Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Національний технічний університет України “КПІ”

Кафедра інженерної екології

Лекція

“Породоруйнівний інструмент підземних гірничих машин”

Дисципліна : “ Гірничо-транспортні машини та комплекси “

Спеціальність 6.090301 Розробка родовищ корисних копалин

Київ 2012

Лекція . Породоруйнівний інструмент підземних гірничих машин. Призначення та область застосування. Класифікація. Конструкції

Призначення та область застосування: :

До гірничих інструментів відносяться робочі інструменти, які призначені для руйнування порід гірськими машинами: комбайнами, стругами, свердлами, перфораторами, відбійними молотками.

Від інструментів залежать продуктивність гірничих машин, зношування машин і витрата енергії.

Гірничі інструменти працюють у складних умовах. Підвищення продуктивності і потужності гірничих машин, приводить до збільшення навантажень на інструмент.

До гірничих інструментів висувають наступні вимоги: ефективність руйнування гірської породи з меншою витратою енергії і з високою продуктивністю; міцність і зносостійкість, можливість швидкої заміни зношених інструментів, мінімальне пилоутворення; простота і надійність закріплення в державках; технологічність у виготовленні; зручність для огляду, відновлення і заточення, а також невисока вартість виготовлення і експлуатації.

Вибір породоруйнівного інструменту проводиться з урахованням фізико-механічних властивостей гірських, способу руйнування, геометрыъ та форми породоруйнывного інструмента, силових характеристик гірничої машини. Вибір типу інструменту залежить також від конкретних реологічних властивостей, які обумовлюють можливі швидкості буріння та собівартості технологічного процесу руйнування..

Класифікація породоруйнівних інструментів

Гірничі інструменти можна розділити на групи, що відрізняються один від одного за такими ознаками:

• способом руйнування;

• видом вибою;

• матеріалом і стабільністю робочої частини.

Перші дві ознаки визначають вид гірничої машини і область застосування інструментів. Наприклад, різці виїмкових і прохідницьких комбайнів, що руйнують гірську породу на поверхні вибою, характеризуються більшою величиною шляху і тому придатні для руйнування порід з коефіцієнтом міцності не більш f=5-6 по шкалі проф. М.М. Протодьяконова. Виготовлені з такого ж матеріалу різці для шпурів з успіхом застосовують для руйнування гірських порід з коефіцієнтом міцності 8 і більше, тому що їх шлях тертя на одиницю об’єму зруйнованої гірничої маси набагато менший.

Матеріал робочої частини інструменту впливає на область застосування, зносостійкість, міцність, конструкцію і технологію виготовлення інструментів. Сучасний ріжучий інструмент майже весь армується вольфрамокобальтовими сплавами; розширюється застосування алмазного інструменту. Область застосування наплавленого ріжучого і дробильного інструменту в гірничій промисловості незначна і скорочується; наприклад, у стругових установках наплавлений інструмент витиснутий армованим.

Під стабільністю робочої частини розуміється здатність інструменту зберігати в процесі зношення первісні геометричні параметри.

Загальний вигляд сучасних породоруйнівних інструментів для різних способів руйнування гірських порід і корисних копалин наведено на рис 1.

Ріжучий інструмент (Рис 1,а) відокремлює стружку від вибою гірської породи в результаті переміщення різця і дії на нього статичного або динамічного навантаження. До ріжучого інструменту відносяться різці виїмкових, прохідницьких і бурових машин, алмазні пилки і коронки. При правильному виборі режиму роботи ріжучий інструмент забезпечує високу ефективність процесу руйнування; конструкція його проста, він дешевий і тому найбільш широко використовується. Але тертя при різанні дуже значне, тому у процесі роботи інструмент затуплюється, внаслідок чого знижується продуктивність машини. З цієї причини навіть твердосплавний ріжучий інструмент непридатний для руйнування міцних і абразивних порід.

Рис. 1 Породоруйнівні інструменти гірничих машин.

а) – різці; б) – коронки для ударно-поворотного буріння; в) - інструмент для ударно –обертового буріння; г) – шарошечні долота; д) – алмазний інструмент.

Дробильний інструмент (Рис.1.б) занурюється у гірську породу під дією удару. При цьому, під лезами інструменту порода дробиться і утвориться лунка. Після кожного удару інструмент переміщується в нове положення. У проміжках між лунками порода сколюється. До дробильного інструменту відносяться коронки перфораторів і заглибних пневмо і гідро ударників верстатів ударного буріння, а також комбінований інструмент, який застосовують для руйнування міцних порід міцністю до f=18-20. Але сам спосіб руйнування більш енергоємний, чим різання, процес роботи переривний, що обумовлює меншу ефективність такого інструменту. З цієї причини область його застосування обмежена головним чином бурінням шпурів і свердловин.

Роздавлюючий інструмент (Рис. 1.в) широко застосовується в бурових машинах з заглибними пневмо і гідро ударниками, які забезпечують високу продуктивність в міцних і надміцних гірських породах. Крім того, такі інструменти забезпечують самозаточуваність, тобто збереження при зношенні первісної форми робочої частини.

Шарошечний інструмент (Рис 1,г) широко застосовують для буріння скважин та шпурів; використовують його і на прохідницьких комбайнах. Шарошки мають істотні недоліки: складну конструкцію, велику масу, значну вартість. Слабким місцем шарошок є їхні опори, що нерідко зношуються швидше, ніж їхня робоча частина.

Алмазний інструмент ( Рис 1, д) Армування робочої частини дуже твердими і зносостійкими матеріалами — природними або штучними алмазами, дозволяє застосовувати ріжучий інструмент для руйнування порід міцністю до f=18-20. Слід зазначити, що алмазні коронки в процесі роботи самозагострюються.

Принцип роботи алмазної бурової коронки полягає в тому, що при виконанні процесу буріння торцева частина (матриця) інструмента, на якій знаходяться алмази або алмазні сегменти, здійснює обертове різання в гірській породі з одночасним осьовим тиском (зусиллям подачі).

Комбінований інструмент призначений для буріння шпурів і свердловин способом, що поєднує основні властивості ударного й обертального впливів. При ударно-обертальному способі, коли основним є

ударний вплив, параметри такого інструменту подібні з параметрами коронок перфораторів. Область застосування комбінованого інструменту — породи середньої міцності і міцні.

3. Конструкції породоруйнівного інструменту

На рис 2. наведені конструкції породоруйнівних інструментів. Інструмент для буріння шпурів та свердловин має певний діаметр D, та довжину L. Інструмент армований твердосплавною породоруйнівною вставкою 1, яка припаяна спеціальним припоєм до державки інструменту 2. Державки мають спеціальні пази та елементи кріплення 3 для з’єднання з буровими та виконавчими органами гірничих машин.

Рис. 2 Елементи конструкцій породоруйнівного інструменту

1 – породоруйнівна вставка; 2 – державка; 3- елемент кріплення.