
книги из ГПНТБ / Охрименко В.А. Подземная гидродобыча угля учеб. пособие
.pdfэнергией, предназначена для бурения направленных скважин под любым углом к горизонту.
|
Техническая характеристика буровой колонки БКП |
|
|
||||||||
|
Скорость бурения, м /м и н .............................. |
|
|
1,2—1,5 |
|
|
|||||
|
Усилие |
подачи |
(регулируемое), кгс . |
. . |
. 150—250 |
|
|
||||
|
Диаметр скважины, м м .............................. |
|
|
|
40—50 |
|
|
||||
|
Длина |
бурения, |
м .......................................... |
|
|
|
До 35 |
|
|
||
|
Длина |
одной штанги, м .............................. |
|
|
1,6—1,8 |
|
|
||||
|
Масса |
колонки |
без сверла, |
к г ................. |
|
|
10—25 |
|
|
||
|
Максимальные |
габариты различных |
типов |
|
|
|
|
|
|||
|
колонки, м: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
высота ..................................................... |
|
|
|
1,0; |
1,3; |
1,5 |
|
|
||
|
д л и н а ............................................. |
|
|
|
1,5; 2,0; |
2,5 |
|
|
|||
Буровая колонка БКП состоит из распорной колонки 1, Т-об |
|||||||||||
разной |
направляющей 2 и каретки 3, на которой устанавливается |
||||||||||
|
|
|
|
ручное электросверло 4 (СЭР- |
|||||||
|
|
|
|
19Д). Распорная |
|
колонка 1 слу |
|||||
|
|
|
|
жит для установки и закрепле |
|||||||
|
|
|
|
ния Т-образной направляющей, |
|||||||
|
|
|
|
по которой |
перемещается |
ка |
|||||
|
|
|
|
ретка со сверлом. Внизу ко |
|||||||
|
|
|
|
лонка |
оканчивается |
двухле |
|||||
|
|
|
|
пестковым |
клином, |
который |
|||||
|
|
|
|
упирается в почву. Вверху она |
|||||||
|
|
|
|
имеет свободно сидящую в сфе |
|||||||
|
|
|
|
рическом гнезде пяту с шипами. |
|||||||
|
|
|
|
Вращением пяты создается рас- |
|||||||
|
|
|
|
пор колонки. Т-образная на |
|||||||
|
|
|
|
правляющая |
2 |
шарнирно |
при |
||||
|
|
|
|
соединена к хомуту 5, зубчатая |
|||||||
|
|
|
|
обойма которого обжимает ко |
|||||||
|
|
|
|
лонку. При затягивании фигур |
|||||||
|
|
|
|
ной гайкой хомут с направ |
|||||||
Рис. 71. График зависимости производи |
ляющей |
плотно |
крепится |
на |
|||||||
тельности гидромонитора от напора и |
колонке. Снизу Т-образной на |
||||||||||
расхода |
воды при взрывогидравлической |
правляющей в пазу располага |
|||||||||
выемке |
угля |
|
|
ется |
зубчатая |
рейка. Каретка |
|||||
|
|
|
|
со сверлом покоится на четырех роликах, которые перемещаются по полкам направляющей. Движение каретки по направляющей осу ществляется от двигателя сверла, редуктор которого при помощи шестеренки, встроенной в механизм подачи сверла вместо бара бана, входит в зацепление с зубчатой рейкой направляющей. При
170
включении сверла каретка начинает перемещаться по направляю щей. В случае необходимости имеется возможность в определен ный момент прекратить подачу сверла на забой, не выключая дви гатель. Для распора направляющей между колонкой и поверхно стью забоя на свободном ее конце имеется винт 6 со сферической зубчатой пятой, а для обеспечения забуривания буродержатель 7. После забуривания последний легко снимается и не мешает даль нейшему процессу бурения. При бурении скважин под углом свыше 50—60° к горизонту вместо распорной колонки к направ ляющей можно прикрепить специальную опорную пяту 8. В таком виде колонку можно использовать для бурения взрывных, нагне тательных, дегазационных и других скважин по углю на крутых пластах (как по восстанию пласта так и по падению), для буре ния шпуров по слабым породам, под анкерную крепь, репера и т. п.
Для применения буровой колонки БКП в различных горногео логических условиях конструктивно предусмотрены три типораз мера распорной колонки (высотой 1,0; 1,3 и 1,5 м) и направляю щей (длиной 1,5; 2,0 и 2,5 м).
При бурении скважин пользуются составными штангами, длина которых зависит от хода подающего механизма (длина направля ющей). Обычно длина штанг равна 1,6—1,8 м. Наличие буродер жателя и постоянного усилия подачи позволяет плотно удерживать штангу одним концом в забое, а другим в патроне шпинделя
171
сверла. Благодаря этому создаются условия жесткой направлен ности буровой штанги, вследствие чего отпадает необходимость в изготовлении специальной штанги для забуривания и хвостовика на ней. В патрон можно вставлять обычный конец витой штанги.
Преимуществами буровой колонки БКП перед известными яв ляются наличие механической подачи с двумя рабочими скоро стями (1,0 и 1,5 м/мин), небольшие габариты и масса (минималь ный— 10 кг, максимальный—■25 кг), возможность бурения в стес ненных условиях и небольшая трудоемкость бурения.
Буровой инструмент. В зависимости от геометрических пара метров скважин и физико-механических свойств угольного массива бурение скважин может производиться полыми или витыми штан гами.
Витые штанги соединяются между собой крючковым соедине нием. Испытания этого инструмента показали, что при бурении скважин длиной 6—8 м не требуется специальных приспособлений для контроля направленности бурения. Отклонение оси скважин от первоначально заданного направления не превышает 15—20 см. Недостатком инструмента является ограниченность его примене ния: глубина бурения горизонтальных и слабонаклонных скважин не превышает 6—8 м, а восстающих скважин—,.10—15 м. Кроме того, техническим условием эффективного применения витых штанг для скважин длиной свыше 5 м должно быть постоянство шага витка по всей длине штанги. Обычно на 1 м штанги должно приходиться 10—12 витков. Витые штанги невозможно применять для бурения скважин на пластах обводненных и с вязкими углями, на которых удаление буровой мелочи шнеком витой штанги за труднено. В таких случаях скважины необходимо бурить полыми штангами с удалением буровой мелочи водой.
Для обеспечения оптимальных режимов бурения с удалением буровой мелочи водой ИГД им. А. А. Скочинского разработан бу ровой инструмент БИП с быстроразъемным герметическим соеди нением полых штанг и полуавтоматическим редуцированием дав ления промывочной воды, поступающей из шахтной водопровод ной сети.
БИП включает в себя буровой став, гидромуфту, водоподводя щую магистраль и гидроредуктор. Буровой став состоит из забур ника с коронкой и полых штанг с замковыми соединениями. Штанги между собой соединяются опорно-соединительными фона рями, обеспечивающими центрирование бурового става в скважине, направленность бурения и проход буровой мелочи между стенками скважины и буровым ставом. Корпусы фонарей и забурника пред ставляют собой цилиндры, на внешней поверхности которых име ются четыре Г-образных среза, расположенных уступом в сторону вращения бурового става (по часовой стрелке). Кромки срезов зачищают неровности на стенках скважины после прохода резца. Размеры срезов приняты с учетом обеспечения свободного прохода потока гидросмеси. Диаметр корпуса фонаря на 2—3 мм
172
меньше конечного диаметра скважины и на 15—20 мм больше диа метра штанг.
Техническая характеристика БИП
Длина бурения скважин, |
|
до 35 |
||
м .................................. |
|
|||
Диаметр |
скважин, мм |
|
40—50 |
|
Буровая |
сталь |
марки |
а) |
шестигранники 22X22 |
ЗОХГС.......................... |
||||
|
|
|
и 25X25 с осевым отверстием |
|
|
|
|
диаметром 6—9 мм |
|
|
|
|
б) |
круглая с внешним |
Длина штанги, |
м . . . |
|
диаметром 35 мм |
|
|
1,6— 1,8 |
|||
Тип соединения . . . . |
муфтовое, быстроразъемное, |
|||
Вынос буровой |
мелочи |
|
герметичное |
|
|
водой |
|||
Направление |
бурения |
|
любое |
|
скваж ин ....................... |
|
На эффективность и трудоемкость бурения скважин большое влияние оказывает тип соединения штанг. Разработанная конст рукция соединения полых штанг позволяет быстро и герметично соединять их друг с другом.
Для предохранения от быстрого истирания элементы соедине ния подвергаются термической обработке.
Экспериментальными работами на гидрошахтах Донбасса под тверждена работоспособность и надежность разработанного соеди нения. При этом установлено, что затраты времени на соединение полых штанг при такой же длине скважин оказываются одинако выми или на 10—15% ниже затрат времени на соединение витых штанг.
Производительное бурение горизонтальных и наклонных сква жин длиной свыше 5 м по влажным и вязким углям возможно при интенсивном удалении буровой мелочи, которую целесообразно удалять водой с непрерывной подачей в количестве не менее 3,5— 4,0 л/мин. При таком расходе воды скорость бурения достигает 1,3—1,4 м/мин.
Подвод воды к буровому ставу осуществляется через гидро муфту, которая представляет собой стальной цилиндр с внешним диаметром 50 мм. Внутри цилиндра имеется кольцевая полость. К муфте сбоку приварен штуцер с вентилем. Муфта надевается на валик, один конец которого оканчивается патроном с быстроразъ емным соединением (для подсоединения штанги), другой конец имеет резьбу для подсоединения хвостовика, вставляемого в шпин дель сверла. Вода по шлангу и боковому штуцеру с вентилем через отверстие в гидромуфте поступает в кольцевую полость цилиндра. Из кольцевой полости вода через отверстия в валике, смещенные относительно друг друга, попадает в осевой канал штанг и далее по ним к резцу. В результате промывки при бурении ручными электросверлами потребляемая двигателем мощность снижается на
173
25—30% по сравнению с витыми штангами. Нагрузки становятся более стабильными, двигатель работает более равномерно, без зна чительных пиковых нагрузок. Скорость бурения увеличивается на 15—25%.
Разработанная конструкция гидроредуктора (гидравлического редуцирующего клапана) предназначена для регулирования дав ления воды, подводимой к буровому ставу или гидрозатвору.
Гидроредуктор состоит из корпуса, клапана с пружиной, за жимной гайки, подводящего, выпускного и сбросного штуцеров. Внутри корпуса гидроредуктора имеются две полости, соединен ные между собой отверстием. Это отверстие перекрывается клапа ном, пружина которого при помощи зажимной гайки устанавлива ется на требуемое давление. Вода под давлением, имеющимся в высоконапорной магистрали, по шлангу поступает через подво дящий штуцер в большую полость корпуса. Если давление не бу дет превышать величину, на которую установлен клапан, то вода
под давлением |
будет поступать через выпускной клапан прямо |
||
к потребителю. |
При увеличении давления свыше установленной |
||
величины |
вода |
начинает отжимать клапан и частично |
поступать |
в малую |
полость корпуса, соединенного при помощи |
сбросного |
штуцера с атмосферой. Вследствие этого давление в гидросистеме падает и к потребителю вода поступает под давлением, на которое отрегулирована пружина клапана. В сравнении с обычным венти лем гидроредуктор проще в конструктивном отношении и более надежен в работе.
Правилами безопасности разрешается применение на гидро шахтах следующих ВВ: аммониты ПЖВ-20, АП-5ЖВ, № 6-ЖВ, № 7-ЖВ, победит ВП-4, граммонал А-8, динамон АМ-10, аммонал водоустойчивый, углениты Э-6, № 7.
Данные ВВ можно применять при наличии гидрозабойки без из быточного давления. Помещение патронов указанных ВВ в рези новые оболочки позволяет увеличить давление гидрозабойки в скважине до 10—30 кгс/см2.
Патрон-боевик в резиновой оболочке может находиться в воде под давлением 25 кгс/см2 в течение 1,5 мин. Для взрывания заря дов в этих условиях применяют гремучертутные электродетонаторы № 8 и детонаторы № 6.
Сплошные или рассредоточенные заряды взрывают при помощи детонирующего шнура (тенового или гексагенового).
При давлениях воды 30 кгс/см2 ДШ сохраняет детонационную способность в течение 25 с, при давлении 10 кгс/см2 — в течение 7 мин и при давлении 1 кгс/см2 — в течение 38 мин.
Для механизации заряжания скважин диаметром 40—50 мм и длиной 5—20 м патронированными ВВ ИГД им. А. А. Скочинского разработан гидравлический зарядчик скважин ГЗС-1 (рис. 73).
Гидрозарядчик состоит из дроссельной коробки, зарядника, уп
лотнителя и |
направляющих трубок. В заряднике помещается один |
патрон. Для |
автоматической подачи шести патронов к заряднику |
174
подсоединяют кассету. Уплотнители, прикрепляемые к корпусу за рядника, представляют собой три резиновые клиновые полоски. Они служат для центрирования и плотного удержания гидрозаряд чика в устье скважины. Такая конструкция зарядника позволяет отработанной воде после выброса патрона из направляющих тру бок вытекать из скважины по затрубному пространству.
Патрон подается в скважину при помощи напорной воды, по ступающей в гидрозарядчик по армированному шлангу из гидро мониторного става.
Скважины при этом герметизируют гидрозатвором ГАМУ-1 конструкции ИГД им. А. А. Скочинского с автоматической син-
Рис. 73. Гидравлический зарядчик скважин ГЗС-1:
1 — рукоятка; 2 — ограничитель; |
3 — курок; |
4 |
— коромысло; |
5 — дроссельная |
|
игла; 6 ~ водоподводящий шланг; 7 — корпус |
дросселя; 8 — успокоитель; 9 — |
||||
крышка; |
10— камера зарядника; |
/У —затвор; |
12 — резиновые |
клиновые уплот |
|
нители; |
13 — угольный массив; |
14 — направляющие трубки; |
15 — детонирую |
щий шнур; 16 — патрон ВВ
хронной работой распорного и герметизирующего узлов (рис. 74). Гидрозатвор состоит из сварного подвижного штока, корпуса, упорного устройства, резинового уплотнения, стакана-регулятора и противоударного клапана.
Принцип действия гидрозатвора заключается в следующем. Из гидромониторного става вода через автогидроредуктор по вы соконапорным шлангам поступает в сварной шток гидрозатвора. Выйдя из отверстия а, она заполняет кольцевую полость между штоком и поршнем. Под действием силы, оказываемой напорной водой на поршень, шток смещается в сторону, противоположную движению воды, и открывает отверстие б, через которое вода по ступает внутрь следующего участка штока и далее в скважину. При движении штока стакан-регулятор и корпус сжимают находя щееся между ними резиновое уплотнение, которое, увеличиваясь в диаметре, плотно прижимается к стенкам скважины и тем самым герметизирует ее.
175
На штоке в пазах корпуса сидят клинья, укрепленные винтами, которые при перемещении штока скользят в прорезях корпуса. Разрезные конические сегменты надвигаются на клинья и, увеличиваясь в диаметре, внедряются в стенки скважины. При взрыве выталкивающая ударная сила, приходящаяся на гидрозатвор, пы тается сместить его по скважине, благодаря чему сегменты еще больше раздвигаются и внедряются в стенки скважины.
После снятия давления шток занимает начальное положение и гидрозатвор легко извлекается из скважины.
1 — насадка; 2 — автогидроредуктор; 5 —манометр; 4 — водоподводящая магистраль; 5 — шток; 6 — корпус; 7 — упорное устройство; 8 — клинья; 9 — резиновое уплотнение; 10 — ста кан-регулятор; 11—противоударный клапан
При проведении горных выработок на гидрошахтах взрывогид равлический способ применяется в следующих модификациях:
гидроотбойка угля, рыхление породы буровзрывными работами, смыв разрыхленной породы гидромонитором;
рыхление угля и породы буровзрывными работами и смыв раз рыхленной горной массы гидромонитором;
рыхление угля и породы буровзрывными работами, погрузка разрыхленной горной массы погрузочной машиной через перегружа тель и дробилку в углесос (или гидроэлеватор) и далее напорный гидротранспорт;
гидроотбойка и смыв угля, буровзрывные работы по породе, уборка и напорный гидротранспорт ее в выработанное простран ство с помощью проходческого агрегата АП-2.
Первые три варианта обеспечиваются общеизвестным оборудо ванием. Работы по последнему варианту механизируются проход ческим агрегатом АП-2 [5].
Проходческий агрегат АП-2 (рис. 75) конструкции УкрНИИгидроуголь предназначен для механизации операций проходческого
176
Рис. 75. Проходческий агрегат АП-2
12 Заказ № 541
цикла при проведении подготовительных выработок по породам крепостью 12 с гидрозакладкой.
Агрегат состоит из самоходной гусеничной тележки 1, пита теля 2, дробилки 3, гидроэлеватора 4, гидромонитора и двух мани пуляторов 5.
Струей воды гидромонитора разрушается угольный массив. От битый уголь в смеси с водой транспортируется самотеком к узлу обезвоживания или напорным гидротранспортом. Породный забой обуривается с помощью сверл, установленных на манипуляторах.
Взорванная порода питателем подается в дробилку, откуда гидроэлеватором по пульповоду транспортируется в выработанное пространство.
Техническая характеристика агрегата АП-2
Производительность, т / ч .............................. |
40—70 |
Максимальный размер куска горной мас |
|
сы, мм ......................................................... |
400 |
Рекомендуемое минимальное сечение |
вы |
работки, м2: |
6,35 |
в с в е т у ......................................................... |
|
в проходке ............................................. |
8,3 |
Габариты, мм: |
|
д л и н а ............................................................ |
6160 |
ширина ..................................................... |
1840 |
высота ..................................................... |
2050 |
высота в транспортном положении |
. . 1800 |
Масса, т .......................................................... |
15,6 |
Агрегат подключается к высоконапорному водоводу с помощью гибкого высоконапорного шланга.
Г л а в а VI
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ТРАНСПОРТ И ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПОДЪЕМ УГЛЯ
§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГИДРОТРАНСПОРТЕ
Гидротранспортом называется перемещение твердых сыпучих материалов в потоке транспортирующей жидкости (воды). Гидро транспорт может осуществляться по трубам (напорный) и жело бам (безнапорный).
Основными достоинствами гидротранспорта являются, малочис ленность обслуживающего персонала, возможность транспортиро вания материала по кратчайшему пути, а также возможность автоматизации в связи с тем, что схемы транспортных коммуника ций более просты и отсутствуют многочисленные перегрузки мате риала с одного агрегата на другой, характерные для механиче ского транспорта.
Гидротранспортные средства занимают, как правило, очень немного места. Поперечное сечение трассы гидротранспорта в де сятки раз меньше соответствующего сечения любого вида механи ческого транспорта.
При гидротранспорте отпадает необходимость сооружения це лой системы околоствольных выработок, уменьшается сечение ствола шахты, упрощается его армирование, капитальные горные выработки объединяются с эксплуатационными.
Область рационального применения гидротранспорта опреде ляется прежде всего наличием на объекте или в данном районе достаточного количества природных запасов воды. При замкнутой системе транспортирования количество потребной воды на 1 т пе ремещаемого материала сокращается до минимума. Гидротранс порт особенно целесообразно применять для перемещения массо вых грузов с частицами небольшой крупности.
Расход энергии, необходимой для гидротранспорта 1 т сыпу чего материала, обычно выше, чем при механическом транспорте.
В зависимости от конкретных условий (консистенции пульпы, производительности установки, крупности перемещаемого матери ала и т. д.) оптимальная дальность транспортирования колеблется от нескольких сот метров до нескольких сот километров.
Отработанная вода гидромониторной струи смешивается с отби тым углем и перемещает куски угля из призабойного пространства
12* |
179 |