lukyanov-взрывные работы

Для глубокого бурения при диаметре шпуров больше 50 мм применяют коронки ступенчатой формы с опережающим лезвием, реже крестовой формы (рис. 1.19, ж).

1.1.6. Пневмоударное бурение

Пневмоударное бурение подразумевает проходку скважин с помощью погружных (забойных) пневматических молотков-пневмоударников.

Первые буровые машины для бурения взрывных скважин с помощью погружных пневматических молотков были предложены НИГРИ в 1935 г. в Криворожском железорудном бассейне.

В 1937 г. была разработана, изготовлена и испытана опытная модель бурового агрегата Б1, состоящая из четырех основных частей: погружного пневматического перфоратора, осуществлявшего удар по буру и его вращение, колонны (става) штанг, соединяющей погружной перфоратор с механизмом подачи, винтового подающего механизма и распорной колонки.

Разработаны десятки конструктивных вариантов буровых агрегатов с погружными пневматическими молотками для бурения взрывных скважин на подземных и открытых горных разработках.

Рис. 1.20. Буровой агрегат для пневмоударного бурения типа НКР-100М:

1 – распорная колонка; 2 – пневматический цилиндр; 3 – зажимной патрон; 4 – буровые штанги; 5 – сальник; 6 – салазки; 7 – щит; 8 – пневмоударник; 9 – магнитный пускатель; 10 – кнопка управления; 11 – автомаслёнка; 12 – пульт управления; 13 – шток автоподатчика; 14 – электродвигатель

51

В скважине оставлен ударный механизм – пневмоударник, вращательный механизм вынесен из скважины и мощность его значительно увеличена.

При таком конструктивном исполнении пневмоударник с буром получили постоянное вращение, передаваемое через колонну штанг. Величина крутящего момента была увеличена в несколько раз. Однако износ бурового инструмента и энергозатраты на единицу объема разрушаемой породы значительно увеличились.

Наиболее перспективными конструкциями буровых агрегатов с погружными пневмоударниками являются разработанные ИГД СО АН СССР НКР-100М, НИГРИ – ПС-1М, ЦКБ Лениногорского полиметаллического комбината – ЛПС3, ЛПС6. Кроме того, работоспособные конструкции буровых агрегатов разработаны КБ Кыштымского машиностроительного завода, а также институтами Гипрорудмаш, ВНИИБТ, ЦНИИПодземшахтострой, Гипроникель, ЦНИГРИ и др.

1.1.6.1. Конструкция бурового агрегата

Буровой агрегат состоит из следующих основных частей: пневмоударника, става штанг, вращательно-подающего механизма станка и установочного оборудования – колонки или рамы, на которых монтируются все узлы агрегата (рис. 1.20). Иногда в комплект бурового агрегата включают набор пневмоударников различной мощности для бурения скважин разных диаметров от 85 до 150 мм и больше. Технические характеристики буровых агрегатов приведены в табл. 1.7.

Пневмоударник – основной рабочий механизм бурового агрегата. На буровых работах хорошо зарекомендовали пневмоударники П-1-75, МП-3, М-32К, М-48, М-29Т, Ц-150. Известно свыше тридцати конструкций пневмоударников без существенных техникоэксплуатационных преимуществ одних конструкций перед другими. Для унификации конструкций пневмоударников, уменьшения их типоразмеров выполняются работы по созданию размерно-подобных рядов пневмоударников. ИГД СО АН СССР в содружестве с горномашиностроительными заводами разработаны, испытаны и рекомендованы к серийному производству типовые конструкции пневмоударников П105, П125, П160 и П200. Технические характеристики более распространенных конструкций пневмоударников приведены в табл. 1.8.

52

Таблица 1.7

Таблица 1.8

Первые пневмоударники копировали конструкции отбойных молотков, выпускаемых Ленинградским заводом «Пневматика». В даль-

53

нейшем конструкции пневмоударников совершенствовались, были созданы высокопроизводительные машины. На рис. 1.21 приведены схемы оригинальных конструкций пневмоударников, созданных в СССР.

На рис.1.21, а конструкция решена как пневматический молоток с клапанным воздухораспределением. Сжатый воздух поступает в полость клапанной коробки (5), клапаном направляется по каналам в теле цилиндра (3) в переднюю или заднюю полость, создавая соответствующее движение поршня-ударника (4). В передней части цилиндра находятся бур (1), фиксируемый подвижно с помощью шпонки (2). Снизу в цилиндр ввинчен переходник на штанги (6).

На рис. 1.21, б дан пневмоударник с клапанным воздухораспределением. Шариковый клапан (4) находится в полости, имеющейся в головке поршня-ударника (5). Сжатый воздух по каналу а поступает в полость и клапаном (4) направляется по каналам b и с в переднюю или заднюю полость цилиндра (3), соответственно перемещая поршень-ударник. Выхлоп отработанного воздуха после хода поршня вперёд производится через канал d, а после хода назад – через зазоры, образуемые лысками, сделанными на передней части штока поршня и расточкой в патроне (2). В цилиндре пневмоударника имеется автомаслёнка (6), насыщающая маслом проходящую струю воздуха, который переносит смазку на все трущиеся элементы конструкции. В патроне подвижно зафиксирован бур (1), снизу в цилиндр ввинчен переходник на штанги (7).

На рис. 1.21, в показан бесклапанный пневмоударник. Роль воздухораспределителя выполняет хвостовик поршня-ударника (3). Сжатый воздух по каналу а через выточку в при заднем положении поршня попадает в заднюю полость цилиндра (2), производя ход поршня вперед. В конце хода канал с соединится с полостью выточки в, сжатый воздух попадет в переднюю полость цилиндра и произойдет ход поршня назад. Выхлоп отработанного воздуха происходит на забой скважины через окна и каналы в корпусе цилиндра. В передней части пневмоударника находится бур. На рис. 1.21, г дан также бесклапанный пневмоударник. Сжатый воздух по каналу а попадает в полость внутри головки поршняударника (3), откуда с помощью радиальных каналов и расточек в передней и задней частях цилиндра (2) попадает в переднюю или заднюю полости, создавая ход поршня вперед или назад. Отработанный воздух выходит через выхлопные окна, имеющиеся в корпусе цилиндра. В передней головке пневмоударника подвижно фиксируется бур. Нижняя головка служит переходником для штанги.

На рис. 1.21, д показан пневмоударник, развивающий большую ударную мощность при сохранении небольшого наружного диаметра. Конструкция выполняется как многокамерная цилиндропоршневая сис-

54

тема. Количество камер – две и более. На схеме приведена трёхкамерная система пневмоударника, у которой поршень ударник имеет три головки. Увеличение рабочей площади поршня в п раз ведёт к увеличению ударной мощности пневмоударника в 1,5 раза. Сжатый воздух распределяется с помощью клапана (4), установленного на нижнем торце штока поршня-ударника (3), и переходит через каналы, просверленные в штоке и окна а и в, открытые в передние и задние полости камеры цилиндра (2). Пневмоударник имеет автомаслёнку (5) и демпфер (6). Последний обеспечивает равномерное заранее заданное усилие прижатия буровой коронки к забою скважины.

На рис. 1.21, е показан пневмоударник с воздухораспределительным штоком, созданный в ИГД СО АН СССР, который является одной из высокопроизводительных конструкций. Сжатый воздух по каналу а через окна в головке поршня (2) попадает в переднюю или заднюю полости цилиндра (3) и создает движение поршня-ударника. Выхлоп отработанного воздуха происходит через каналы а и d коронку на забой скважины.

Пневмоударники с буферным циклом, у которых поршень-

ударник в конце обратного хода изменяет движение с помощью буферного элемента. Последнее способствует увеличению числа ходов порш-

ня в 1,2–1,4 раза.

Пневмоударник с толкателем представляет собой дополнительный цилиндр с поршнем-толкателем, работающим синхронно с порш- нем-ударником.

Для бурения скважин увеличенного диаметра (до 300 мм и больше) разработаны пневмоударные снаряды, представляющие собой спаренные и встроенные пневмоударники.

Разрабатываются конструкции пневмоударников с эластичными воздухораспределительными клапанами. Интерес представляет конструкция пневмоударника, у которого удары по буру наносят поршень и цилиндр поочередно, в этом случае корпус пневмоударника устанавливается в направляющих или соединяется со штангами через гибкий эле- мент-демпфер.

Вращательно-подающие механизмы буровых агрегатов конструктивно идентичны станкам вращательного бурения и в принципе могут быть использованыдля проходки скважин вращательным способом.

55

Вращательно-подающий механизм в обратном виде может быть установлен на распорных одинарных и сдвоенных винтовых или гидравлических колонках, металлических сварных каркасах и рамах. Буровые агрегаты устанавливают также на самоходные гусеничные, пневмоколёсные и рельсоколёсные тележки.

При бурении с поверхности земли или в карьерах буровые агрегаты монтируют на платформах автомашин, на шасси гусеничных ходовых тележек. При этом устанавливают компрессор и другое оборудование, применяемое при пневмоударном способе проходки скважин, что создает полную автономию работы бурового агрегата.

Распорные винтовые колонки являются основным и к тому же несложным видом установочного оборудования для буровых агрегатов. Конструктивно они аналогичны распорным колонкам, применяемым при перфораторном бурении. Как известно, для устойчивой работы буровой машины требуется, чтобы масса колонки была равна не менее 1,5…2 массам ударной буровой машины. В условиях работы бурового агрегата соотношение, как показывает практика, может быть меньше.

При пневмоударном бурении применяют одинарные и спаренные винтовые распорные колонки. Одинарные нормально работают при небольших усилиях подачи (до 25…30 кН). При значительных усилиях подачи надежнее работают спаренные колонки. На колонке для облегчения грузоподъемных операций устанавливают легкую ручную лебёдку. На некоторых зарубежных конструкциях для облегчения и ускорения этих операций на колонке крепится пневматический домкрат.

Криворожским научно-исследовательским горнорудным институтом (НИГРИ) разработана и изготовлена компактная самоходная гусеничная тележка ТБ1 (рис. 1.22), на которой устанавливается буровой агрегат. Тележка механизирует такие трудоемкие операции, как транспортировку агрегата со всем буровым и вспомогательным оборудованием и оснасткой, а также установку агрегата в рабочее положение.

Ходовая тележка имеет индивидуальный привод к каждой гусенице, что разрешает поворот тележки вокруг собственной оси на ограниченной площади. Мощность ходового двигателя 2,8 кВт, скорость движения 9,6 м/мин. На платформе тележки шарнирно прикреплен кронштейн, имеющий в верхней части хомут для захвата колонки. Кронштейн поворачивается с помощью пневмодомкрата, устанавливая колонку с буровым агрегатом в заданное рабочее положение. Применение самоходной тележки с манипулятором разрешает сократить затраты времени на подготовительно-заключительные операции на 25…30 %.

57

разъёмные, состоящие из стержня бура и съёмной коронки, соединяющихся в одно целое с помощью резьб круглой и круглоупорного профилей, а также гладких конусных замков. Хорошо себя зарекомендовали резьбовые замки с нарезкой по конусной поверхности, заимствованные из практики ударно-канатного бурения.

Рис. 1.23. Формы коронок (буров) для пневмоударного бурения:

а– с опережающим лезвием; б – долотчатой формы; в – крестовая;

г– со съёмной коронкой

На рис. 1.23 показаны буры для пневмоударного бурения различной формы. В практике наибольшее признание получили буры типа К-100В (БК-105). Технологичность конструкции этого бура, несложность перезаточек и большая износостойкость послужили основой его распространения. Технические данные основных типов буров (коронки) приведены в табл. 1.9.

59

1.1.6.2. Перспективы ударного бурения

Ударный способ бурения является наиболее универсальным, обеспечивающим высокие скорости проходки шпуров и скважин в породах любой крепости.

Скорость ударного бурения горных пород можно повысить за счет следующих основных направлений:

1.Значительного увеличения мощности буровых машин.

2.Доводки до промышленных образцов полнопогружных буровых машин.

3.Комплексной механизации и автоматизации бурения.

4.Совершенствования конструкции и повышения прочностных показателей бурового инструмента.

5.Совершенствования организации буровых работ.

При бурении взрывных скважин и шпуров основными буровыми машинами являются пневматические ударные машины.

1.1.6.3. Увеличение мощности пневматических ударных машин

Скорость ударного бурения прямо пропорциональна величине ударной мощности, развиваемой ударным механизмом буровой машины, умноженной на коэффициент, учитывающий потери мощности при передаче ее на рабочие лезвия бурового инструмента.

Ударную мощность можно определить как произведение энергии удара на частоту ударов в 1 с. Установлено, что частоту ударов можно увеличивать в три – четыре раза без ущерба для долговечности и надежности ударного механизма и износостойкости бурового инструмента. Увеличение энергии удара возможно при соответствующем увеличении прочностных показателей бурового инструмента и ударного механизма.

Ударная мощность, развиваемая пневматическими ударными машинами, может быть записана в виде уравнения

где F – рабочая площадь поршня-ударника; P – давление сжатого воздуха; s – ход поршня-ударника; т – масса поршня-ударника; k – коэффициент пропорциональности.

Как видно из формулы, направлениями, ведущими к существенному приросту ударной мощности пневматических ударных машин, перфораторов и пневмоударников, являются:

1.Повышение величины рабочего давления в цилиндре машины.

2.Совершенствование конструкции пневматического ударного механизма, ведущее кувеличению рабочейплощадипоршня.

60