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

свойств буримых пород, диаметра и формы коронок, а также от дав­ ления сжатого воздуха. Установлено, что с увеличением диаметра коронки ее стойкость уменьшается, т. е. износ лезвия увеличивается по мере увеличения диаметра коронки и может быть выражен эмпири­ ческой формулой вида

где d — диаметр коронки, см; к — показатель степени; R x — коэф­ фициент пропорциональности.

Показатель к характеризует условия эксперимента при данном способе бурения. Выполненными исследованиями показано, что в некоторых горнотехнических условиях, характеризующих шахты Донецкого бассейна, стойкость коронок обратно пропорциональна диаметру их в третьей степени. Коэффициент пропорциональности для указанных условий имеет следующие значения:

С увеличением давления сжатого воздуха от 4 до б кгс/см2 стой­ кость коронки до заточки увеличивается примерно в 1,5—1,7 раза, что объясняется увеличением скорости бурения с увеличением дав­ ления сжатого воздуха.

Зависимость между стойкостью коронки до заточки и давлением сжатого воздуха р имеет вид

L - R„p,

где R 2 — коэффициент пропорциональности.

Коэффициент пропорциональности R 2для условий опытных работ имеет следующие значения:

Однодолотчатые коронки по сравнению с крестообразными ко­ ронками имеют меньшую износостойкость.

В последние годы Е. В. Александровым развита теория передачи энергии при ударе. Согласно этой теории энергия, передаваемая коронке от ударника бурильной машины, практически не меняется в зависимости от длины бура. Изменение передаваемой энергии прои­ сходит в зависимости от длины и массы лишь в пределах определен­ ных критических величин длины. Критическая длина буровой штанги для современных перфораторов составляет 1—1,5 м, что соответствует 2—2,5-кратной массе ударника.

Часто наблюдаемое на практике снижение скорости бурения с увеличением глубины шпура является следствием изменения внеш-

60

Т а б л и ц а 10

Значения коэффициента В при давлении сжатого воздуха, Диаметр коронки, кгс/см 2

мм

него сопротивления штанги, которое для известных систем буриль­ ных машин приводит к одновременному уменьшению числа ударов величины хода ударника и, следовательно, энергии удара при за­ данном давлении.

Опыты, проведенные на шахтах, подтвердили положения новой теории удара: при бурении шпуров глубиной 50 м и более падения скорости бурения не обнаруживается, если обеспечено нормальное вращение штанги.

В процессе бурения лезвие инструмента изнашивается о породу, что приводит к уменьшению скорости проходки шпура. Выполнен­ ными исследованиями установлено, что интенсивность затупления лезвия минимальна при работе на оптимальном режиме. Величину оптимального притупления можно определить по формуле

Д = / (0,25 —0,003d—0.005а),

где f — коэффициент крепости породы по шкале проф. М. М. Протодьяконова; d — диаметр коронки, см; ос — угол приострения ин­ струмента, градус.

Полученная на основании обработки экспериментальных данных зависимость v — vH— ДВ позволяет определить скорость бурения от ширины площадки затупления. В этой формуле vB — скорость бурения в начальный момент острой коронкой, см/мин; В — коэф­ фициент падения скорости бурения; Д — ширина площадки зату­ пления, мм.

В табл. 10 приведены значения коэффициента В для перфора­ тора ПР-35, коронок диаметром 40—60 мм при давлении сжатого воздуха 4—6 кгс/см2.

Изменение давления сжатого воздуха не влияет на характер зависимости между скоростью бурения и затуплением, а также на степень снижения скорости бурения.

§ 15. Бурильные молотки ударно-поворотного действия (перфораторы)

По типоразмеру бурильных молотков (ГОСТ 10797—64) ручным средней мощности соответствует модель ПР-24Л, большой мощности — ПР-ЗОЛ, колонковым средней мощности — КС-50; телескопным сред-

61

ней мощности — ПТ-29 и большой мощности — ПТ-36. Все они прин­ ципиально устроены одинаково и отличаются размерами, массой, мощностью и т. п.

Ручные бурильные молотки в горнодобывающей промышленности получили наибольшее распространение (табл. 11). Применяют их при бурении шпуров в породах V—XI категорий.

крана, с другой — ствол и буродержатель, скрепленные двумя стяжными болтами с гайками. Внутри цилиндра размещено воздухораспределительное устройство, представленное клапанной коробкой

иклапаном, поршень-ударник с наружными продольными пазами (шлицы), входящими в соответствующие внутренние гнезда верхней части поворотной буксы и патрон под хвостовик бура.

Вода под давлением 2—4 кгс/см2 по резиновому шлангу подается к промывочному устройству, состоящему из гнезда в крышке молотка

ипромывочной трубки, далее проходит через продольные отверстия геликоидального стержня поршня молотка, бура и промывочные отверстия коронки.

Выступающий конец промывочной трубки входит на 25—30 мм

в калиброванное отверстие хвостовика буровой штанги.

гичные используемым в машине ПР-24Л. В машине ПР-ЗОЛ принят золотниковый воздухораспределительный механизм. ПР-ЗОЛ выпу­ скается в трех исполнениях — с осевой и боковой промывкой и отсо­ сом пыли.

Колонковые бурильные молотки (см. табл. 11) предназначены для бурения горизонтальных и наклонных шпуров (скважин) диа­ метром до 85 мм в крепких породах. Вследствие значительной массы бурильные машины с автоподатчиком и салазками закрепляют на специальных колонках, манипуляторах или буровых, каретках.

Б у р и л ь н ы й м о л о т о к КС-50 (рис. 17), широко распро­ странен при проведении горизонтальных разведочных выработок, принципиально устроен так же, как и ручной перфоратор ПР-ЗОЛ.

В последние годы институтом Гипрорудмаш разработаны новые колонковые бурильные молотки ПК-50 и ПК-65 с повышенным кру­ тящим моментом 18 и 27 кгс-м от встроенного в молоток двигателя.

Телескопные бурильные молотки используют для бурения напра­ вленных вверх шпуров диаметром до 85 мм при проведении восста­ ющих выработок (см. табл. 11) по породам средней крепости и креп­ ким.

Бурильные молотки отличаются от предыдущих конструкций тем, что имеют цельноблочное исполнение собственно бурильного молотка с телескопическим податчиком (рис. 18).

В поворотной буксе установлен промежуточный боек, удержива­ ющий бур от глубокого погружения. Остальные узлы не отличаются от рассмотренных ранее.

Для предотвращения попадания внутрь молотка стекающего вниз шлама в буровом патроне телескопной машины предусмотрены клапаны для постоянной продувки сжатым воздухом.

Г л а в а V

ВРАЩАТЕЛЬНО-УДАРНОЕ БУРЕНИЕ ШПУРОВ

Для бурения шпуров в породах средней крепости и крепких применяют вращательно-ударные машины. В отличие от ранее рас­ смотренных способов бурения машины этого типа обеспечивают проходку шпуров только с подачей промывочной жидкости.

По роду применяемой энергии машины подразделяются на пнев­ матические, электрогидравлические и электрические.

Вращательно-ударные машины устанавливаются на буровых каретках. Производительность машин этого типа зависит от статиче­ ских и динамических усилий, которые развивают подающий меха­ низм и собственно бурильная машина.

§ 16. Основные закономерности вращательно-ударного . бурения

При вращательно-ударном бурении породу разрушают ударными и статическими нагрузками, которые передаются постоянно вращаю­ щемуся инструменту от ударного узла и вращателя машины. Эффект разрушения получается значительно больший, чем при простом сложении объемов разрушения от ударного и вращательного бурения. Объемное разрушение породы происходит, если

Разрушение породы в зоне достигается, когда А уа + Рст <« oKS, причем этот режим тем предпочтительнее, чем выше крепость бури­ мой породы.

Под действием ударной нагрузки лезвие коронки внедряется в породу п образует зону разрушения, распространяющуюся на расположенную рядом зону, которая скалывается в сторону враще­ ния лезвия (см. рис. 1, в).

Большая глубина внедрения достигается за счет повышенного осевого усилия и момента вращения, которые создаются отдельными механизмами подающего и вращающего узлов машины. Непрерыв­ ный контакт лезвий коронок с породой обеспечивает лучшее исполь­

до 100 кгс для пород средней крепости и до 250 кгс для крепких пород. Процесс разрушения в этой зоне аналогичен процессу ударно­

66

поворотного и вращательно-ударного бурения, когда лезвие коронки выходит из углубления, образованного при ударном воздействии. Разрушения породы в забое шпура за спет вращения не происходит.

II у ч а с т о к к р и в о й характеризуется диапазоном усилий от 100 до 750 кгс для пород средней крепости и от 250 до 1250 кгс для крепких пород. В этой зоне разрушение породы происходит за счет ударных нагрузок и за счет вращательного движения породо­ разрушающего инструмента. При вращении инструмента происходит уменьшение толщины снимаемой стружки, так как усилие подачи

лия подачи.

Как показывают наблюдения во всех трех зонах, увеличение усилия подачи приводит к увеличению глубины внедрения бура и скорости бурения всех типов машин вращательно-ударного действия.

§ 17. Бурильные машины вращательно-ударного действия

Машины вращательно-ударного действия состоят из вращателя и ударного механизма, скомпонованных в общем корпусе.

В р а щ а т е л ь н о - у д а р н а я б у р и л ь н а я м а ш и н а БУ-1 (рис. 20) состоит из вращательного и ударного узлов, корпуса которых соединены стяжными болтами, и механизма подачи. Меха­ низм вращения собственно бурильной машины состоит из пневмодви­ гателя 1, крутящий момент которого через шестерни, зубчатые ко­ леса 2 и валы 3 передается шпинделю 4 и от него хвостовику и буро­ вой штанге. Ударный механизм состоит из цилиндра 5, поршня 6 и воздухораспределительной коробки 7. В передней части корпуса вращательно-ударной машины монтируется муфта боковой про­ мывки 8. Сжатый воздух к двигателю вращения подается через патрубок 9, а к ударному механизму — через патрубок 10.

Т а б л и ц а ] 12

Далее воздух поступает попеременно в иадпоршневую и подпоршневую полости пневмоударнОго механизма н заставляет поршень совершать поступательно-возвратное движение. Вода к бурильному инструменту подводится через муфту боковой промывки 8.

Смазка механизмов буровой машины обеспечивается при помощи магистральной масленки, вмонтированной в нижней тележке буро­ вой каретки. Управление бурильной машиной осуществляется по­ воротом пусковых рукояток, установленных на пульте управления

чается от последней конструкцией планетарно-цилиндрического ре­ дуктора и ударного механизма. Ударный механизм бурильной ма­ шины Б ГА-1 представлен пневмоударником машины ПТ-36 с си­ стемой каналов и отверстий в корпусе-цилиндре. Техническая харак­ теристика бурильных машин вращательно-ударного действия при­ ведена в табл. 12.

Бурильные машины указанных типов устанавливают на пода­ ющих устройствах буровых кареток, манипуляторов и буропогру­ зочных агрегатов.

§ 18. Буровые каретки

Буровые каретки представляют собой передвижные установочноподающие механизмы, рассчитанные на установку нескольких бу­ рильных машин. Полностью гидрофицированные агрегаты значи­ тельно облегчают труд проходчика и повышают производительность буровых работ.

Б у р о в а я к а р е т к а С Б У -2м имеет два манипулятора с бурильными машинами и гусеничный ход с индивидуальными

69