16

Лекция 3 Бурильные машины вращательного действия

Лекция 3 (часть 1)

БУРИЛЬНЫЕ МАШИНЫ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ

1. Бурильные машины вращательного действия для бурения шпуров.

2. Буровой инструмент для вращательных бурильных машин

3. Регулирование режимов бурения и оценка производительности бурения шпуров вращательными машинами

Бурильные машины вращательного действия для бурения шпуров называют сверлами. По виду потребляемой энергии сверла, применяемые в горной промышленности и на геологоразведочных работах, можно подразделить на электрические, пневматические, гидравлические и сверла с двигателями внутреннего сгорания (мотосверла или мотобуры). В горной промышленности наибольшее распространение получили электрические сверла, а на геологоразведочных работах (при проходке открытых выработок) –мотосверла.

По массе и условиям применения сверла подразделяют на ручные – массой до 25 кг, колонковые – до 130 кг и съемные – до 700 кг. Колонковые сверла в процессе работы устанавливают на специальные распорные колонки, которым они и обязаны своим названием. Ручные 'и колонковые сверла существенно отличаются друг от друга по конструкции и энерговооруженности, что и предопределяет область их применения. Ручные сверла используют при бурении шпуров глубиной 1,5–3,0 м и диаметром 40–45 мм вручную или с легких поддерживающих устройств в породах с . Разновидности ручных сверл, конструкцией которых предусмотрены механизмы для принудительной подачи машины на забой, обеспечивают возможность бурения шпуров в породах с. Колонковые сверла применяют в породах с.

Промышленность выпускает электрические ручные сверла типа ЭР (ТУ 12–44–219–76) и типа СЭР (ТУ 12–44–144–75).

Техническая характеристика сверл
Тип	ЭР14Д-2М	СЗГ-19М	ЭР18Д-2М	ЭРП18Д-2М
Номинальная мощность на шпинделе, кВт	1	1,2	1,4	1,4
Частота вращения шпинделя, с-1	860	600; 750; 960	640	300
Способ подачи сверла на забой	Ручной	Ручной	Ручной	Механический
Усилие подачи на забой, кН	-	-	-	3
Масса, кг	15,4	15,5	17	22,8

Наибольшее распространение получили электросверла, в которых используют асинхронные двигатели с получасовой мощностью 1,0–1,4 кВт (мощность, при которой работа электродвигателя в течение получаса не сопровождается нагревом обмоток выше допустимого предела). Напряжение питания ручных электросверл 127 В, его получают от пускового агрегата АП-4, который включают непосредственно в шахтную сеть напряжением 660 или 380 В. Электросверло подключают к агрегату пятижпльным гибким кабелем. Все ручные электросверла отечественного производства имеют дистанционное включение по искробезопасной схеме, при которой в корпусе сверла размещает однофазный выключатель цепи напряжением 36 В дистанционного включения рабочего напряжения. Трехфазный силовой выключатель напряжением 127 В расположен в корпусе пускового агрегата АП-4.

Все горные электросверла выпускают во взрывобезопасном исполнении.

Ручные электросверла

Конструкция ручных электросверл.Рассмотрим конструкцию сверл на примере наиболее распространенного сверла СЭР-19М, Сверло (рис. 2.4) состоит из литого алюминиевого корпуса 4 с двумя рукоятками, покрытыми слоем резины; передней крышки 2 с двухступенчатым редуктором; промежуточной перегородки 3,. обеспечивающей взрывобезопасность корпуса; шпинделя 1, предназначенного для установки в нем хвостовика буровой штанги; вентилятора (крыльчатки) 5; затыльной крышки 7 с изолирующим покрытием; устройства 11 для ввода гибкого кабеля. Сквозь колодку из негорючей пластмассы 12 проходят болты для присоединения жил гибкого кабеля и соединительных концов от обмотки статора 6 и пускового устройства. Вводится кабель с помощью патрубка 13, заглушки 14, которая закреплена гайкой 15. Цепь, присоединяемая к хомуту 16 и корпусу сверла, предотвращает выдергивание кабеля из вводного устройства и его чрезмерные перегибы.

Вотдельной небольшой камере корпуса, закрытой крышкой10, смонтировано пусковое устройство Р, которое срабатывает при нажатии клавиши, расположенной в правой рукоятке. Для лучшего охлаждения электродвигателя 5 корпус сверла снаружи ребристый. Затыльная крышка 7, под которой расположен вентилятор, образует вместе с ребрами корпуса каналы для прохода охлаждающего воздуха.

У электросверла СЭР-19М редуктор двухступенчатый, у других сверл он может быть одноступенчатым или планетарным. Электросверло СЭР-19М комплектуют сменными шестернями редуктора, что и позволяет получить три частоты вращения шпинделя при бурении шпуров в менее или более крепких () породах. Модификация сверла СЭР-19М обеспечивает возможность бурения шпуров с боковой промывкой.

Электросверла ЭР14Д-2М и ЭР18Д-2М в конструктивном отношении аналогичны рассмотренному, но имеют в отличие от него одноступенчатый редуктор, другую частоту вращения шпинделя и мощность электродвигателя.

Электросверло с принудительной подачей ЭРП18Д-2М отличается от других ручных электросверл наличием принудительной подачи сверла на забой. Это позволяет несколько расширить область применения сверла, облегчить труд бурильщика и увеличить производительность труда. Принудительную подачу осуществляют специально установленным на передней крышке сверла дополнительным барабаном с канатом. Перед началом работы трос с крюком на конце крепят на распорной стойке или забое. При работе электросверла трос наматывается на барабан, чем и обеспечивается подача.

Вращающий момент от двигателя передается валу барабана 3 подачи (рис. 2.5) через дополнительную пару шестерен е, дисковый фрикцион Ф и червячную пару2–1. С помощью регулируемого фрикциона, передающего момент от шестерни валу червяка, усилие подачи можно регулировать в пределах 0–3 кН. Зубчатая муфта4 предназначена для включения и выключения барабана подачи.

Электросверла ЭР14Д-2М, ЭР18Д-2М и ЭРП18Д-2М выпускает Томский электромеханический завод им. В. В. Вахрушева, электросверло СЭР-19М – Конотопский электромеханический завод «Красный металлист».

Ручные пневмосверла применяют в шахтах, особо опасных по взрыву газа или пыли для бурения шпуров по породам с . Пневмосверла СРЗ и СРЗМ выпускает Ленинградский завод «Пневматика». Пневмосверло СРЗ предназначено для бурения шпуров без промывки, а СРЗМ – с промывкой шпуров водой.

Техническая характеристика пневмосверл
Тип	СР3	СР3М
Диаметр шпура, мм	36-50	36-50
Глубина шпура, м	до 4	до 4
Номинальное давление сжатого воздуха, МПа	0,4	0,4
Крутящий момент на шпинделе, Нм	65,5	65,5
Эффективная мощность, кВт	2,6	2,6
Удельный расход сжатого воздуха, м3/ (мин· кВт)	1.43	1.43
Номинальная частота вращения под нагрузкой, с	5,6	5,6
Габариты, мм; длина	345	415
ширина	447	447
высота	280	280
Масса, кг: промывочного устройства	-	2.3
сверла	13,0	13.2

Сверло СРЗ (рис. 2.6) состоит из корпуса 2 с двумя рукоятками, редуктора 3 и крышки корпуса 1, соединенных стяжными болтами. В корпусе расположен ротационный двигатель с шестью лопатками 11. Редуктор сверла – планетарный, двухступенчатый с передаточным числом . Пуск сверла в работу осуществляется нажатием на курок8 пускового устройства 6, встроенного в правую рукоятку. При этом стержень 7 открывает шариковый клапан и обеспечивает доступ воздуха в камеру между статором 9 и ротором 10 двигателя. Лопатки ротора свободно размещаются в его пазах. Ротор и статор расположены эксцентрично. Сжатый воздух из магистрали поступает в рабочую камеру, которая образуется зазором между ротором, статором и выдвинувшейся из ротора лопаткой, оказывая давление на лопатку и приводя во вращение ротор. Выхлоп отработанного воздуха производится в специальные камеры – глушители» выполненные в корпусе. Через шестерни 14 редуктора вращение от двигателя передается шпинделю 13 с размещенным на нем патроном 12, в который вставляется хвостовик бура.

В крышке 1 сверла имеется масляная камера, через которую проходит часть сжатого воздуха из пускового устройства. Насыщенная маслом, эта порция сжатого воздуха далее поступает в двигатель и смазывает трущиеся поверхности. От магистрали сжатый воздух подается по гибкому шлангу, подключаемому с помощью штуцера 4 и накидной гайки 5.

Ручные гидросверла можно применять в шахтах или на участках с гидродобычей. Основной узел гидросверла – гидродвигатель состоящий из рабочего колеса (турбины) и направляющего аппарата. В остальном существенных отличии г сверла от пневматических ручных сверл не имеют Частоту вращения и мощность турбины можно плавно регулировать пусковым устройством устройством. Это дает возможность вести забуривание на тихом ходу.

Гидросверлом можно бурить шпуры горизонтальные и с углом наклона ±40° к горизонту. К магистрали с водой под давлением 3 МПа гидросверло подключают с помощью высоконапорного гибкого шланга.

Мотосверла (мотобуры) предназначены для бурения шпуров и неглубоких скважин в мягких и мерзлых горных породах при поисковых и геологосъемочных работах, а также инженерно-геологических исследованиях. Приводом мотосверл является бензиновый двигатель внутреннего сгорания. При проведении подземных выработок мотобуры не применяют.

Мотобур М-1 выпускают по ТУ 41–01–327–78, а Д-10М – по ТУ 26–02–612–75.

Техническая характеристика мотобуров
Тип	М-1	Д-10
Глубина шпуров, м	<7	<10
Диаметр шпуров, мм	65 и 92	75
Частота вращения бура, с-1	4,25-10,25	2.9-3,13
Привод	От бензинового двигателя «Дружба»
Ресурс до капитального ремонта	1000	800
Габариты, мм: длина	540	720
ширина	475	Нет данных
высота	540	445
Масса мотобура без комплекта бурового инструмента, кг	16.5	14.5

Колонковые электросверла с гидравлической подачей ЭБГП-1 и ЭБГП-2У5 предназначены для бурения шпуров глубиной до 2,2 м с промывкой при проведении горизонтальных и наклонных выработок по породам с коэффициентом крепости . Сверло ЭБГП-1 (электробур с гидравлической подачей) состоит из электродвигателя, двухскоростного редуктора, гидропривода подачи, двух гидроцилиндров подачи с цапфами для установочного приспособления, траверсы с полым шпинделем. Штоки гидроцилиндров соединены с траверсой и могут перемещать ее совместно со шпинделем вперед и назад на величину хода подачи 900 мм. Одно из достоинств электробура – особое устройство шпинделя и траверсы, позволяющее осуществлять перехват штанги, что дает возможность бурить шпуры на глубину до 2,2 м одной штангой без наращивания инструмента.

При помощи фланцевых соединений электродвигатель, редуктор и блок гидропривода жестко связаны между собой. Внутри полого шпинделя размещают буровую штангу и водоподводящий шланг.

Кинематико-гидравлическая схема электробура ЭБГП-1 изображена на рис.2.7. Вращающий момент от электродвигателя Д передается с одной стороны вала через пару цилиндрических шестерен4 и 5 (см. рис. 2.7) шестеренному маслонасосу 3, который через фильтры засасывает масло из резервуара, нагнетая его в гидроцилиндры подачи 21, В зависимости от положения рукоятки 1 золотника 2 штоки 20 гидроцилиндров, шпиндель 17 и буровая штанга перемещаются вперед, совершая рабочий ход на длину штоков или, наоборот, возвращаются в исходное положение.

Со второго конца вала электродвигателя вращающий момент передается через две пары шестерен 6, 7 и 10, 11 блоку шестерен 9–8. В зависимости от положения рукоятки управления Р блок-шестерня, имеющая скользящую посадку на промежуточном валу редуктора, может находиться в зацеплении с одной из шестерен 12 или 15 на вторичном валу редуктора, обеспечивая шпинделю через шестерни 13, 14 и направляющую втулку 16 одну из двух возможных частот вращения: – для пород си– для пород с. Переключают частоту вращения шпинделя только при выключенном электродвигателе, пуск, остановку и реверс которого осуществляют ручкой управления, имеющей три фиксированных положения.

В рукоятке 1 управления гидроприводом совмещены две функции. При вращении рукоятки сжимается или разжимается пружина плунжера клапана, в результате чего путем дросселирования масла изменяют от нуля до максимума величину осевой нагрузки на буровой инструмент. При перемещении рукоятки вперед или назад осуществляют подачу или обратный ход шпинделя.

Электросверло при бурении шпура работает следующим образом. Первоначально в полый шпиндель 17 через патрон с двумя шлпцевыми выступами вводят буровую штангу 18 –круглую, с двумя продольными пазами, пустотелую диаметром 32 мм и длиной около 2,5 м. Шпиндель внутри имеет специальную резьбу. Такую же резьбу имеет упор для буровой штанги, располагающийся внутри шпинделя. В упоре предусмотрено отверстие, через которое свободно проходит хвостовик буровой штанги. Затем включают правое вращение электродвигателя, а ручку управления гидросистемой ставят в положение хода штоков назад. Штанга вместе с винтовым упором в это время не вращается, поскольку она связана шлицами с патроном, а патрон с помощью дискового фрикциона в это время заторможен о корпус траверсы 19. Специальная кулачковая муфта, соединяющая патрон со шпинделем, выключена. Вследствие этого штанга втягивается в шпиндель до крайнего (исходного) положения, после чего она будет выступать из траверсы (патрона) сверла на 900 мм.

На резьбовом конце хвостовика буровой штанги закрепляют промывочное устройство.

Для бурения шпура включают подачу, и штоки гидроцилиндров, соединенные с траверсой, начинают перемещать траверсу, шпиндель и буровую штангу к забою. В это время включают рабочее вращение шпинделя. При упоре буровым инструментом в породу я возрастании осевой нагрузки кулачковая муфта соединяет патрон траверсы со шпинделем, "фрикцион при этом автоматически растормаживается, а винтовой упор вместе со шпинделем и буровая штанга начинают вращаться, С этого момента начинается процесс бурения шпура.

После того как шпур пробурен на глубину, соответствующую ходу подачи, траверсу необходимо отвести в исходное положение. Для этого усилие с забоя снимают, тем самым кулачковая муфта выключается, отсоединяя патрон траверсы от шпинделя. Одновременно фрикционная муфта затормаживает патрон, а вместе с ним буровую штангу и винтовой упор, их вращение прекращается. Но вращение шпинделя продолжается, поэтому он вместе с траверсой и штоками совершает осевое перемещение в исходное положение относительно неподвижной буровой штанги. Таким образом осуществляют «перехват» штанги. Затем продолжают бурение шпура на величину подачи 0,9 м. При повторном «перехвате» шпур добуривают до полной длины 2,2 м.

Техническая характеристика колонкового электросверла ЭБГП-1
Часовая мощность двигателя, кВт ………………....	3,5
Напряжение питания, В ………….……………….…	660/380
Частота вращения, мин-1 вала двигателя ……….…	2850
шпинделя (при выпуске с завода)………………..…	170; 315
Способ подачи шпинделя……………………….…..	Гидравлический
Скорость подачи шпинделя, м/мин:
при бурении……………………………………….……..	До 1,4
при обратном ходе…………………………………..…..	До 5
Максимальное усилие подачи шпинделя, кН ……...	14,6
Ход шпинделя, мм…………………………………….….	900
Номинальная мощность на шпинделе, кВт ……….	2,5
Диаметр шпура, мм…………………………………..….	36–43
Максимальная глубина шпура, пробуриваемого без замены буровой штанги, м…………………….
	2,2
Давление промывочной воды, МПа ...........……….….	0,4
Количество масла для питания гидросистемы, кг………………………………………….	5
Габариты, мм: ………………………………….…….
длина без штанги………………………………….	1680
ширина……………………………………………….	400
высота ………………………………………………	410
Масса, кг…………………………………………..	130

По окончании бурения шпура электродвигатель реверсируют (автоматически реверсируется и насос). При этом траверсу отводят в исходное положение, винтовой упор вместе со штангой втягивается в шпиндель, и она выходит из шпура.

Колонковое электросверло ЭБГП-2У5 отличается от ЭБГП-1 усовершенствованным механизмом «перехвата» штанги и узлом подключения воды, которые позволяют бурить шпуры в любом направлении, в том числе вверх и вниз. Съемные бурильные машины типа БУЭ вращательного действия применяют на бурильных установках. Они оснащены электродвигателем мощностью 7,5 кВт, обеспечивают три частоты вращения 125, 315 и 735 мин^-1–при бурении шпуров диаметром 42 мм, длиной до 3 м в породах с .

Установочные устройства для машин вращательного действия. Шпуры бурят ручными электросверлами с рук. Сверло ЭРП18Д-2М с механической подачей используют с распорной колонкой, которая служит для крепления на ней тросика подающего устройства сверла. Кроме того, на колонке есть специальная направляющая, сквозь которую проходит буровая штанга. Применение такой колонки позволяет облегчить труд бурильщика. Колонковые электросверла в процессе бурения устанавливают на распорные колонки или на манипуляторы, которые, в свою очередь, монтируют по бокам передней части погрузочных машин. Целесообразнее применять быстросъемные манипуляторы, которые можно снять с машины на время уборки породы. Однако при использовании манипуляторов и, особенно, распорных колонок бурильщики затрачивают значительные физические усилия, устанавливая распорную колонку, электросверла, навешивая манипулятор. Вращательные машины типа БУЭ используют в комплексе навесного бурильного оборудования к погрузочным машинам типа ПНБ или на бурильных установках. В обоих случаях бурильные машины размещают на манипуляторах, что позволяет отказаться от ручных операций.