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

Абразивность имеет большое значение при бурении, так как при абразивных породах резко повышается износ инструмента,

требуется частая смена буров и долот, вследствие чего резко пони­ жается производительность бурения.

§ 2. Буримость и взрываемость горных пород

Физико-механические свойства горных пород по-разному влия­ ют на производительность горных работ, связанных с разработкой месторождений полезных ископаемых. Часто весьма твердые поро­ ды, оказывающие исключительно большое сопротивление бурению,

являются хрупкими и требуют для разрушения и дробления срав­

нительно небольшой расход ВВ.

Например, кварциты горы Караульной (Урал), имеющие пре­ дел твердости при сжатии до 3 000 кг!см3, по прочности отнесены

к XVI категории (см. приложение), и на бурение 1 м шпура руч­ ным перфоратором с армированными бурами затрачивается чисто­ го времени более 24 мин. По расходу ВВ на дробление 1 м3 эти

кварциты могут быть отнесены к породам X категории. Абразивность горных пород резко влияет на производитель­

ность бурения, но не имеет значения при взрывании.

На практике из-за отсутствия необходимых данных о механи­ ческих свойствах горных пород твердость их характеризуют неко­

торыми фактическими показателями, определяющими сопротивле­

ние той или иной породы какому-то процессу горных работ. При буровзрывных работах такими показателями служат буримость и взрываемость.

Буримость определяет собой степень трудности бурения породы и характеризуется скоростью бурения или обратной вели­

чиной— затратой времени чистого бурения на выбури­ вание 1м шпура при определенных (стандарт­ ных) условиях.

Взрываемость характеризует степень сопротивления горной породы разрушению ее силой взрыва. Показателями взрываемости являются расход ВВ на отрыв и разрушение 1 л? породы в целике

при определенных условиях.

§ 3. Классификация горных пород по твердости

Для удобства нормирования горные породы распределяются по категориям твердости. Такое распределение пород по категориям называется классификацией горных пород.

Существует много различных классификаций, в основу которых положены те или иные фактические показатели, определяющие крепость горных пород.

В классификации проф. М. М. Протодьяконова горные породы разделяются на десять категорий, характеризуемых коэффициен­ том крепости f, который равен 0,01 предела прочности при сжатии

9

Значения f относятся к горным породам, находящимся в плот­ ном неразрушенном состоянии. Породы, подвергшиеся выветрива­

нию, смятые в результате тектонических нарушений и трещинова­ тые, по твердости следует отнести к более низким категориям, чем предусмотрено классификацией.

Следует отметить, что указанные в классификации проф. М. М. Протодьяконова значения f относятся к группам аналогич­ ных пород; для отдельных же разновидностей пород в каждой группе величина f может изменяться. Классификация проф.

М. М. Протодьяконова получила широкое распространение в гор­ ной промышленности и до настоящего времени не потеряла своего значения для приближенной характеристики твердости горных пород.

Для нормирования буровзрывных работ в некоторых отраслях

промышленности предложены различные классификации пород по

признакам буримости и взрываемости.

Классификация1 пород, принятая «Едиными нормами выработ­ ки и расценок», построена на основе показателя буримости, но в ней дается также и объемный вес пород по категориям.

В этой классификации показатели буримости даются при сле­

дующих условиях: бурение производится пневматическим молот­

ком типа ОМ-506, головка бура однодолотчатая, армированная твердым сплавом В К-15 с шириной лезвия 42 мм, диаметр буровой стали 25 мм, давление сжатого воздуха 5 ат.

Глава II

ПНЕВМАТИЧЕСКОЕ УДАРНОЕ БУРЕНИЕ ШПУРОВ

§ 4. Компрессорное хозяйство

Так же, как и пар в паровых машинах, сжатый воздух обладает большой двигательной силой, которая приводит в движение пнев­ матические бурильные машины (перфораторы), отбойные молотки,

пневматические лопаты и другие механизмы, выполняющие тяже­ лую работу по бурению, отбойке и рыхлению горных пород. Сжа­ тый воздух получают при помощи специальных машин — компрес­ соров.

Работа компрессора заключается в засасывании атмосферного

воздуха, сжатии его до высокого давления и выталкивании в воз­ духопроводную сеть, по которой сжатый воздух поступает к ме­

1 Эта классификация дана в приложении и в дальнейшем принята за основу при характеристике показателей бурения и взрывных работ.

10

ханизмам. Законченный процесс засасывания, сжатия и выталки­

вания называется циклом.

По принципу работы компрессоры делятся на: поршневые, ро­ тационные и центробежные (турбо-компрессоры).

На рис. 4 дана схема компрессорной установки, снабжающей сжатым воздухом карьерные механизмы. Она состоит из компрес­

сора 1 с электродвигателем 2, трубопровода 3, служащего для за­ сасывания воздуха через фильтр 4, воздухосборника 5 и нагнета­ тельного воздухопровода 6.

Рис. 4. Компрессорная установка

Для удаления воды из сжатого воздуха на воздухопроводе устанавливаются водоотделители 7. К рабочим механизмам сжа­ тый воздух поступает по резиновым шлангам.

Воздухосборник предназначен для обеспечения равно­

мерной подачи сжатого воздуха в воздухопроводную сеть. Уста­ навливают его между компрессором и воздухопроводом. В пере­

движных компрессорах воздухосборник находится на одной раме

с компрессором. Воздухосборник представляет собой цилиндр из листовой стали, стенки которого рассчитаны на давление 10—

15 ат. В стенках цилиндра имеются патрубки для поступающего и

выходящего сжатого воздуха; в верхней части цилиндра устанав­ ливается предохранительный клапан, рассчитанный на нормаль­

ное давление. Воздухосборник имеет манометр для измерения давления, кран для спуска воды и масла и лаз для чистки его.

Объем воздухосборника VBc может быть приблизительно опре­

11

компрессора к пневматическим механизмам. Для воздухопровода используют стальные (газовые) трубы, соединяемые между собой при помощи муфт с винтовой резьбой, фланцев или путем сварки. Для ответвления воздухопровода служат тройники. Подачу воздуха на ответвления и магистрали регулируют при помощи кра­ нов-вентилей.

Диаметр воздухопровода зависит от количества протекающего сжатого воздуха и может быть определен по формуле

Найденное по формуле (2) значение диаметра воздухопровода округляют до ближайшего большего стандартного размера.

Диаметр воздухопровода может быть определен также по табл. 3.

Расчетный расход воздуха в трубопроводе определяют по уча­ сткам, начиная от забоев и далее по ходу к компрессору.

Давление и количество воздуха, подаваемого в буровую маши­ ну, зависит от состояния трубопровода, диаметра труб и пра­

вильного монтажа их. Для предотвращения падения давления в трубопроводе уменьшают число вентилей, колен и т. п., а также создают в местах поворотов трубопровода плавные закругления без резких изгибов труб под большим углом.

Воздухопровод должен иметь по движению сжатого воздуха уклон, равный 0,003—0,005, с тем, чтобы конденсирующаяся вода могла стекать вниз.

Для удаления воды из воздуха воздухопровод должен иметь водоотделители, которые устанавливают на магистрали или груп­ повых ответвлениях. Все стыки трубопровода должны быть тща­

тельно уплотнены. Исправность всей арматуры (кранов, переходов

должны быть защищены термоизоляционным материалом (войло­ ком, кошмой, торфом, шлаком и т. п.).

12

Таблица 3

Внутренние диаметры трубопровода в зависимости от его длины и количества протекающего через него сжатого воздуха в 1 минуту при давлении 6 ати

проволоки, шпагата, металлической ленты и т. п.). Наиболее де­

шевыми, легкими и вместе с тем достаточно прочными являются шланги с обмоткой из промасленного шпагата. Шланги соединяют­ ся между собой при помощи моментального соединения или дву­ сторонними ниппелями без резьбы. Значительно реже для соедине­ ния шлангов применяют резьбовой ниппель. Для присоединения шланга к бурильному молотку служат конусные ниппели с накид­ ными муфтами.

Для расчета производительности компрессорной установки не­

13

установки определяют необходимое количество и мощность ком­ прессоров, руководствуясь при этом следующими основными поло­ жениями: наименьшей первоначальной стоимостью оборудования, обеспеченностью резервными компрессором и возможностью мане­ врирования при переменной нагрузке.

§ 5. Теоретические основы ударного бурения

Рабочая поверхность инструмента при ударном бурении имеет

вид двустороннего клина с различными углами приострения. Чем крепче горные породы, тем больше углы приострения бурового ин­

14

бурении. Трение возникает по граням долота только при его погружении в породу. Поэтому износ долот при ударном бурении значительно меньше, чем при вращательном.

Большим недостатком ударного бурения является излишнее из­ мельчение породы, которое происходит в результате вдавливания инструмента при ударе. Поэтому к. п. д. ударного бурения умень­

шается. Работа одного удара будет равна:

где т — масса поршня и штока в ка;

v—скорость ударяющих частей в конце хода поршня в м/сек.

Если вес поршня и штока равен G, то т = — , где g— ускорение

силы тяжести.

Количество кинетической энергии, передаваемой на забой шпу­ ра в единицу времени, прямо пропорционально числу ударов п в

ту же единицу времени и составляет:

нии), возрастает при увеличении веса, количе­ ства ударов и ускорении хода поршня.

15

гии, передаваемой на забой шпура, прямо про­

порционально давлению сжатого воздуха.

Опытные работы по бурению, производимые трестом Союз-

взрывпром, позволили определить влияние давления сжатого воз­

духа на производительность бурения.

Если принять производительность бурения пневматическими перфораторами при давлении воздуха 6 ат за 100%, то при дав­ лении 4 ат производительность будет равна 64,7%, при 3,5 ат —

53,2% и при 3 ат—35,4%. Следовательно, при давлении ниже 4 ат производительность бурения резко падает.

Число ударов зависит от продолжительности рабочего и холо­ стого хода поршня.

Продолжительность рабочего хода (в сек.):

Продолжительность холостого хода (в сек.):

дальнейшем увеличении работы удара против практически необхо­ димой избыточная часть ее будет затрачиваться на деформацию бурового инструмента, излишнее измельчение породы и разруше­

ние стенок шпура.

Из этого следует, что каждой группе пород должен соответст­ вовать свой тип перфоратора.

Диаметр поршня определяют по силе удара и принятому дав­

лению сжатого воздуха, а вес и ход поршня подбирают с расче­

том максимально возможного ускорения и числа ударов. В соот­ ветствии с этим требованием и сконструированы современные бы­ строударные перфораторы.

16

ся главным образом для бурения нисходящих шпуров, при разбу­ ривании крупных кусков породы (негабарита), при проходке

шахтных стволов и шурфов.

Телескопные перфораторы применяются в подземных разра­ ботках и предназначены для бурения шпуров, направленных вверх. Они устанавливаются на раздвижной колонке, которая по мере

углубления шпура поднимает перфоратор сжатым воздухом. Длина

хода колонок 500—650 мм.

Колонковые перфораторы служат для бурения горизонтальных и слабонаклонных шпуров при проведении горизонтальных вырабо­ ток в крепких породах. Они устанавливаются на специальных колонках или буровых каретках, а на открытых работах — на

передвижных вышках и, реже, треногах.

Пневматический перфоратор представляет собой поршневуц) машину, имеющую специальное поворотное устройство и приспо­ собление для подачи воды при бурении с промывкой.

Ниже приведено описание некоторых конструктивных особен­ ностей пневматических перфораторов РИМ-17, ТП-4 и КЦМ-4.

Ручной пневматический перфоратор РПМ-17А (рис. 6) состоит из следующих отдельных узлов: цилиндра 1, в котором передви­ гается поршень 2 соштоком 3, пускового устройства (рис. 6,6), зад­ ней головки с промывочным устройством и ручкой (рис. 6,в, по­ следняя на рисунке не показана), поворотного механизма (рис. 6, г, 6) и воздухораспределительного устройства (рис. 6,е).

Пусковое устройство состоит из патрубка 4 для подвода сжато­ го воздуха, пробкового крана 5 с рукояткой 6. С помощью рукоят­ ки 6 пускового устройства кран может быть установлен в следующих положениях: «остановка» — доступ сжатого воздуха прекращается; «тихий ход»—сжатый воздух поступает в перфоратор в небольшом

ность. Сжатый воздух проходит во внутреннюю полость пробкового крана 7 и через отверстие попадает в цилиндр перфоратора.

К крышке 8 (рис. 6,в) задней головки прикрепляются ручка пер­ форатора, пусковое устройство и 'патрубок 9 для подвода промы­

вочной воды.

Вода по патрубку 9 поступает в трубку 10, откуда в осевой канал поршня, штока и через канал бура попадает в шпур.

Устройство для поворота бура (рис. 6,а, д) состоит из храповой буксы 11, имеющей внутренние зубцы 12, с которыми находятся в постоянном зацеплении собачки 13 с пружинами 14. Собачки смон­ тированы в головке 15 геликоидального стержня 16.

Винтовая геликоидальная нарезка входит в соответствующие выемки гайки 17, ввинченной в поршень 2. Шток 3 поршня прохо­

дит через направляющую втулку 18 и своими прямыми выступами попадает .в соответствующие пазы поворотной буксы 19. Последняя торцовыми выступами 20 входит в зацепление с патроном 21, встав­ ленным в корпус перфоратора. В нижнюю часть патрона, имею­ щую внутренние грани, вставляется хвостовик бура 22.

18