книги из ГПНТБ / Недин В.В. Буровзрывные работы учебное пособие для студентов горных вузов и факультетов

Это соответствует разрушению со свободной поверхностью инструментом, у которого аи < ct0-

Вращательное бурение

При вращательном бурении буровой инструмент вращается

с определенной окружной скоростью и одновременно получает осевое давление. Для вращательного бурения шпуров применяют электросверла. Под воздействием осевого давления резец внед­

ряется в породу, а под воздействием окружного усилия срезает или скалывает породу тонкими слоями.

Производительность вращательного бурения в основном за­ висит от режима работы бурильных машин, который определяет­ ся сочетанием следующих главных факторов: а) числа оборотов шпинделя; б) скорости подачи бура; в) величины осевого давле­ ния и г) способа удаления разрушенной резцом породы. Перечи­ сленные факторы находятся во взаимозависимости с потребля­ емой мощностью бурильной машины. Выбор наивыгоднейшего режима вращательного бурения сводится к определению числа оборотов шпинделя, величины осевого давления и способа уда­ ления разрушенной породы, обеспечивающих при заданной мощ­ ности наибольшую скорость бурения.

По В. Г. Михайлову1, при применении резцов формы № З21 зависимости между основными параметрами вращательного бу­ рения могут быть выражены следующими простыми формулами:

гдеРр —усилие подачи на резце; Np— мощность на резце;

Рш—усилие подачи на шпинделе электросверла; Л/ш— мощность на шпинделе электросверла; п —число оборотов шпинделя;

а •— временное сопротивление породы смятию;

s —подача резца на один оборот, приходящаяся на перо; jx —0,5—0,9— коэффициент трения победита о буримую породу;

1 В. Г. Михайлов. Сверление шпуров, Металлургиздат, 1947. 2 См. гл. III, стр. 38.

а— ширина затупленной площадки на периферии главной коронки резца;

Рх и Nх — соответственно добавочное усилие и добавочная мощ­ ность, создаваемые глубиной и углом наклона шпура,

с учетом свойств пород.

Приведенные зависимости—линейные. Однако исследования различных режимов бурения показали, что зависимости между параметрами вращательного бурения часто более сложны.

Опытными работами ДонУГИ установлено, что процесс раз­ рушения угля и породы при бурении электровращательными бу­

рильными машинами является скачкообразным. Вначале, при не­ больших усилиях (область упругих деформаций), сохраняется линейная зависимость глубины вдавливания от величины прило­ женного усилия. В дальнейшем (за пределами упругих деформа­ ций) при относительно небольшом увеличении усилия подачи глубина вдавливания резко возрастает. Существует определен­ ный предел пропорциональности (рис. 3), при достижении кото­ рого рост осевого давления не приводит к пропорциональному росту глубины вдавливания. Из этих данных (видно, что бурение должно производиться при осевом давлении, превосходящем пре­ дел упругости.

Опытные работы в лабораторных и производственных услови­ ях показали, что с увеличением числа оборотов шпинделя произ­

водительность бурения растет до определенного предела; даль­ нейшее увеличение числа оборотов, наоборот, приводит к сниже­ нию производительности. С увеличением числа оборотов шпинде­ ля потребляемая электросверлом мощность пропорционально возрастает, причем этот рост идет неравномерно: до предела мак­ симальной производительности потребляемая мощность увеличи­ вается незначительно, а с ростом числа оборотов сверх этого пре­ дела мощность возрастает резко.

В результате опытных работ, проведенных ДонУГИ ’, были построены кривые зависимостей скорости бурения (подачи) и потребляемой мощности от числа оборотов бурового шпинделя при бурении по углю средней крепости ручным электросверлом

(рис. 4). Из этих кривых видно, что наибольшее значение скоро­ сти бурения при осевом давлении 25 и 42 кг соответствует 800— 1000 об/мин; при дальнейшем увеличении числа оборотов ско­ рость бурения снижается и только при осевом давлении 55 кг она продолжает возрастать очень медленно.

Кривые на рис. 4 показывают также, что при одном и том же

путем увеличения усилия подачи (разумеется, если это допуска­ ет мощность двигателя).

При бурении в более крепких породах применяются электро-

вращательные бурильные машины с механической подачей, и для этих случаев режим бурения не­ сколько отличается от вышепри­ веденного. С увеличением крепо­ сти пород необходимо увеличи­ вать осевое давление и уменьшать число оборотов.

На рис. 5 построены кривые на основании опытных работ, про­ веденных в производственных условиях для определения опти-

32 Горные породы и буровые работы

мальных режимов бурения по тонкозернистому песчанику с твер­ дыми включениями. Кривые зависимости скоростей бурения от числа оборотов шпинделя (рис. 5, а) показывают, что при всех

значениях осевых усилий наибольшая скорость достигается при скорости вращения 274 об/мин. Характерно, что расход мощности

(рис. 5, б) также минимален при 200—300 об/мин. Таким обра­ зом, при бурении по тонкозернистому песчанику оптимальному режиму соответствует скорость вращения 274 об/мин при усилии подачи 650—830 кг.

На основании опытных работ ДонУГИ рекомендовал прини­ мать для мягких пород (глинистые сланцы) осевое усилие рав­

ным 250—500 кг, для пород средней крепости — 700—900 кг, а

для пород крепких (с коэффициентом крепости 8—14 по шкале Протодьяконова) —1000—1500 кг. Рекомендованные числа обо­ ротов при этом составляли: для мягких пород 600—1000; для пород крепких 150—300.

Глава III

ОБОРУДОВАНИЕ И ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ БУРЕНИЯ ШПУРОВ

§ 1. Оборудование для вращательного бурения шпуров

Для вращательного бурения шпуров применяют электриче­

ские и пневматические сверла.

Электрическая энергия приблизительно в 10—15 раз дешев­ ле пневматической; коэффициент полезного действия вращатель­ ных бурильных машин примерно в 6 раз больше, чем пневмати­ ческих ударных перфораторов; работать электроврашательной бу­ рильной машиной значительно легче. Электробурильные маши­ ны (электросверла) нашли широкое применение для бурения

шпуров в породах мягких и ниже средней крепости (каменный уголь, калийные соли, гипс, горючие сланцы, слабые глинистые

иуглистые сланцы и др.).

Внастоящее время благодаря проведенным советскими спе­ циалистами исследованиям установлено, что при соответствую­

щих условиях и режимах работы электросверлом можно бурить

шпуры также в породах выше средней крепости и даже в креп­ ких.

Электросверла

Электрические сверла, применяемые для вращательного бу­ рения шпуров, делятся на: а) ручные весом 12,5—21,5 кг с

34 Горные породы и буровые работы

щает зубчатку 4, насаженную на промежуточный валик 5 зуб­

чатки 6; последняя приводит во вращение зубчатку 7, а через

нее — шпиндель 8 со сверлом 9.

Скорость вращения шпинделя у различных электросверл раз­ лична и ее можно регулировать за счет изменения передаточно­ го числа редуктора. Для электросверла ЭБР-6 при скорости вращения вала двигателя 2740 об/мин шпиндель вращается со скоростью 358 об/мин.

Новейшие отечественные электросверла выпускаются со сменным комплектом шестерен; посредством замены шестерен в

редукторе можно получить различные скорости вращения. Це­

лесообразная скорость вращения электросверла зависит от кре­ пости пород; в более мягких породах она меньше, а в более креп­ ких больше. Скорость подачи шпинделя также уменьшается с увеличением крепости пород. Характеристика некоторых руч­

Диаметр шпура, мм . . 25—40 25—40 25—40 25—40 40—42 40—42 40-42

нии) применяется для бурения шпуров по углю в очистных и подготовительных забоях угольных шахт. Сверло рассчитано на напряжение 127 в, скорость вращения двигателя 2750 об/мин, шпинделя 710 об/мин. Весит это сверло 13 кг.

Электросверло ручное ЭРП-5 применяется для бурения шпу­ ров по крепким углям, мягким и средней крепости породам в очистных и подготовительных забоях угольных шахт. Сверло рассчитано на напряжение 127 в. Скорость вращения двигателя 2750 об/мин, шпинделя 330/500 об/мин. Сверло имеет механизм принудительной подачи, состоящий из барабанчика, червячной пары, передаточной шестерни и механического выключателя. На барабанчик наматывается тонкий стальной канат, свободный ко­ нец которого закреплен на легкой распорной колонке, устанавли­ ваемой между забоем и электросверлом. Подача составляет

горизонтальных и наклонных шпуров при проведении подгото­ вительных выработок по породе.

Колонковое электросверло (рис. 7) состоит из собственна электросверла 1, колонки 2 и штепсельной муфты 3, соединяемой с электросверлом посредством четырехжильного гибкого кабе­ ля 4.

Техническая характеристика некоторых колонковых электро­ сверл отечественного изготовления приведена в табл. 8.

На Выставке достижений народного хозяйства СССР демон­

стрировались новые колонковые электросверла:

1. Электросверло ЭБК-2А (во взрывобезопасном исполнении) служит для бурения горизонтальных и наклонных шпуров диа­

метром 42 мм при проведении подготовительных выработок по породе в угольных шахтах.

Сверло состоит из алюминиевого корпуса, встроенного электродвигателя> редуктора для вращения шпинделя и редуктора подачи бура на забой. В корпус сверла встроен трехфазный ре­ версивный выключатель, который служит для включения элек­ тродвигателя и переключения его на обратный ход. К корпусу сверла прикреплены две цапфы, при помощи которых сверло устанавливается на колонке или на манипуляторах.

При выпуске с завода сверло настраивается на скорость вра­ щения шпинделя 205 об/мин с подачей 1,86 мм на один оборот. К сверлу прилагается комплект шестерен для настройки шпин-

3»

деля на 120; 160; 280; 305 и 420 об/мин и для установления пода­ чи 0,88 и 2,88 мм на один оборот. Сверло развивает усилие по­ дачи 800—1000 кг.

По Д-В

Рис. 8. Буровой резец формы № '3

3. Колонковое электросверло ЭСГП-4 с гидравлической пода­ чей применяется для бурения горизонтальных и наклонных шпу­ ров по породе с коэффициентом крепости (по Протодьяконову) от 3 до 10. Электросверло состоит из трех основных узлов: элек­ тродвигателя, редуктора и гидросистемы!. Редуктор электросвер­

ла предназначен для передачи вращения от вала электродвига­ теля к шпинделю.