книги из ГПНТБ / Техника бурения при разработке месторождений полезных ископаемых

Ручные перфораторы, как правило, применяются на пневмопод­ держках, причем распространены алюминиевые пневмоподдержки с подачей сжатого воздуха через перфоратор (встроенные пневмо­ поддержки), что исключает подвод сжатого воздуха к пневмопод­ держке по специальному шлангу; при этом уменьшается масса пер­ форатора и пневмоподдержки. Число ударов у ручных перфорато­ ров, как правило, не превышает 3000 в минуту (обычно составляет

2200—2400).

При применении колонковых перфораторов на проходческих работах они чаще всего устанавливаются на различных буровых каретках, а при бурении глубоких взрывных скважин — на колон­ ках или применяются буровые агрегаты.

В Швеции изготовляют перфораторы заводы фирмы «Атлас Копко». Основное внимание уделяется созданию высокопроизводи­ тельных ручных перфораторов на пневмоподдержках и созданию буровых агрегатов на базе мощных колонковых перфораторов для бурения глубоких взрывных скважин малого диаметра.

Фирма «Атлас Копко» выпускает также станки и буровые уста­ новки для бурения скважин на открытых горных работах. Буровые установки снабжаются мощными колонковыми перфораторами с цеп­ ной подачей, а станки выпускаются преимущественно вращатель­ ного действия.

Буровой инструмент в Швеции изготовляется заводами фирмы «Сандвик Коромант». Фирма работает в тесном контакте с фирмой «Атлас Копко».

В Англии перфораторы выпускаются фирмами «Холмен», «Клаймакс» и «Консоладейтед пневматик». Фирма «Холмен» выпускает весь комплекс бурового оборудования: перфораторы всех видов, буровые каретки, отбойные молотки, пневматические сверла, буро­ вой инструмент, передвижные и стационарные компрессоры.

В последнее время фирма выпустила новые модели перфорато­ ров: ручной «Сильвер Три» и колонковый SL160 с реверсивным вращением. Фирма специализируется на выпуске перфораторов с пылеотсосом через канал бура.

Во Франции буровые работы на рудниках выполняются преиму­ щественно с применением самоходных буровых кареток, а на уголь­ ных шахтах часто ручными перфораторами.

Перфораторы поставляются фирмами «Медон», «Монтабер» и «Атлас Копко». Ручные перфораторы фирмы «Медон» подразделяются на три класса: легкие (PPG), средние (СРН и SP) и тяжелые (SPUS).

Перфораторы оборудуются буродержателями жесткой и полужесткой конструкций, выпускаются также буродержатели для штанг с резиновыми кольцами, которые заменяют ограничительное кольцо

43

Перфораторы фирмы «Медоы» работают с повышенным числом ударов. Особенностью перфораторов фирмы «Моптабер» является то, что опп снабжаются сменными геликоидальными стержнями, которые позволяют изменять скорость вращения бура соответственно бурнмым породам.

Буры к перфораторам (цельные с головкой долотчатой формы) поставляются шведской фирмой «Сандвик Коромапт». Во Франции считают нецелесообразным применять съемные буровые коронки, так как в соединениях теряется энергия ударного импульса, вследст­ вие чего скорость бурения по сравнению с цельными бурами умень­ шается до 20%.

Во Франции большое внимание уделяется пневматическим под­ держкам. Пневматические поддержки оборудуются краном, который позволяет регулировать усилие нажатия, что дает возможность соз­ давать осевое усилие, обеспечивающее наибольшую производитель­ ность. При буренпн перфоратором тяжелого веса осевое усилие, создаваемое поддержкой, достигает 67 кгс. Обычно осевое давление составляет 40—60 кгс при углах наклона пневматических поддер­ жек 20—40°.

Впоследнее время большой интерес представляют буровые ка­ ретки. На выпуске кареток специализируется фирма «Секома». Фирма «Монтабер» выпустила каретку тппа «Паптафор» на семь перфораторов. Эти каретки предназначены для бурения параллель­ ных шпуров по канадской схеме.

ВФинляндии перфораторы изготовляет фирма «Тамрок», которая

с1969 г. является дочерней фирмой акционерного общества Тампелла, основанного в 1842 г. Фирма освоила производство буровых кареток для обурпвания забоев сечением от 4 до 72 м2, а также выпускает оборудование для бурения скважин при очистных работах.

Буровой инструмент для бурового оборудования выпускается заводом «Комета» фирмы «Айрам».

ВЯпонии буровое оборудование для горной промышленности

выпускается фирмой «Фурукава» концерна «Мицубиси».

В приложениях 1 п 2 приводятся данные перфораторов, выпу­ скаемые за рубежом.

3. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ СОВРЕМЕННЫХ ПЕРФОРАТОРОВ

Поршень

При ударе о хвостовик бурового става поршень перфоратора генерирует импульс, который затем передается через штанги буро­ вой коронке. Форма ударного импульса определяется амплитудой напряжения во времени и зависит от длины, сечения, конструкции поршня и хвостовика, а также скорости приложения ударной на­ грузки. В современном перфораторостроении форме поршня не всегда уделяется должное внимание, что приводит к ряду нежелательных явлений. Два поршня — короткий и длинный с одной и той же мас­

44

сой создают разные по форме ударные импульсы. Длинный поршень равного со штангой сечения создает ударный импульс почти прямо­ угольной формы с относительно небольшой амплитудой напряжения. Короткий поршень диаметром, превосходящим сечение штанги, имеет импульс с большой ампли­

Это приводит к частым поломкам инструмента и уменьшению количества энергии, передаваемой породе, т. е. снижению к. п. д. удара.

Были попытки смонтировать составные телескопические поршни, в которых длина пробега ударной волны увеличивается в несколько раз, а создаваемые ими напряжения в штангах, ниже, чем при ударе

Т

f-j ^ Р-Э

Рис. 28. Фигурный поршень (а) и его приведенное сечение (б), см2

цельным поршнем. Один из таких поршней показан на рис. 27. В нем длина пробега импульса увеличивается в два раза, а созда­ ваемые ими напряжения в штанге ниже, чем при ударе цельным

поршнем.

Наиболее длинный пробег импульса при короткой геометрической длине поршня имеет место у поршня, представляющего собой соче­ тание штока и цилиндра, соединенных диафрагмой (фигурный пор­ шень, рис. 28).

Конструктивные размеры поршней приведены в табл. 9. Из таблицы видно, что форма поршня и соотношения его конструктивных

45

элементов носят случайный характер [59]. И только у новых перфораторов поршни имеют более совершенные геометрические

соотношения [159]. Поршень перфоратора ПК75 (рис. 29) более удлиненный, у него нет резких изменений в сечениях, переход от штока к утолщенной части выполнен в виде конуса, что уменьшает количество отражений при проходе ударной волны, в утолщенной

46

части он выполнен полым для уменьшения напряжений в хвосто­ вике и штангах. Масса поршня 5,5 кг.

При конструировании перфораторов не всегда возможно придать поршню нужную, форму. Применение геликоидальных винтов, например, приводит к уменьшению сечения штока поршня, что вызы­ вает концентрацию напряжений и частые поломки. Поэтому совре­ менные ручные перфораторы имеют скосы на самом поршне. Если храповой механизм расположить в середине перфоратора, то можно увеличить длину поршня.

Указанные принципы построения поршня наиболее полно выра­ жены у перфоратора BBD90W фирмы «Атлас Копко» (рис. 30).

Рис. 30. Перфоратор BBD90W:

Перфоратор имеет поршень диаметром 90 мм, длиной 250 мм со што­ ком диаметром 35 мм. Отношение длины поршня к диаметру штока наиболее высокое. Поршень внутри полый, что уменьшает его массу и сечение по длине. Число ударов поршня 3200 в минуту. Геликои­ дальные скосы расположены на штоке поршня. Расположение меха­ низма вращения впереди позволяет придать поршню нужное сече­ ние. Храповое кольцо и гайки храповика сделаны удлиненными, что увеличивает срок их службы. Перфоратор имеет большой крутящий момент и высокую энергию удара. Скорость бурения по гранитам этим перфоратором при диаметре головки бура 34 мм по данным фирмы достигает 900 мм/мин.

Указанные принципы построения ударных групп имеют также бурильные машины БУ-70У, ПК75, ПТ38 (рис. 31).

Связь между энергоемкостью разрушения горных пород и формой ударного импульса была ранее установлена при единичных ударах [60]. Для сопоставления данных, полученных при лабораторных испытаниях и в шахтных условиях, проводились опыты с перфо­ ратором со съемными поршнями. Диаметр цилиндра перфора­ тора 150 мм. В цилиндр вставлялись поршни длиной 160, 195, 230 и 300 мм и массой 4,2—9,4 кг. Для исследования применялись кон­ струкции поршней трех типов: короткий поршень с конусообраз­ ной основной массой, сосредоточенной в головной части поршня (рис. 32, а), поршень длиной в 1,2—1,4 раза больше чем первый и с

47

массой, сосредоточенной в хвостовой части (рис. 32, б); тип в — поршень одинакового со штангой 'сечения н массой, равномерно распределенной по всей длине (рис. 33).

Испытания проводились при бурении скважин в породах с коэф­ фициентом крепости 14—16 при следующих режимах: осевое давле­ ние инструмента на забой 630 кгс, скорость вращения вращателя 60 и 100 об/мин. Вначале бурили скважины глубиной 10 м последо­ вательно всеми десятью ударными группами. Затем были выбраны 4 группы: № 3, 4, 8, 9 и с их помощью бурили скважины глубиной до 20 м.

и 9. Они имеют равное со штангой сечение, массу, равномерно рас­ пределенную по всей длине и меньший вес. Значительно ниже скорость бурения при коротких поршнях (№ 2, 5, 7), у которых основная масса сконцентрирована в головной части. Наконец, про­ межуточные показатели дают удлиненные поршни (№ 1, 3, 4, 6) с массой, сосредоточенной в хвостовой части.

При скорости вращения 60 об/мин поршень № 9 обеспечивает механическую скорость бурения 147 мм/мин, поршень № 7 всего лишь 89 мм/мин, а поршень № 2—117 мм/мин. Разница между нижним и верхним пределами скорости составляет 64%, а наимень­ шая — 30%. При 100 об/мин эта разница в скоростях бурения в пользу легких поршней с равномерно распределенной массой увели­ чивается (скорость при поршнях № 9 и 2 соответственно равна 161 и 66,5 мм/мин).

48

Поршень 7

Рис. 33. Поршень одинакового со штангой сечения