Лекция 15 ПОДЗЕМНЫЕ МАШИНЫ ДЛЯ БУРЕНИЯ ШПУРОВ И СКВАЖИН Курс Технология и оборудование горного производства Доцент Кухарь В.Ю. кафедра горных машин и инжиниринга, ГВУЗ "НГУ"

Способы механического разрушения горных пород буровыми разрушающими инструментами -резание, -ударное разрушение, -резание с одновременным наложением статических или ударных нагрузок.

Классификация способов разрушения горных пород по характеру деформации породы в месте контакта ее с лезвиями инструмента различают объемное и поверхностное разрушение

Классификация способов разрушения горных пород Наиболее эффективным является объемное разрушение, возникающее и том случае, когда величина удельного давления контакта лезвий инструмента на породу (осевого усилия) будет больше, чем твердость породы на вдавливание: где - осевое усилие, Н; - критическое напряжение породы от статического вдавливания, Н/мм 2 ; S площадь контакта лезвий инструмента с породой, мм 2 ;

Классификация проходческих комбайнов Поверхностное разрушение происходит тогда, когда удельное давление контакта лезвий инструмента на породу будет меньше твердости породы на вдавливание т. е. когда осевого усилия недостаточно, чтобы инструмент внедрился в породу.

Способы бурения шпуров При механическом способе разрушения горных пород в общем случае к инструменту прикладывается осевая нагрузка (статическая Рс, ударная Руд или та и другая Рс+Руд) и крутящий момент Мкр. В зависимости от соотношения этих нагрузок различают следующие способы бурения: -вращательное -ударно-поворотное -вращательно-ударное -ударно-вращательное

Вращательное бурение Происходит, когда резец совершает вращательное движение при постоянном действии на него осевого усилия (давления) Р с, вызывающего внедрение инструмента в породу, и крутящего момента М кр. Эффективность вращательного бурения определяется при прочих равных условиях величиной осевого усилия Рс. Обычно осевое усилие изменяется от 2,5 до 20 кН, а частота вращения - от 1,68 до 20 с -1.

Вращательное бурение С энергетической точки зрения вращательное бурение является достаточно совершенным процессом, но только при бурении мягких и средней крепости неабразивных пород (уголь). Преимущества: - непрерывность процесса бурения; - высокая производительность. Недостатки: - невозможность реализации объемного процесса разрушения для крепких и абразивных пород

Осуществляется ударами с усилием Р уд клиновидного инструмента по породе, наносимыми с определенной частотой по буровой штанге при поворачивании инструмента на определенный угол в период между ударами Ударное бурение (ударно-поворотное бурение) Эффективность ударного бурения определяется при прочих равных условиях величиной энергии единичного удара Рс. Обычно энергия единичного удара изменяется от 30 до 150 Дж 1 – инструмент 2 – зона раздробленной тонкоизмельченной породы 3 – зона трещиноватости

Преимущества: -возможность создания значительной удельной нагрузки на инструмент; -возможность бурения пород высокой крепости. Недостатки: -периодичность воздействия инструмента на забой; -прерывистый и более длительный процесс разрушения, чем при вращательном бурении; -шум и вибрация бурового оборудования при работе; -значительное пылеобразование. Ударное бурение (ударно-поворотное бурение)

Особенностью вращательно- ударного способа бурения является одновременная передача на породу непрерывно вращающимся разрушающим инструментом с крутящим моментом М кр осевого статического усилия Р с и периодических ударных импульсов Р уд, направленных по оси инструмента. Ударно-вращательное и вращательно-ударное бурение Энергия единичного удара от 41 до 80 Дж, Осевое усилие до Н, Частота вращения инструмента до 2,5 с -1, Частота ударов в минуту

Области рационального применения способов бурения По критерию теоретической производительности при условии обеспечения заданной износостойкости рабочего инструмента при бурении шпуров рекомендуются следующие области применения способов бурения: -вращательное бурение для неабразивных пород с f 16.

Совокупность конструктивно объединенных бурильной головки, податчика, штанги и бурового инструмента представляет собой бурильную машину. Бурильная головка создает крутящий момент с ударами или без них. Податчик с помощью штанг обеспечивает перемещения бурильной головки и требуемые осевые усилия на буровом инструменте. Бурильная машина придает буровому инструменту определенное направление и обеспечивает бурение шпура

Классификация бурильных машин по типу бурильной головки -вращательного, -вращательно-ударного, -ударно-вращательного, -ударно-поворотного, -универсального действия

Классификация бурильных машин по массе -легкие (до 10 кг), -средние (20…60 кг), -тяжелые (свыше 60 кг)

Классификация бурильных машин по способу установки -ручные, -колонковые, -механические, устанавливаемые на манипуляторах кареток

Классификация бурильных машин по роду потребляемой энергии -электрические, -пневматические, -гидравлические, -комбинированные

Классификация бурильных машин по типу податчика с -реечной, -цепной, -канатной, -винтовой, -гидравлической, -пневматической -комбинированной подачей

Классификация бурильных машин по способу очистки шпура -промывка водой или воздушно-водяной смесью, -продувка и отсос пыли, -очистка шпура витой штангой

Бурильные машины ударно-поворотного бурения (перфораторы) Перфораторы позволяют бурить шпуры и скважины диаметром мм в породах практически любой крепости

Бурильные машины ударно-поворотного бурения (перфораторы) пневматические переносные перфораторы для бурения шпуров;

Бурильные машины ударно-поворотного бурения (перфораторы) Пневматические колонковые перфораторы, имеющие большую массу, выпускаемые в комплекте с податчиками этих машин на забой и предназначенные для бурения шпуров и скважин;

Бурильные машины ударно-поворотного бурения (перфораторы) телескопные пневматические перфораторы для бурения восстающих шпуров и скважин (с отклонением от вертикали до 45°) с собственным пневматическим податчиком, обеспечивающим рабочее перемещение перфоратора на забой

Бурильные машины ударно-поворотного бурения (перфораторы) Исполнительным органом перфораторов является бур, состоящий из буровой штанги и рабочего инструмента - съемной коронки

Бурильные машины ударно-поворотного бурения (перфораторы) Основные параметры перфораторов: -энергия единичного удара 30…200 Дж; -частота ударов 30…50 с -1 ; -угол поворота инструмента между ударами 10…20 град; -осевое усилие подачи 1,15-2,0 кН Энергия удара ограничивается в основном прочностью материала буровых штанг и твердого сплава коронок

Бурильные машины вращательного бурения (горные сверла) ручные сверла (с электро- и пневмоприводом) ручное пневмосверло СГП-1

Бурильные машины вращательного бурения (горные сверла) колонковые сверла 1 двигатель; 2 распорная колонка; 3 редуктор; 4 механизм подачи; 5 буровая штанга

БУРИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ Бурильные установки предназначены для: -бурения шпуров в породах различной крепости при проведении горных выработок, строительстве тоннелей, - бурения шпуров при проведении очистных работ в рудниках - выбуривания угля в углепородных забоях.

БУРИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ Бурильные установки разделяются на фронтальные и радиально-фронтальные. Фронтальными установками шпуры бурятся только вдоль оси выработки, радиально-фронтальными - шпуры бурятся вдоль оси выработки и перпендикулярно к ней. Фронтальная буровая установка Радиально-фронтальная буровая установка

БУРИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ Бурильные установки состоят из: -привода исполнительного органа (бурильные головки вращательного или вращательно- ударного бурения) - механизма перемещения (колесно-рельсовый, гусеничный или пневмошинный) - механизма подвески и перемещения исполнительного органа (манипулятора) - податчика, служащего для перемещения бурильной головки с ИО относительно стрелы манипулятора на забой

БУРОВЫЕ СТАНКИ Буровые станки предназначены для бурения скважин по углю и породам различной крепости

КЛАССИФИКАЦИЯ БУРОВЫХ СТАНКОВ 1 По назначению: - для бурения дегазационно-увлажнительных скважин; - для бурения технических скважин различного назначения по углю (углеспускные, водоспускные, разрезные и др.); - для бурения скважин по породе (гезенки, скаты). 2. По способу подачи исполнительного органа: - с вращающимся, наращиваемым в процессе бурения ставом; - с невращающимся ставом, наращиваемым в процессе бурения и предназначенным для подачи в скважину снаряда-вращателя.

КЛАССИФИКАЦИЯ БУРОВЫХ СТАНКОВ 3. По типу податчика исполнительного органа на забой: - с дифференциально-винтовым податчиком; -с гидроцилиндровым. 4. По способу управления: - с места бурения; -дистанционное на расстоянии до 20 м.

БУРОВОЙ СТАНОК Станок буровой Б15-50 В угольных шахтах преимущественное применение нашли несамоходные станки вращательного бурения Распорный гидроцилиндр Платформа Двигатель Редуктор Буровой патрон Гидроцилиндр податчика

ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ БУРИЛЬНЫХ МАШИН Техническая производительность бурильных установок показывает, сколько может быть пробурено шпурометров за один час чистого машинного времени работы в конкретных условиях эксплуатации где t бyp - чистое время бурения шпура длиной 1 м, мин; t всп - вспомогательное технологическое время, необходимое для бурения шпура длиной 1 м, мин

ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ БУРИЛЬНЫХ МАШИН Чистое время бурения, мин где k 0 - коэффициент одновременности, при двух бурильных машинах k 0 =0,7; n - число одновременно буримых шпуров; V n - скорость бурения, м/с

ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ БУРИЛЬНЫХ МАШИН Вспомогательное технологическое время, мин где t ман - время, затрачиваемое на манипуляции по установке и переустановке бурильных машин, обычно равно 0,25-0,5 мин на 1 м шпура; t ох - время обратного хода бурильной головки на 1 м шпура; t к - время на замену коронок, мин; обычно принимают равным 0,1 мин на бурение 1 м шпура.

ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ БУРИЛЬНЫХ МАШИН Эксплуатационная производительность бурильных установок где Т см - продолжительность смены, мин; t пз - время общих подготовительно-заключительных операций за смену (2,5 % продолжительности смены), мин; t пз - время подготовительно-заключительных операций (9,5 % продолжительности смены), мин; О - время отдыха, (10 % продолжительности смены), мин; t вп - время на технологический перерыв на взрывные работы и проветривание забоя (12 % продолжительности смены), мин.