЕНИИ ШПУРОВ

§ 32. Пылеподавление при механических способах бурения

Пылеподавление при бурении шпуров осуществляется: промывкой шпура или отсосом пыли из него; подачей воды через центральный канал бурильной машины или

при помощи специальной муфты, надеваемой на штангу (боковая промывка);

подачей воздушно-водяной смеси.

Отсос пыли из шпура осуществляется последующим улавливанием её в специальных приспособлениях.

Пыль, находящаяся в рудипчной атмосфере, подавляется оро­ шением забоев, увлажнением взорванной породы. Кроме того, при­ меняют рабочие средства индивидуальной защиты.

Способ пылеподавления можно считать удовлетворяющим тре­ бованиям санитарно-гигиенических условий труда, если запылен­ ность воздуха не превышает 2 мг/м3 при наличии в составе пород 10% S i02. Средневзвешенное (по времени) содержание пыли в руд­ ничной атмосфере забоя горной выработки при ударно-поворотном п вращательном способах бурения с промывкой шпуров водой при­ ведено в табл. 29.

Интенсивность пылеобразования пропорциональна чпслу одно­ временно работающих бурильных машин. При вращательном буре­ нии шпуров резцами крупного скола интенсивность пылевыделения характеризуется малым выделением мелких фракций. Отсутствие

116

в атмосфере большого количества взвешенных частиц воды и масла при вращательном бурении электросверлами значительно улучшает общую санитарно-гигиеническую обстановку в забое по сравнению- с условиями, когда работают пневматические ударные машины.

§ 33. Средства защиты от шума

Для поглощения шума, возникающего при работе пневматиче­ ских бурильных машин ударно-поворотного действия применяют различные конструкции глушителей и индивидуальные средствазащиты.

Глушитель состоит из кольцевой алюминиевой оболочки, в ко­ торую помещают перфоратор, задней крышки, соединительных трубок, разъединительных перегородок и выхлопной трубы. Раз­ работанные конструкции опытных образцов выносных активных,, реактивных и комбинированных глушителей позволяют снизить шум от выхлопа сжатого воздуха до 20 дБ. При применении глушителей производительность бурильных машин снижается более чем на 10% - Ведутся также разработки конструкций штанговых глушителей..

К индивидуальным средствам защиты от шума относят специаль­ ные конструкции полупластичных антифонов и заглушек. Полупластичные антифоны представляют собой наушники, которые прижи­ маются к околоушной области пластинчатой пружиной, удержива­ ющейся ремешком на голове проходчика.

Заглушки предназначаются для тех же целей и состоят из рези­ новой оболочки, наполнителя (аналогичного используемому в анти­ фонах) и направляющего стержня из пластмассы, который вставля­ ется в слуховой канал. Применение этих средств защиты улучшает- санитарно-гигиенические условия труда при работе.

§ 34. Вибрация буровых машин и способы борьбы с нею

Увеличение мощности и скорости приводов горных машин обусловило, наряду с ростом производительности труда, повышениеинтенсивности вибраций этих машин и, как следствие, рост виброзаболеваемости рабочих. Вибрация машин приводит к снижениюпроизводительности труда рабочих и уменьшению надежности работы оборудования; значительная часть поломок и аварий яв­ ляется результатом недопустимых вибраций машин и ее частей.

Вибрация и, как следствие, шум являются одним из основных показателей конструктивного несовершенства, а их увеличение в про­ цессе эксплуатации свидетельствует о недопустимой изношенности пли неисправности машин и механизмов.

В Советском Союзе действуют санитарные нормы и правила, нормнрувэщие вибрации, передаваемые на руки рабочих (СНиП 626—66), и вибрации рабочих мест (СНиП 245—71). В первом случае, действия местных вибраций, нормы регламентируют виброскорость в частот­

117

ных пределах от 11 до 3000 Гц, во втором (общие вибрации) — виброскорость (смещение) от 2 до 63 Гц.

Предельно допустимые уровни виброскорости (согласно ГОСТ 17770—72) в октавных полосах по частоте имеют следующие зна­ чения:

чин вибраций, которые могут быть переданы организму рабочего, устанавливают: условия измерения нормируемых величии; пре­ дельно допустимую массу инструмента, удерживаемую при работе руками; предельно допустимые силы нажатия на рукоятки, необ­ ходимые условия работы с опасным по вибрации оборудованием и лечебно-профилактические меры по предупреждению вибрацион­ ной болезни.

В горнорудной промышленности наибольший процент заболева­ ний вибрационной болезнью приходится на долю работающих с руч­ ным инструментом ударного и вращательного действия.

виброскорость ручных перфораторов ПР-22, ПР-24, ПР-30 на ру­ коятках без впброзащптных устройств составляет в октавных по-

.лосах от 2,5 до 31 см/с, что в 3—12 раз превышает допустимые ве­ личины; вибрация отбойных молотков МО-9, МО-10, ручных горных сверл СР-3, СЭР-19 превышает санитарные нормы в 3—6 раз; при буренпп телескопными перфораторами ПТ-29 и ПТ-36 уровни ви­ брации на полке превышают нормы более чем в 20 раз, а иа рукоят­ ках — в 4—5 раз.

Действие вибрации во время работы часто усугубляется интен­ сивным шумом, местпым и общим охлаждением организма, а также необходимостью прикладывать значительное мускульное усилие.

За последние годы многими институтами совместно с заводамннзготовителями проводится работа по снижению вибрации машин

истепени ее-влияния на человека по следующим направлениям:

1.Автоматизация производственных процессов и разработка новой технологии, исключающей применение ручных машин.

2.Внедрение дистанционного управления машинами.

3.Разработка новых, вибробезопасных машин (активная защита).

4.Разработка средств защиты рабочего от вибрации (пассивная -защита).

5.Разработка индивидуальных средств защиты (сапоги с упру­ гими прокладками, обрезиненные влагонепроницаемые теплые ру­ кавицы, противошумные каски и др.).

-Л8

6. Проведение комплекса организационных мероприятий, име­ ющих своей целью уменьшение времени контакта с вибрирующей машиной, и мероприятий лечебно-профилактического характера.

Наиболее действенными в случае невозможности изменить техно­ логический процесс является направление по разработке новых вибробезопасных машин. Так, например, снижение вибрации пневма­ тических машин ударного действия при заданной энергии удара,, ограниченной осевой нагрузке и массе может быть достигнуто в ос­ новном за счет уменьшения площади поперечного сечения ударника с соответствующим уменьшением его массы при соблюдении рацио­ нальной конфигурации соударяющихся тел, в результате чего' были разработаны и внедрены в промышленность легкие вибро­

безопасные отбойные молотки МО-6К.

Характерным для данного направления является снижение ви­ брации на рукоятках ручных сверл за счет уменьшения кривизны буровых штанг, так как основной причиной вибрации сверла яв­ ляется суммарный прогиб вращающейся штанги.

Аналогичное явление наблюдается и при работе станков шаро­ шечного бурения типа 2СБШ-200Н и др., когда неуравновешенность бурового става приводит к появлению динамических сил, которыепри резонансе приводят к резкому увеличению амплитуды попереч­ ных колебаний, а следовательно, и к вибрации всего станка. Крометого, резонансные пики могут быть вызваны силами, частота которых

превышает основную в кратное число раз.

Широкое распространение получил метод пассивной защиты, т. е- пспользование различного рода виброизолирующих устройств (упру­ гих прокладок, фильтров и др.), снижающих степень передачи ви­ брации от машины к человеку. В практике горнорудной промышлен­ ности за последние годы научно-исследовательскими институтами и заводами освоен и внедрен ряд машин и оборудования с частичноили полностью сниженной до санитарных норм вибрацией. С 1966 г. заводами «Пневматика» и «Коммунист» освоено серийное производстворассмотренных выше виброзащитных устройств КВ-1 и КР-1 к руч­ ным бурильным молоткам ПР-24, ПР-22, ПР-30 и др., в которых ру­ коятки отделены от корпуса с помощью цилиндрических пружин,, трение между подвижными частями устройства сведено до мини­

мума.

Виброзащитные устройства завода «Коммунист»КР-1 по конструк­ тивному исполнению отличаются от кареток завода «Пневматика»- сниженным трением между элементами. Передача усилия подачи пневмоподдержки через упругое звено способствует повышениювиброизоляции последней и обеспечивает снижение уровня вибра­

ции до санитарных норм.

Изоляцию системы от высокочастотных и ударных нагрузок с крутым фронтом нарастания и относительно малой амплитудой следует производить с помощью упругих демпферов или так назы­ ваемых фильтров ударных волн, представляющих упругие прокладки*, устанавливаемые между контактными поверхностями. Передавая

119-

■статические усилия, демпферы в силу относительно малой жесткости -создают свободные граничные условия на контактах, что исключает передачу ударных и высокочастотных нагрузок между изолируе­ мыми деталями.

В результате внедрения в промышленность виброзащитиых уст­ ройств к ручным перфораторам внброболезнь среди горнорабочих Кривбасса снизилась в несколько раз.

Снижение вибрации ручных горных сверл проводится также комплексно по обоим направлениям — разработка и внедрение бу­ ровых штанг с заданными параметрами (улучшенная термообработка с целью повышения предела упругости, жесткий допуск на соосность посадочных мест шпинделя и резца, гарантированный предваритель­ ный прогиб), а также отделение рукояток от корпуса сверла с по­ мощью упругих (резиновых или пружинных) амортизаторов, что в общей сложности позволяет устойчиво снижать вибрации в местах контакта сверла с бурильщиком до санитарных норм.

Виброзащита сверла должна отвечать следующим требова­ ниям:

уровень вибрации на рукоятках сверла должен быть ниже уровня санитарных норм;

увеличение массы и размеров сверла с виброзащитой по сравне­ нию с серийно выпускаемыми сверлами не должно превышать 10— 12%;

наличие впброзащитного устройства не должно приводить к ухудшению качества бурильной машины, её надежности, долговеч­ ности и удобства в работе.

ИГД им. А. А. Скочпнского испытаны конструкции ручных сверл с впброзащитой, в которых рукоятки отсоединены от корпуса сверла двумя резиновыми амортизаторами. Амортизаторы выполнены таким образом, что их подвижность в радиальном направлении значи­ тельно больше, чем в тангенциальном. Это позволяет пере­ давать через рукоятки необходимые усилия подачи и иметь до­ статочно низкую частоту собственных колебаний рукоятки на амор­ тизаторах по сравнению с частотой возмущающих сил (частотой вращения штанги).

Только за счет повышения качества изготовления можно добиться -значительного снижения вибрации, например при соблюдении требо­ ваний, предъявляемых к качеству изготовления витых буровых штанг.

Те же принципы используются при разработке средств, снижа­ ющих вибрацию буровых станков, экскаваторов, кабин электрово­ зов и других машин. В частности, при работе станков шарошечного бурения возникают поперечные, продольные и крутильные коле­ бания бурового става. При резонансных скоростях вращения става резко возрастает вибрация станка, значительно превышая санитар­ ные нормы, а также возрастает расход мощности, в результате чего ■снижается скорость бурения и увеличиваются энергозатраты на бу­ рение.

-120