книги из ГПНТБ / Охрименко В.А. Подземная гидродобыча угля учеб. пособие

энергией, предназначена для бурения направленных скважин под любым углом к горизонту.

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

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

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

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:

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

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