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

Усовершенствование установочных (механизмов идет в на­ правлении разработки легких и подвижных установочно-подаю-

щих приспособлений с плавными регуляторами подачи. Важной

задачей является усовершенствование конструкции самоходных

буровых кареток для очистных забоев с полной автоматизацией

работы перфораторов и дистанционным управлением.

Одним из направлений, в котором давно работает научная и

инженерная мысль в области бурения крепких горных пород,

является создание электрических перфораторов ударного дей­ ствия.

6. Электрические перфораторы ударного действия

Все применяемы^ в горной промышленности перфораторы ударного действия, являющиеся в настоящее время основным средством бурения шпуров в крепких породах, работают на сжатом воздухе.

Использование энергии сжатого воздуха сопряжено с рядом существенных неудобств и недостатков: низкий к. п. д., громозд­ кое воздушно-силовое и усложненное энергетическое хозяйство, трудность поддержания требуемого давления сжатого воздуха в забоях при большом количестве действующих машин и значи­ тельной протяженности воздухопроводов, необходимость использования в подземных выработках одновременно двух ви­ дов энергии (пневматической — для перфораторов и электриче­ ской— для других горных машин). Неудивительно поэтому, что научная и инженерная мысль давно работает над созданием электрической машины ударного бурения.

Первый электроперфоратор ударного действия для бурения шпуров был сконструирован еще в 1879 г. В последующие годы было предложено много различных конструкций таких машин.

Данные о некоторых электрических ударных перфораторах приведены в табл. 13.

Основные технические и эксплуатационные данные электро­ перфораторов пока значительно ниже, чем пневматических пер­

фораторов ударного действия, поэтому промышленного приме­ нения они до настоящего времени не получили.

В конструктивном отношении ударные электроперфораторы можно разделить на две основные группы: 1) с электроприводом вращательного движения; 2) с электроприводом поступательного движения (соленоидные).

Большинство известных конструкций электроперфораторов относится к первой группе. Достаточно мощных конструкций со­ леноидных машин, обладающих небольшим в,есом, пока создать не удалось.

72 Горные породы и буровые работы

Примечание. В числителе указаны проектные данные, в знаменателе—

опытные.

§ 3. Буры и их заправка

Бур (рве. 32) состоит из головки 1, тела бура 2 и хвостови­ ка 3 с буртиком или заплечиком. Хвостовик вставляется в спе­ циальное гнездо в поворотной буксе перфоратора и по нему в процессе бурения ударяет шток поршня. Длина и сечение хво­ стовика должны точно соответствовать размерам гнезда пово­ ротной буксы, бкртик служит для ограничения длины хвостови­ ка и совместно с буродержателем предотвращает выпадение бу­ ра из гнезда поворотной буксы после удара штока поршня.

Применяемые на практике буры делятся на сплошные и со­ ставные (со съемной головкой).

Съемные головки буров часто называют съемными бу­ ровыми коронками или сокращенно буровыми ко­ ронками.

Для изготовления буров применяются углеродистые стали марок У7, У8, У7А и У8А. Углеродистая сталь перечисленных марок состоит из углерода (0,6—1,0%), марганца (0,15—0,35%),

кремния (0,3—0,35%), хрома (0,2%), никеля (0,25%), серы и фосфора. Последние два компонента являются вредными приме­ сями (сера сообщает стали красноломкость, а фосфор — хладно­ ломкость). Их содержание допускается не более 0,04% (в от­ дельности) .

По форме поперечного сечения буровая сталь бывает шести­ гранной, круглой и восьмигранной. Для обеспечения возможно­ сти промывки шпуров при бурении буровая сталь выпускается

с осевым отверстием, обычно имеющим диаметр 6—8 мм. Рас­ пространенные диаметры буровой стали — 22; 25 и 32 мм.

Известные в настоящее время головки буров можно класси­ фицировать по их форме следующим образом.

1. Головки с лезвиями, расположенными в одной плоскости или на одной сферической поверхности:

а) головки с диаметрально расположенными лезвиями: до­ лотчатые, крестовые, звездчатые;

Рис. 32. Конструкции буров:

б) головки с лезвиями, расположенными по хорде: с парал­ лельными лезвиями (двухдолотчатые); с лезвиями, расположен­ ными под углом.

2.Головки с лезвиями, расположенными на поверхности ко­ нуса: копьевидные, трехперые, многопсрые.

3.Головки со ступенчатым расположением лезвий: с цент­ ральным опережающим лезвием, с отстающим центральным лез­ вием, с многоступенчатыми лезвиями.

Наиболее распространены в практике однодолотчатая (рис. 33, а) и крестовая (рис. 33, б) головки. Однодолотчатые головки применяют в монолитных и малоабразивных породах. В трещи­ новатых породах головки такой формы часто заклиниваются, а

при высокой абразивности пород быстро изнашиваются. Крестовые головки применяют в трещиноватых и сильно аб­

разивных породах; использование их возможно при любой стру­

ктуре пород.

Существенным преимуществом крестовой формы головок пе­ ред долотчатой является то, что она бурит шпур более правиль­ ного сечения (более близкое к правильному кругу), что способ­

74 Горные породы и буровые работы

ствует повышению плотности заряжания патронами взрывчатого вещества.

Съемные буровые коронки могут соединяться со штангой (с телом бура) при помощи резьбового (винтового), или конус­ ного (безрезьбового) соединения. В последнее время все чаще

применяется конусное соединение. Съемная буровая коронка с конусным соединением показана на рис. 34.

По материалу головки буров делятся на: а) каленые — из углеродистой или легированной стали и б) армированные твердыми сплавами.

Каленые буры целесообразно применять только при бурении по породам ниже средней крепости. В породах средней крепости и выше следует применять армированные буры (впервые в ми­ ровой технике они получили распространение в СССР).

В настоящее время в СССР для буровых работ применяют

твердый сплав в виде карбида -вольфрама марок ВК-8, ВК-Н и

выше). С увеличением содержания кобальта возрастает вяз­ кость сплава, повышается его сопротивление выкрашиванию при динамических нагрузках.

Целесообразно применять сплавы: ВК-8 в породах с коэффи­ циентом крепости до 10 (по шкале Протодьяконова), ВК-11 в

породах крепостью до 12—14 и ВК-15 в породах крепостью свы­ ше 12—14.

Для армирования буровых коронок и буров победит выпуска­

ется в виде пластинок прямоугольной и клиновидной форм. В табл. 14 приведены действующие стандарты пластинок твердо­ го сплава (по ГОСТ 3882—53 и 880—53) для оснащения съем­ ных коронок и буров.

Пластинки формы Г11 применяются для оснащения съемных коронок и буров однодолотчатой формы с боковым промывоч­ ным отверстием диаметром до 49 мм. Некоторые номера пласти­

нок— Г110, Г111, Г112, Г113 — могут быть применены для ос­ нащения коронок большого диаметра (2 пластинки) с централь­ ной промывкой.

Номера пластинок форм Г12 и Г13 рекомендуются для осна­ щения коронок и буров крестовой (4 пластинки) или долотча­ той (2 пластинки) форм с центральным промывочным отверсти­ ем диаметром до 65 мм.

Пластинки форм Г118 и Г119 предназначены для оснащения долотчатых коронок, используемых в высокоабразивных породах,

где износ коронки по диаметру превышает ее износ по высоте.

Пластинки форм Г11 и Г12 толщиной 8 мм целесообразно применять при бурении малоабразивных монолитных пород сред­

ней крепости.

Каждый шпур (значительной длины) обычно бурится несколькими бурами. Вначале применяют короткий бур длиной

около 0,6 м, называемый забурником, а затем бур большей длины, но с меньшим диаметром головки (с учетом уменьшения диаметра шпура из-за износа предыдущей головки) и т. д.

Набор буров различной длины и с различными диаметрами головки, необходимый для бурения одного шпура, называется буровым комплектом.

Разница в длине двух смежных буров в комплекте — шаг буров подлине — величина постоянная для данных конкрет­ ных условий и зависит главным образом от крепости пород. Для

мягких пород этот шаг составляет 500—700 мм, для пород сред­ ней крепости — 400—500 мм, а для крепких пород—300 мм.

76 Горные породы и буровые работы

сплавом, эта разница значительно увеличивается.

Разницу в диаметрах головок в комплекте (шаг буров по диаметру) принимают при каленых бурах и бурах со съемны­

В процессе бурения головки буров затупляются. Затуплен­ ные буры из углеродистой стали заправляют на специальных бу­ розаправочных станках, а армированные твердым сплавом за­ тачивают на заточных станках.

Заточка армированных головок производится на шлифоваль­ ных кругах (из карбида кремния) в два приема: предваритель­ но— на крупнозернистых кругах зернистостью 36—46 и оконча­ тельно— на мелкозернистых кругах зернистостью 60—80 при окружной скорости в обоих случаях 12—18 м[сек с обильным водяным охлаждением.

Головки из легированной стали затачивают на мелкозерни­

стых электрокорундовых кругах с окружной скоростью 15— 25 м/сек. Головки из легированной стали обычно выдерживают 4—8 заточек без повторной термической обработки. Головки, ар­ мированные твердыми сплавами, в среднем выдерживают 8—12

заточек.

После полного износа производят заправку или армировку го­

ловок буров, или же браковку съемных головок. По мере износа хвостовик бура также подвергают заправке.

Заправкой называют восстановление первоначальной формы головок и хвостовиков буров, вышедших из строя.

Заправку и армировку, а также изготовление новых буров производят в специальной бурозаправочной мастерской.

Процесс заправки буров включает следующие основные операции:

1) подготовительные работы (очистка буров от породы; сортировка по длине, форме и размерам головок и размерам буровой стали; обрубка сильно перекаленных и с трещинами головок и хвостовиков; рубка буровой стали для изготовления новых буров и др.);

2)нагрев бура в нефтяных или электрических печах до температуры

1050—1100° в течение 20—25 мин.;

3)ковка головки или хвостовика в нагретом состоянии на бурозаправоч­ ном станке с пробивкой отверстия (для придания головке или хвостовику нужной формы);

4)отжиг до температуры 800—850° и последующее медленное охлажде­ ние в ящике с сухой гашеной известью (для придания стали мелкокристал­ лического строения и для уничтожения в ней внутренних напряжений);

5)закалка буров, состоящая из нагрева до температуры 760—780° (т. е. до потери магнитных свойств) и быстрого охлаждения в закалочной ванне с

температурой 18—20° (закалка производится для увеличения твердости ста­ ли) ;

6)комплектование и приемка готовых буров (проверка качества за­ правки, связка буров по комплектам, приемка буров и выдача готовых буров).

Если при заправке буров применяется цементация — насыщение поверх­ ностных слоев углеродом для увеличения их твердости, то она произво­ дится после отжига.

При армировке головки бура пластинкой твердого сплава последователь­ но выполняют следующие основные операции:

1)заготовка буровой стали (рубка стали в нагретом до 550—600° со­ стоянии па отрезки нужной длины);

2)высадка и термическая обработка хвостовика бура;

3)высадка головки бура (нагрев и ковка);

4)просечка или просверливание отверстия в головке бура;

5)отжиг головки бура;

6)фрезерование паза под пластинку твердого сплава;

7)шлифовка пластинки твердого сплава;

8)впайка пластинки твердого сплава в паз головки бура (медью или ла

тунью);

9)обдирка головки бура;

10)заточка пластинки твердого сплава.

Техника выполнения отдельных операций, а также применяе­

Расход твердого сплава на изготовление одного бура равен общему весу пластинок (или одной пластинки), идущих на ар­ мирование одной головки бура.

Расход буровой стали и твердого сплава, отнесенный на 1 пог. м шпура, зависит главным образом от крепости пород.

Приняв, что бур, армированный твердым сплавом, выдержи­ вает 10 заточек, а коэффициент потерь коронок вследствие вы­

крашивания или излома равен 25% [9], расход твердого сплава на 1 шпурометр можно определить по формуле

вается компрессорами, установленными на поверхности рудника,

и подается к перфораторам по металлическим трубам. Диаметр труб обычно составляет 50—150 мм (в зависимости от числа одновременно работающих перфораторов). В начале каждого ответвления от главного воздухопровода, называемого маги­