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

Всесоюзный научно-исследовательский институт минерального сырья разработал конструкцию самозатачивающихся коронок,’ в которых резцы из твердых сплавов представляют собой тонкие стерженьки и тончайшие пластинки. Испытания показали, что эти коронки могут с успехом применяться при бурении весьма крепких пород XII и XIII категорий твердости.

Бурение шарошечными долотами является относительно новым

видом бурения на отечественных рудниках. Однако передовые бу­ рильщики не только освоили этот способ, но и проявляют творче­

скую инициативу в деле улучшения организации и техники проход­ ки скважин. На Лениногорском руднике бригада бурового мастера

Захарова благодаря тщательной установке станка вращательного бурения, правильному выбору режима бурения, четкому распреде­ лению обязанностей между членами бригады пробуривает за месяц до 460 м скважин. Особенно осторожно подходит бригада к режи­ му бурения при забуривании скважин. В начале забуривания дав­ ление поддерживается в пределах от 50 до 500 кг в зависимости от крепости пород. При углублении скважин на 3—4 см давление по­ вышается постепенно до 1 000 кг. Затем до глубины 0,8—1 м давле­

ние увеличивают до 2 500 кг, после чего начинается бурение с дав­ лением от 4 000 до 6 000 кг, в зависимости от крепости пород.

Передовые мастера одного из рудников за счет применения

специального расширителя увеличили диаметр скважины до 154 мм (против прежнего 135 мм), благодаря чему повысился на 40% вес заряда ЕВ и выход породы с 1 м скважины. Кроме того, расшири­

тель служит дополнительной опорой и предохраняет конические шарошки от действия боковых нагрузок, в результате чего увеличи­ лась их стойкость.

При вращательном бурении необходимо следить за тем, чтобы

все движущиеся части станков были надежно ограждены от случай­ ных к ним прикосновений. Электродвигатели и пусковую электро­ аппаратуру станков заземляют.

При перемещении буровых станков категорически запрещается

руками направлять канат на барабан лебедки и браться за фрик­ ционные колеса.

Для придания станку большей устойчивости при передвижении

подвеска должна быть спущена в нижнее положение и закреплена.

Не допускается отгребание буровой мелочи от устья скважин .рука­

ми; для этой цели следует использовать лопаты и специальные скребки.

Перед началом бурения в подземных условиях забой тщательно осматривают и обрушивают нависшие куски породы и даже ча­

стично закрепляют слабые места. Периодически проверяется устойчивость крепления станка и в первую очередь бурового ин­ струмента. При бурении с промывкой следует постоянно контроли­ ровать герметичность сальника и всех коммуникаций, по которым проходит промывочная жидкость.

НО

Глава VI

СТАНКИ УДАРНО-ВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ

§ 25. Принцип работы и устройство станков

Вращательное бурение скважин эффективно главным образом

тающими в скважине, резко повысилась производительность буре­ ния и эффективность взрывных работ в связи с увеличением диа­ метра скважин не только в породах средней крепости,' но и в

твердых.

Основная особенность пневмоударника, работающего в скважи­

не, заключается в том, что ударное действие и вращение бурового инструмента выполняются двумя независимо работающими меха­ низмами. Поэтому такой способ бурения часто называют удар­ но-вращательным. Применение ударного механизма с неза­ висимым поворотом увеличивает живую силу удара, упрощает кон­

струкцию пневмоударника и уменьшает его внешний диаметр.

Благодаря достаточной мощности вращателя обеспечивается равномерность работы пневмоударника. Кроме того, бурение сква­

жины пневмоударником, входящим в нее вслед за буровым инстру­

ментом, увеличивает силу удара, благодаря чему скорость бурения по мере углубления скважин снижается очень медленно.

Буровая мелочь при работе пневмоударниками выносится из скважины струей отработанного воздуха или потоком нагнетаемой в скважину воды. Охлаждение пневмоударника и бурового инстру­ мента производится отработанным сжатым воздухом или водой. Сжатый воздух и смазочное масло поступают в пневмоударник че­ рез переходник, соединенный со штангами и автоматической мас­

ленкой.

В настоящее время имеется большое число буровых станков, ра­ ботающих с пневмоударниками. Для иллюстрации ниже приведены описания станка БМК-2 с пневмоударником Ю-16, работающего как на открытых работах, так и в подземных выработках, и станка БА-100 с пневмоударником М-1700.

Станок БМК-2 (рис. 49) выпускает Кыштымский механический завод. Он предназначен для бурения скважин диаметром 100— 106 мм и глубиной до 30 м. Основными частями машины БМК-2

являются: станина 1, вращатель 2, пневмоударник 3, обеспыливатель 4 и ручная лебедка 5. Для регулирования давления на забой

скважины по мере углубления ее предусмотрен противовес 6, вес которого может изменяться в зависимости от глубины скважины.

Опытными работами установлено, что наивысшая скорость

бурения соответствует постоянному осевому усилию в 145—155 кг на забой скважины.

Станина машины БМК-2 (рис. 49,а) изготовлена из двух парал­ лельных металлических цельнотянутых труб диаметром 50 мм,

жестко скрепленных между собой. Нижние концы труб оканчива­ ются винтовыми упорами — регулировочными винтами 7, которые

111

служат для выравнивания машины в вертикальной плоскости. В верхней части станины укреплен блок дл.я каната ручной лебедки. По трубам станины, как по направляющим, передвигаются салаз­ ки, подвешиваемые на канате. К передней части станины прикреп­ ляется откидной направляющий хомут 8, который служит для фик­ сирования оси ударника при забуривании и бурении скважины. Благодаря этому приспособлению скважина получается правиль­ ной круглой формы.

С задней стороны станины крепятся: рубильник (магнитный

пускатель) 9, воздушный кран 10 и оттяжка 11 для крепления ма шины.

Колонны буровых штанг и ударника вращаются при помощи вра’щателя таким образом, что каждый удар долота наносится по новому месту забоя скважины. Экспериментальным путем установ­ лено, что наивыгоднейшее число оборотов штанги диаметром 89 мм равно 22—25 об/мин.

Вращатель состоит из электродвигателя и планетарного редук­ тора 12, корпус которого имеет форму усеченного конуса и изго­

товлен из стали. Для предупреждения вытекания масла редук­ тор имеет уплотняющие резиновые кольца. Чтобы шлицевая гайка шпинделя не развинчивалась, на конец вала навертывают специ­ альную контргайку и вставляют штифт.

При бурении вращатель прикрепляют четырьмя болтами к пли­

те, которая свободно передвигается по трубчатым стойкам станины машины. Электроэнергия к двигателю подается по кабелю 13, ко­ торый закрепляется между выводной крышкой и корпусом элект­ родвигателя. Пневмоударник вращается с помощью пустотелых штанг с наружным диаметром 89 мм и длиной 1,5 м, на концах которых имеются специальные вырезы для ключа. Штанги имеют

наружный диаметр 89 мм и длину 1,5 м; вес каждой штанги 14 кг.

Навинчивание и развинчивание буровых штанг производят путем реверсирования вращения электродвигателя. Общий вес вращате­

ля 72 кг.

Пневмоударник представляет собой пневматический молоток с

прямолинейным возвратно-поступательным движением поршня со штоком, который наносит удар по хвостовику коронки. Сжатый воздух к пневмоударнику поступает по буровым штангам 14 через сальник 15, к которому присоединяется гибкий шланг 16 от возду­

хопровода.

Пневмоударник (рис. 49, б) состоит из корпуса 17, цилиндра 18, поршня 19 со штоком, воздухораспределительного устройства 20, направляющей буксы 21, коронкоудерживающего стакана 22 и ко­ ронки 23. Воздухораспределительное устройство имеет корпус 24,

золотник 25 в виде круглой пластинки диаметром 48 мм и толщи­ ной 3 мм. Золотник перемещается на 1 мм в углублении нижней крышки 26 корпуса, направляя при своем движении сжатый воз­ дух в верхнюю (над поршнем) или в нижнюю (под поршнем) часть цилиндра. Букса служит для направления движения бойка поршняпри нанесении удара по хвостовику коронки. Стакан 22

удерживает коронку в пневмоударнике и препятствует ее провора­ чиванию. Коронка при бурении может передвигаться вдоль оси

пневмоударника на 20 мм. Общий вес ударника в собранном виде

17,3 кг.

Для улавливания частиц буровой пыли при выходе их из устья скважин используется обеспыливатель, который состоит из двух взаимно-перпендикулярных, связанных между собой труб. На кон­

це горизонтальной трубы обеспыливателя, имеющей коническую форму, прикрепляется гофрированный рукав (рис. 49,я). Верти­ кальная труба входит в центр скважины и служит для направления

буровой пыли в горизонтальную трубу. Внутри вертикальной трубы проходит буровая штанга.

Отработанный воздух вместе с буровой пылью при выходе из устья скважины увлекается воздушно-водяной струей; буровая пыль смачивается и направляется в виде пульпы по гофрированно­ му рукаву в водосточную канаву. Расход воды регулируется изме­ нением сечения канавы. Чтобы пыль не попадала в атмосферу, а вода в скважину, зазор между буровой штангой и внутренней стен­ кой вертикальной трубы в верхней части обеспыливателя уплотня­

ют при помощи резинового кольца, которое подтягивают специаль­

ными болтами. Зазор между наружной стенкой трубы обеспылива­ теля и стенкой скважины промазывают невысыхающей мастикой (30% канифоли и 70% машинного масла). Пыль, попадая в лип­ кую среду мастики, осаждается на ней и еще более уплотняет за­ зор. Таким образом создаются условия для полного улавливания пыли. Общий вес обеспыливателя 10,5 кг.

На открытых горных работах станину машины укрепляют на салазках, при помощи которых ее передвигают от скважины к скважине.

Буровая машина БА-100 с пневмоударником М-1700 (рис. 50) предназначена для бурения скважин диаметром 100 мм и глубиной до 50 м Машина БА-100 состоит из станка, укрепленного на рас­ порной колонке, штанг и пневмоударника с буровой коронкой.

Сжатый воздух для работы пневмоударника и вода для про­ мывки скважин подаются в штанги через двойную муфту. Подъем и спуск станка по колонне производят с помощью лебедки.

Все узлы станка смонтированы на сварной станине. Снизу к

станине прикреплен электродвигатель, который через пару цилинд­ рических шестерен вращает шпиндель. Подача шпинделя осущест­ вляется пневмоподатчиком, состоящим из двух цилиндров. Штоки поршней пневмоподатчика захватывают шпиндель станка травер­ сой. Усилие подачи передается траверсой вращающемуся шпинде­ лю через упорные подшипники колонке штанг и пневмоударнику.

соединяются без резьбы с помощью уплотнений из резиновых колец.

114

Рис. 50. Буровая машина БА-100

а — общий вид; б — пневмоударник М-1700; 1 — водоподводящий шланг; 2 — сальник; 3 — автоматическая масленка; 4 — штанга; 5 — воздухо­

'Автоматическое устройство для ускоренной выдачи штанг из сква­

жины значительно сокращает время на вспомогательные работы '(смену коронок и др.).

Пневмоударник М-1700 (рис. 50,6) имеет корпус, изготовленный В виде трубы; в стенках корпуса сделаны две системы каналов для прохода сжатого воздуха и промывочной воды. Воздухораспредели­ тельное устройство имеет пластинчатый клапан. В цилиндр пнев­

моударника со стороны воздухраспределительного устройства

Ввертывается переходник, который закрепляет золотниковую ко­ робку и соединяют пневмоударник со штангой. На переходнике укреплена муфта, предохраняющая корпус пневмоударника от ис­ тирания о стенки скважины.

В табл. 20 дана техническая характеристика станков для удар но-вращательного бурения.

§ 26. Буровой инструмент

Эффективность работы буровых станков в значительной степени

зависит от правильного выбора формы режущей части, угла при-

сстрения и других конструктивных элементов коронки. При удар­

но-вращательном бурении применяются разнообразные виды коро­ нок: долотчатая с одним симметрично расположенным лезвием

(однодолотчатая), долотчатая со смещенным лезвием, крестовая,

долотчатая с дополнительным лезвием, коронки с опережающим

лезвием. Все виды коронок армируются твердыми сплавами, в ос­ новном ВК-15. Достоинства однодолотчатой коронки—простота из­ готовления и удобство заточки лезвия, недостаток — быстрый из­ нос уголков лезвия, что ведет к уменьшению диаметра скважин. Кроме того, в центральной части скважины происходит излишнее

■измельчение породы.

316

Долотчатая коронка со смещенным лезвием меньше измельчает породу в центральной части, однако износ и затупление уголков также значительны.

Крестовая коронка является более стойкой, чем однодолотча-

тая, но при ее применении снижается удельное давление и по-

этому скорость бурения уменьшается. Коронка с дополнительными лезвиями (рис. 51,а) обладает большей стойкостью и обеспечивает

достаточно высокую скорость бурения.

Коронка с одним'опережающим и двумя основными лезвиями (рис. 51,6) имеет в центре одну пластинку на опережающем лезвии

идве пластинки по периферии. При таком расположении лезвий скважина получается более правильной формы и коронка меньше изнашивается. Скорость бурения в этом случае повышается, так

как основные лезвия работают при наличии двух открытых по-'

верхностей. Кроме того, при коронках с опережающим лезвием об­

легчается забуривание скважин и увеличивается выход крупных фракций буровой пыли. Существует коронка с одним опережающим

итремя основными лезвиями (рис. 51, в). Достоинства ее те же.

что и коронки с одним опережающим и двумя основными лезвия­

ми. Недостаток ее заключается в большой сложности изготовления,

Рис. 51. Формы коронок при ударно-вращательном бурении

§27. Ударно-вращательное бурение, производительность его

имеры безопасности

Хорошая работа бурового станка зависит не только от его кон­ струкции, но и от должного ухода и правильной эксплуатации. Бу­

ровой станок должен быть правильно установлен. Воздухопровод-,

117

ный шланг перед присоединением его к штангам продувают сжа­ тым воздухом, чтобы избежать попадания посторонних частиц в воздухораспределительное устройство. Смазка должна поступать

непрерывно и покрывать тонким слоем трущиеся части, обеспечи­ вая тем самым их плавное скольжение.

Как и при всех видах буровых работ, эффективность ударно­ вращательного бурения во многом зависит от выбора и соблюдения правильного режима: числа оборотов, числа ударов, осевого дав­ ления, интенсивности очистки скважин и т. д.

Разрушение породы происходит главным образом за счет уда­

ра пневмоударника. Опыты показали, что наилучшие результаты достигались при 40—60 ударах на один оборот пневмоударника.

В этом случае угол поворота на один удар составляет от 3 до 5°.

Чем выше давление воздуха, тем сильнее и чаще боек поршня на­ носит удары и тем быстрее должен вращаться буровой инструмент.

Число оборотов должно снижаться с повышением крепости по­

роды и с увеличением диаметра скважины. Наиболее целесообраз­ но при бурении использовать электродвигатель с устройством для регулирования числа оборотов. Пневмоударник делает 1 400— 2 300 уд/мин.

На одном из рудников были проведены наблюдения за работой пневмоударника в весьма крепких породах при различном давле­ нии сжатого воздуха. Результаты опытов показали, что при сниже­ нии давления с 5,5 до 5 атм скорость бурения снижалась примерно на 10%. При понижении давления до 4,5 атм скорость уменьшалась

ее диаметра и глубины, а также веса бурового инструмента. В за­ висимости от величины осевого давления скорость бурения изме­ няется в пределах от 20 до 40%. При проходке наклонных и верти­ кальных нисходящих скважин пневмоударник прижимается к за­ бою скважины за счет тяжести бурового инструмента. С глубиной возрастает вес бурового инструмента и, следовательно, увеличи­ вается осевое давление. В этом случае для регулирования осевого давления на забой скважины в машине БМК-2 предусмотрено

приспособление для навески грузов по 20—40 кг. Однако вопрос

регулирования осевого давления в современных машинах еще не получил полного разрешения.

Существенное влияние оказывает на скорость бурения очистка

скважины от буровой мелочи. Своевременное и полное удаление

разрушенных частиц породы имеет особое значение при бурении скважин, направленных вниз. Наилучшим способом очистки явля­ ется бурение с промывкой скважин, что имеет место в пневмоудар­

никах станка БА-100. При бурении станком БМК-2 породная ме­ лочь непрерывно удаляется восходящей струей отработанного воз­ духа со скоростью 20 м!сек. Недостатком этого станка является большой вес бурового инструмента вследствие того, что штанги должны иметь диаметр, равный диаметру корпуса пневмоударника.

118

Успешная работа буровых станков зависит от правильной ор­ ганизации труда и ухода за ними. В результате хорошей органи­

зации труда, правильного распределения обязанностей между чле­ нами бригады, широкого внедрения передового опыта и умелого использования буровой техники систематически перевыполняются нормы выработки и снижается стоимость бурения 1 пог. м сква­

жины. Большое внимание уделяют подготовке персонала, обслу­ живающего буровые станки. Хорошие результаты дал опыт освое­

ния бурильщиками смежных профессий. Благодаря этому буриль­ щики стали самостоятельно выполнять мелкий ремонт и ликвиди­ ровать неполадки в механизмах, на которых они работают.

Пневмоударник целесообразнее смазывать маслом марки Л или аналогичным по вязкости через автоматическую масленку, которая обеспечивает непрерывное поступление масла в пневмоударник в количестве, достаточном для его нормальной работы. Редуктор, вращатель и лебедку смазывают машинным маслом.

Надо следить за тем, чтобы пневмоударник не работал вхоло­ стую, так как это приводит к преждевременному износу его частей.

Хвостовик коронки должен иметь размеры, соответствующие размерам долотоудерживающего стакана пневмоударника. Корон­ ки должны подбираться комплектно по диаметрам и удовлетворять всем требованиям для данных условий. Не следует бурить сильно

затупленными коронками, так как в этом случае снижается произ­

водительность труда и повышается выход дисперсной пыли, весьма

вредной для здоровья человека.

Сборка бурового инструмента должна выполняться тщательно. При бурении скважин необходимо применять промывку водой или пылеулавливающие (пылеосаждающие) устройства.

Во время работы бурового станка бурильщик должен наблю­ дать за работой вращателя, пневмоударника и пылеулавливающе­ го устройства. В случае обнаружения в пневмоударнике или буро­ вом станке какой-либо неисправности ее следует немедленно устра­

нить. Если требуется разобрать пневмоударник, то его нужно сдать в мастерскую. Во всех вращающихся частях (валах, шестернях, шкивах и т. п.) не должно быть биения. Сработавшиеся части

пневмоударника или машины заменяют новыми.

Буровые бригады должны иметь полный набор рабочих инстру­ ментов и аварийных приспособлений. Каждый бурильщик должен знать конструкцию пневмоударника и буровой машины (станка) и

усвоить основные правила пользования ими.

На открытых работах производительность машины БМК:2 при диаметре колонки 100 мм при бурении в поводах XII и XIII кате­

гории крепости составляет 16 м!смену. Стойкость коронки в этих

условиях 50—70 м ппи числе заточек, равном 10. В подземных ус­ ловиях в породах XIV и XV категорий крепости и при диаметре скважин в среднем 130 мм производительность в смену составляет 2,4 м. Передовые бригады и в настоящее время обеспечивают смен­ ную производительность 7—8 м в весьма крепких породах. В част­ ности, на Джезказганском медном руднике в породах XI кате-

119