книги из ГПНТБ / Ассонов В.А. Буровзрывные работы учебное пособие для горных техникумов

ние получается шарнирным. Резец 5 представляет собой стальную поковку, имеющую два или три пера и хвостовик. В пазы рабочей поверхности перьев и в центр резца впаиваются пластинки из твер­ дого сплава 9. На рисунке показан трехперый резец, но при бу­ рении нетрещиноватых пород можно применять и двухперый.

Кроме резца и набора штанг, обеспечивающих бурение сква­

жин на полную глубину, для каждого станка необходимо иметь запасные резцы, штанги, пальцы и шайбы к ним, железную отож­ женную проволоку диаметром 1,5 мм для расшплинтовки пальцев, „ключ-скобу 10 и ловильный штопор 11.

§23. Устройство станков вращательного бурения

ибуровой инструмент для подземных работ

Для вращательного бурения в подземных условиях применяют

несколько видов буровых станков. Наиболее широкое распростра­

нение получили станки БД конструкции инж. Миняйло, БСШ-1

и др.

Станок БД конструкции инж. Миняйло (рис. 44) состоит из станины 1, на которой установлены электродвигатель, враща­ тельный механизм и регулятор давления. Для удобства переме-

Рис. 44. Буровой станок БД

щения станка по горным выработкам станина делается разъем­

ной из двух частей, соединяемых между собой петлями и бол­

тами 2. Станина крепится на деревянной раме болтами или костылями.

100

Передача вращения буровому инструменту от электродвига­ теля 3 осуществляется малой шестерней, установленной на валу двигателя, и большой с внутренним зацеплением 4, укрепленной на стальной соединительной втулке 5, охватывающей пустотелый шпиндель 6 с патроном 7, куда вставляется буровой инструмент. Шестерни закрыты кожухом 8.

Соединительная втулка 5 в нижней своей части имеет по всей длине паз, сделанный по шпонке шпинделя, отчего последний, по­ ступательно перемещающийся во втулке, может вращаться вместе с ней. Соединительная втулка свободно вращается в подшипнике, закрепленном на верхней плите станины.

Механизм регулирования подачи и давления бурового инстру­

приводимая в движение маховичком 12. При вращении маховичка начинает вращаться шестерня 10, которая своими зубцами пере­ двигает рейку и шпиндель с буровым инструментом, закрепленным

предназначен для бурения скважин шарошечными долотами.

Станок состоит из станины 1, на которой установлен электро­ двигатель 2 с главным фрикционом и редуктором вращателя 3, гидравлического привода подачи 4 с электродвигателем привода 5 и подъемной лебедки, расположенной с другой стороны редуктора.

Буровые штанги закрепляются в зажимном патроне 6.

Вращение ротора электродвигателя 2 через главный фрикцион

7 передается коробке передач, в которой находятся четыре цилин­ дрические шестерни 8, 9, 10 и 11. Эти шестерни приводят во вра­

щение вал 12 с кулачковой муфтой 13. Рычагом 14 кулачковая

муфта 13 может быть введена в зацепление с кулачками 15 кони­ ческой шестерни 16, которая через коническую шестерню 17 при­ водит в движение вращательный механизм.

При сцеплении кулачковой муфты 13 с кулачками 18 начинают вращаться шестерни 19, 20 и 21. На одном валу с шестерней 21 находится шестерня планетарной передачи 22. С последней соеди­ няются сателлитовые шестерни 23, находящиеся в зацеплении с шестерней 24, имеющей внутренние зубцы. Валик 25 шестерен 23

соединен с барабаном лебедки 26. Вращение барабана для подъе­

ма инструмента происходит при торможении шестерни 24; в этом

случае сателлитовые шестерни обегают шестерню 24 и вращают барабан, имеющий тормоз 27. Для создания необходимого давле­

ния на буровой инструмент в станке БСШ-1 применена гидравли­ ческая подача. Рабочее давление жидкости 25 кг/см2; мощность

электродвигателя подачи 1,5 кет, наибольшее давление 4 320 кг. Техническая характеристика станков вращательного бурения

для подземных работ приведена в табл. 18.

Вращательное бурение производится кольцевым (ко­ лонковым) способом, при котором порода выбуривается в

101

Рис. 45. Станок БСШ-1

а —< общий вид; б — кинематическая схема

102

Таблица 18

Техническая характеристика станков вращательного бурения для подземных работ

небольшого диаметра керн обычно отламывается сам вследствие вибрации бурового инструмента. Бурение скважин ведется с про­ мывкой.

Вращательное бурение производится:

а) буровыми коронками, армированными твердыми сплавами; б) коронками, армированными алмазами (алмазное бурение), в) с помощью дроби (дробовое бурение); г) шарошками (шарошечное бурение).

В случае применения армированных коронок в комплект буро­ вого инструмента входят коронка, колонковая труба, переходник с колонковой трубы на штангу, буровые штанги и сальник.

Буровая коронка представляет собой короночное кольцо с толщиной стенок 6,5--8 мм, рабочий торец которой армирован твердыми сплавами или алмазами.

При бурении крепких горных пород применяют восьмигранные стержни твердого сплава диаметром 5 мм, длиной 10 мм. Вес стержня 3 г. При бурении пород средней крепости используют

прямоугольные пластинки размером 10X7,5 мм, толщиной 3 мм;

вес каждой пластинки 3 г. Мягкие породы бурят косоугольными

или ромбическими пластинками каждая весом от 3,3 до 12 г.

Восьмигранные стержни закрепляют в короночном кольце и заче-

канивают. Пластинки остальных форм впаивают. Резцы затачивают под углом 40—85°. Для более крепких пород делают больший угол заточки. На наружной и внутренней боковых поверхностях корон­ ки делают канавки для пропуска промывочного раствора.

Коронку соединяют колонковой трубой, которая служит для подъема выбуриваемого керна и направления бурового инстру-

103

мента. В зависимости от диаметра коронку изготовляют из цель­ нотянутой трубы диаметром 44—144 мм. При забуривании сква­ жин применяют колонковые трубы длиной 0,5 м, а при бурении—•

длиной 1—2 м.

Штанги представляют собой трубы диаметром 42 мм и длиной 1—2 м. Они служат для передачи вращения от шпинделя станка буровому инструменту и для подачи воды к забою скважины. Сое­ динение штанг между собой осуществляется с помощью ниппелей и муфт. Для подачи воды в скважину пользуются плунжерными насосами производительностью 60—75 л^мин при наибольшем дав­ лении 25—30 ат.

При вращательном бурении применяются также коронки,

армированные мелкими алмазами размером от 0,01 до 0,005 кара­ та и называются мелкоалмазными коронками. Преиму­

ществом таких коронок являются большая стойкость и малая стоимость по сравнению с крупноалмазными коронками (почти в 20 раз). Прочность закрепления мелких зерен алмазов позврляет повысить скорость вращения бурового инструмента до 3 000— 3 500 об/мин, что способствует увеличению скорости бурения.

Для подачи промывочной воды от насоса из невращающегося нагнетательного шлан­ га во вращающиеся штанги применяют сальник (рис. 46). Он состоит из стального корпуса 1, оканчивающегося нарезкой для

соединения со штангами, штуцера 2 с коль­

цевым буртиком 3, бронзовой муфты 4 и

гайки 5 с контргайкой.

На штуцер навинчивают угольник 6 с

отводом 7. Снизу и сверху буртика 3 поме­ щаются бронзовые кольца 8 и 9. Над коль­ цом 9 навивают сальниковую набивку 10,

которая уплотняется муфтой 4 и гайкой 5. По мере износа сальниковой набивки под-

Рис. 46. Сальник

вертывают гайку 5. Нагнетательный промы­ вочный шланг соединяют с отводом 7 по­ средством хомутиков.

Дробовое бурение производится чугунной дробью диа­ метром 2,75—2,25 мм для весьма крепких пород, 3,5—5,5 мм—для крепких и абразивных пород. Применяют иногда стальную дробь,

которая в ряде случаев оказывается лучше чугунной. Коронки,

применяемые при дробовом бурении, имеют цилиндрическую форму. На верху коронки делают нарезку для присоединения к колонковой трубе, а на нижней части—прорезь для прохода дроби и промывочной жидкости. Длина коронки 500 мм, толщина стенок

10—12 мм.

При бурении шарошечными долотами разруше­ ние породы происходит внедряющимися в породу зубками шаро­ шек, которые, свободно вращаясь на опорах, перекатываются по забою.

104

Внедрение зубков в породу происходит под воздействием осе­ вого давления, которое должно создавать удельное давление, пре­

вышающее сопротивление породы разрушению. Шарошечные до­ лота, имеющие незначительные площадки режущей кромки и осо­ бое расположение зубков на поверхности конуса шарошки, допус­ кают создание необходимого давления для разрушения крепких и весьма крепких пород при необходимом осевом давлении.

Шарошечные долота, приме­ няемые для бурения скважин диа­ метром до 150 мм, могут быть двух- и трехшарошечные. Двух­

шарошечное долото завода «Ком­ мунист» (рис. 47). состоит из двух лап 1 с цапфами, на которых крепятся шарошки 2 с зубками 3

из твердого сплава ВК-15. Диа­ метр зубков 12 мм. Нагрузки, дей­ ствующие на шарошку, восприни­

290 мм, максимальная осевая нагрузка 20 т. Применение долота АСГ-14 увеличивает проходку скважин на 20—25% в смену по сравнению с серийными шарошечными долотами АСГ-9 и АСГ-10.

Трехшарошечные долота типа «К» имеют вставные штыревые зубья из твердых сплавов со сферической рабочей поверхностью.

Диаметр таких долот 269 мм для долота 11-К и 295 мм для доло­

та 12-К. Осевая нагрузка до 35—45 т.

Шарошечное бурение применяется главным образом в креп­ ких и весьма крепких породах. К достоинствам такого бурения следует отнесли:

1)более низкую стоимость бурения (в 2—3 раза по сравнению

сбурением коронками, армированными твердыми сплавами);

105

2)большое удельное давление при одинаковом осевом давле­ нии и в связи с этим более высокую производительность;

3)возможность изготовления долот с катящимися шарошками, что обеспечивает большую их износоустойчивость;

4)меньшее число подъемов и спусков бурового инструмента на 1 м скважины.

Недостатками шарошечных долот является:

1)сложность конструкции долота и более высокая стоимость изготовления, так как используются твердые сплавы и высокока­ чественные стали;

2)несовершенство опор шарошек, вызывающее частый выход

их из строя;

3)большой расход промывочной воды.

§24. Вращательное бурение, производительность его

имеры безопасности

Для установки станка надо хорошо подготовить и спланиро­ вать площадку. Затем установить и укрепить станок и перед нача­ лом работ проверить его исправность. Необходимо также прове­ рить состояние бурового инструмента и его комплектность.

На открытых горных работах станок вращательного бурения обслуживает бригада из двух человек: бурового мастера и его помощника.

При бурении подъемный канат подвески держат в натянутом состоянии, так как наличие напуска каната может вызвать по­ ломку штанги или остановку двигателя. Шпиндель при работе станка должен вращаться по часовой стрелке (относительно поло­ жения буримой скважины). В случае обратного вращения шпин­ деля надо поменять местами две любые фазы гибкого кабеля в точках присоединения его к рубильнику пульта управления.

При крайнем нижнем положении подвески подачу бурового инструмента прекращают, но электродвигатель, вращающий ко­ ронку, должен работать до тех пор, пока из скважины не будет выдана буровая мелочь.

После того как скважина пробурена на полную глубину и из нее удалена буровая мелочь, подвеску поднимают до предела, на­ девают ключ-скобу на нижний, находящийся над направляющим

патрубком виток спирали штанги и, ослабив канат, опускают под­

веску, пока на ключ-скобу не сядет весь став штанг.

Затем штанги над ключом-скобой разъединяют и снова не­ сколько приподнимают подвеску, отводят нижний конец верхней

штанги в сторону и опускают подвеску; в этот момент нужно осво­

бодить штангу из переходника шпинделя и убрать ее. Опустив переходник шпинделя на нижнюю штангу, соединяют его с по­ следней при помощи пальца и шплинта, поднимают подвеску до

отказа вверх и т. д. При обрыве штанг их извлекают из скважины штопором.

Большое значение имеют уход за станками и своевременный ремонт их. Поэтому каждую смену направляющие стойки и оси роликов станка смазывают машинным маслом.

106

Редуктор станка заполняют до уровня 0,7—0,8 высоты кожуха

В норму выработки включают и работы по передвижке

станков.

Необходимо отметить, что при вращательном бурении исклю­ чительно мало время чистого бурения, которое составляет всего 20—30% от общего времени бурения. На наращивание штанг и разборку бурового инструмента затрачивается до 40% и более общего времени бурения.

Поэтому передовые буровые мастера за счет ускорения нара­ щивания штанг, согласованных действий бурового мастера и по­

вала электродвигателя редуктору при помощи шарнирной роликовой цепи. Это дало возможность легко

изменять число оборотов шпинделя (путем замены цепных звездо­ чек) и устанавливать наивыгоднейший для данных условий режим

бурения.

Основой высокой производительности вращательного бурения в подземных условиях является правильный выбор режима работы, т. е. величины осевого давления на коронку, скорости вращения ко­ ронки, интенсивности промывки скважин.

Увеличение осевого давления приводит к повышению скорости бурения, а поэтому величина удельного осевого давления должна

107

выбираться возможно большая с учетом прочности резцов и штанг. При восьмигранных стержнях твердого сплава на один резец до­ пускается давление до 80—100 кг, при резце из пластинок твердого сплава —до 100—150 кг. Давление на коронку при бурении дробью устанавливается в зависимости от крепости пород и качества дроби. Среднее давление на 1 см2 площади торца коронки обычно состав­ ляет от 15 до 25 кг.

Излишнее давление на коронку при бурении дробью снижает производительность бурения и вызывает: засорение скважин мел­ кораздробленной дробью, выдавливание дроби из под коронки и искривление скважин. При удельном давлении, равном 20 кг/см2, средняя величина осевого давления для диаметра коронки 135 мм

будет 600 кг, а при диаметре коронки 85 мм до 300 кг.

При шарошечном бурении допускается осевое давление от 4 000 до 6 000 кг. Однако опыты шарошечного бурения на Салаирском руднике1 показали, что при усилении конструкции долота можно и

при диаметре коронки 120—135 мм число оборотов шпинделя стан­ ка составляет 80—100 об/мин.

Количество промывочной жидкости при различных видах буре­ ния может быть определено по следующей формуле:

Q = 60 Sv л/мин,

1 Шарошечное бурение на Салаирском руднике, «Горный журнал» № 4,

108

где S —площадь кольцевого зазора между штангами и стенками скважин в Ли2;

и— скорость восходящей струи жидкости в дм/сек.-, для коро­ нок, армированных твердыми сплавами, v равно от 200 до

300 дм!сек.

Скорость восходящей воды при дробовом бурении должна быть 250 дм!сек, при шарошечном бурении — от 800 до 1 000 дм/сек. Поэтому при бурении шарошками расход промывочной жидкости в 3—4 раза больше, чем при бурении коронками, армированными твердыми сплавами. Производительность станков вращательного бурения зависит от физико-механических свойств буримой породы,

угла наклона, глубины и диаметра скважин, вида бурения и ин­ тенсивности промывки. При бурении нетрещиноватых пород сред­ ней крепости коронками, армированными твердыми сплавами, при среднем диаметре скважин 80—100 мм сменная производитель­ ность станков равна 15-^-20 м.

При дробовом бурении производительность в большой степени зависит от способа подачи дроби. Наилучшим способом является непрерывная подача дроби при помощи дробопитателей. В Криво­

рожском бассейне в начале бурения в скважину через штанги за­ сыпают примерно 60% необходимого количества дроби на рейс1, а затем в процессе бурения через каждые 1 —1,5 часа — от 2 до 4 кг дроби. Сменная производительность при бурении дробью в крепких породах при диаметре скважин 150—160 мм составила около 1 м,

тогда как в этих же условиях сменная производительность при ша­

рошечном бурении составила от 2,16 до 2,85 м. На Салаирском руднике в породах XIII и XIV категорий твердости производитель­ ность при бурении шарошками достигла 5,3 м)смену.

Расход твердых сплавов при бурении армированными коронка­ ми составил в породах IX и X категорий твердости до 2 г на 1 м

скважины. Расход дроби при дробовом бурении и диаметре сква­ жин до 100 мм в тех же породах составил около 10 кг на 1 м сква­ жины. Средняя стойкость шарошечных долот при бурении пород

XI и XII категорий твердости около 13 м, в породах XIII катего­ рии — до 6 м.

Буровые мастера-новаторы внесли много предложений как по усовершенствованию техники, так и по организации процесса вра­ щательного бурения. Так, буровым мастером Цукуровым предло­ жен новый способ расположения твердых сплавов в коронке. Часть прямоугольных пластинок (первая группа) размещены длинной осью по касательной окружности коронки и возвышаются над тор­ цом на 5 мм, другие пластинки (вторая группа) располагают ра­

диально и возвышаются над торцом на 2,5 мм.

При бурении резцы первой группы образуют опережающую сква­ жину меньшего диаметра и создают дополнительные поверхности обнажения, облегчающие работу резцов второй группы, которые

скалывают породу на всей площади кольцевого забоя скважины.

1 Рейсом называется время бурения от спуска бурового инструмента до подъема его для смены изношенной коронки

109