Проходка, буровые работы: оборудование, технология

Бурение — это процесс образования цилиндрических полос­тей в горной породе. Цилиндрическую горную выработку диамет­ром до 75 мм и глубиной до 5 м называют шпуром. Выработку диаметром более 75 мм и глубиной 5 м или любого диаметра и глубиной более 5 м называют скважиной.

По характеру работы бурового инструмента в забое и приложе­нию силовых нагрузок различают следующие способы бурения: вращательный; вращательно-ударный; ударно-вращательный; ударный.

Разрушение горной породы в забое при вращательном способе бурения происходит благодаря движению бурового инструмента по винтовой линии. При этом к буровому инструменту приклады­вается крутящий момент и осевое усилие, а ударные нагрузки отсутствуют. Разрушение горной породы при вращательно-ударном способе бурения происходит за счет внедрения бурового инструмента под действием осевого усилия и ударной нагрузки одновременно с вращением, вследствие чего происходит скалывание породы. Разрушение горной породы при ударно-вращательном движе­нии происходит в основном благодаря ударной нагрузке и осево­му усилию, а вращательное движение инструмента обеспечивает очистку забоя от разрушенной породы и разрушение части поро­ды резанием. Разрушение горной породы при ударном способе бурения про­исходит благодаря ударной нагрузке и осевому усилию.

Вращательный способ буренияиспользуется в свёрлах, буровых станках и установках. Сверла по виду применяемой энергии подразделяются на элек­трические, пневматические и гидравлические.

Электрические сверла по виду их поддержки подразделяются на ручные и колонковые. Ручные сверла применяются при буре­нии шпуров по углю и слабым породам с коэффициентом крепости f<3 (по шкале проф. М. М. Протодьяконова). Рабочий инстру­мент ручных сверл состоит из витой буровой штанги и двухперьевого резца.

Рис. 2.1. Электрическое ручное сверло: а — вид сбоку: б — вид спереди; 1— редуктор;

2 — электродвигатель;  2 — рукоятка

Пневматические сверла применяются преимущественно в шах­тах, где запрещено применение электроэнергии из-за опасности взрыва газа или угольной пыли (опасных по газу и пыли).

Ручные гидравлические сверла применяются в гидрошахтах, и питание их осуществляется от става технологической жидкости (воды) под давлением 1,5 — 2,5 МПа.

Бурильные установки применяются для бурения шпуров в горных породах с

f< 16 и подразделяются:

• по способу бурения: вращательные, вращательно-ударные;
• виду применяемой энергии: электрические, пневматические, электро-гидравлические;
• числу бурильных машин: одно- и двухшпиндельные;
• типу ходовой части: колесно-рельсовые, гусеничные и пневмоколесные.

Для пород c fот 4 до 8 выпускаются бурильные установки с вращательной бурильной головкой, а для пород с f от 6 до 16 — с вращательно-ударной бурильной головкой, которая может ра­ботать и во вращательном режиме. Наибольшее распространение получили бурильные установки с одной и двумя бурильными машинами вращательного или вращательно-ударного действия.

Рис. 2.2. Бурильная установка УБШ252: 1 — податчик; 2— буровая штанга;

3 — редуктор; 4 — бурильная головка; 5 — манипулятор; 6 — рама-бак для масла;

7 — ходовая тележка; 8 — электрооборудо­вание с пультом управления; 9 — буфер; 10 — сиденье машиниста.

Перфораторы предназначены для бурения шпуров диаметром до 52 мм и скважин диаметром до 150 мм с помощью погружных пневмоударников в породах средней крепости и крепких c f< 18. Масса перфораторов составляет 24 — 36 кг.

Переносной перфоратор состоит из следующих основных уз­лов: корпуса, внутри которого смонтирован ударно-поворотный механизм; воздухораспределительного устройства; механизма уп­равления; устройства для пылеподавления и очистки шпура от продуктов разрушения, образующихся при бурении.

Рис. 2.3. Пневматический ручной перфоратор: а — вид сбоку; б — вид сверху;

1 — рукоятка; 2 — сварная рама; 3 — кран; 4 — головка цилиндра; 5— храповое устройство; 6— геликоидальный винт; 7 — гелико­идальная гайка; 8 — глушитель шума; 9 — поршень-ударник; 10 — цилиндр; 11 — Управляющая втулка; 12 — патрон; 13 — поворотная букса; 14 — грундбукса; 15 —муфта боковой промывки; 16 — буродержатель; 17 — болт;

18 — вентиль; 19 — пружина; 20 — воздухораспределительное устройство; 21 — патрубок; 22 — ру­коятка включения

          Принцип работы перфоратора заключается в том, что поршень-ударник под действием сжатого воздуха, попеременно поступаю­щего из воздухораспределительного устройства в правую или ле­вую полость цилиндра, совершает возвратно-поступательное дви­жение. При движении вперед в конце рабочего хода поршень-удар­ник наносит удар по хвостовику бурового инструмента. При дви­жении назад поршень-ударник при помощи храпового устройства поворачивается относительно винта на некоторый угол. При этом он поворачивает через сопряженные с ним буксу и грунд-буксу буровой инструмент.

Отбойные молотки относятся к ручным горным машинам удар­ного действия и предназначены для отбойки (разрушения) сла­бых пород и мягких руд, дробления крупных глыб, образования лунок при креплении выработок и прокладывания водосборных

канавок.

Отбойные молотки классифицируют:

• по роду потребляемой энергии —- пневматические, электри­ческие и гидравлические;
• массе — легкие (до 8 кг), средние (8 — 10 кг) и тяжелые (10—15 кг);
• способу пуска — с принудительным пуском и автоматическим;
• типу применяемого воздухораспределительного устройства — золотниковые, клапанные и комбинированные.

Рис. 2.4. Отбойный молоток: I — рукоятка; II — воздухораспределительно-ударный механизм; III — рабочий инструмент (пика); 1 — буферная камера; 2 — резиновый амортизатор; 3 — вен­тиль; 4 — промежуточное звено; 5 — клапанное воздухораспределительное устрой­ство; 6 — стопорное кольцо; 7 — ствол; 8 — ударник; 9 — хвостовик пики;

10 — пружина; 11 — футорка пускового устройства; 12 — штуцер;

13 — накидная гайка.

Проходческое оборудование. Для проведения горных выработок используются два способа. Первый — буровзрывной, когда с помощью бурильных машин бурятся шпуры, заряжаются взрывчатым веществом (ВВ) и взры­ваются. Разрушенная порода грузится породопогрузочными маши­нами в транспортные средства и выдается из забоя.

Существует два типа породопогрузочных машин:

• ковшовые погрузочные — машины периодического действия;
• с нагребающими лапами — машины непрерывного действия.

У машин непрерывного действия производительность выше, но у них более сложная конструкция и высокая стоимость. Ковше­вые погрузочные машины применяют для погрузки более проч­ных и абразивных пород. Буровзрывной способ проходки применяют, если коэффици­ент крепости породы f> 6 (60 МПа).

Для проведения выработок по углю и более мягким породам применяют проходческие комбайны (второй способ). С помощью таких комбайнов разрушают породу, грузят ее на скребковый кон­вейер или в вагонетки, применяя дополнительное оборудование, крепят выработку.

Комбайновый способ более производителен, чем буровзрыв­ной, так как нет потерь времени на проветривание забоя после взрыва, а отбойка и погрузка породы происходят одновременно.

Погрузочные машины периодического действия. Погрузочные машины предназначены для зачерпывания и погрузки разрушен­ной горной породы в транспортные средства.

К погрузочным машинам периодического действия относят ковшовые машины, которые могут иметь прямую или ступенчатую погрузку, а также боковую разгрузку ковша. Внедрение ковша в горную массу происходит при поступательном движении машины по рельсам вперед на забой. При прямой погрузке порода из ков­ша грузится непосредственно в вагонетку, а при ступенчатой — вначале на конвейер машины. У машин с боковой разгрузкой ков­ша черпание, подъем, поворот и разгрузка ковша осуществляют­ся гидроцилиндрами.

Рис. 2.5. Схема машины ковшового типа с прямой погрузкой ППН1С:

1 — ковш; 2 — пневмомотор; 3 — корпус; 4 — руко­ять; 5 — механизм управле­ния; 6 — поворотная платформа; 7 — ходовая тележка.

Ковш с помощью шарниров с вертикальной и горизонтальной осями при­креплен к стреле. После внедрения в горную массу ковш подни­мается вверх цепями, которые наматываются на лебедку. При од­новременном вращении двух барабанов лебедки ковш поднимает­ся вертикально, при поочередном включении каждого из бараба­нов ковш с рукоятью поворачивается вправо или влево. При оп­рокидывании ковша порода попадает на конвейер и перегружает­ся в вагонетку.

Погрузочные машины непрерывного действия.К ним относятся погрузочные машины с нагребающими лапами. Они выпускаются двух типоразмеров:

• для погрузки породы с f< 6 - ШНБ (1ПНБ2,1ПНБ2У, 1ПНБ2Д);
• для погрузки породы с f< 12 — 2ПНБ (2ПНБ2, 2ПНБ2У).

Машины 1ПНБ2Д (с дистанционным управлением) и 2ПНБ2 грузят горную массу в вагонетки, на конвейер и другие транспорт­ные средства при проведении выработок с углом наклона до 10°. Машины 1ПНБ2У и 2ПНБ2У выпускают в комплекте с пред­охранительными лебедками и используют при проведении наклон­ных по падению выработок до 18°.

Техническая производительность таких машин составляет 2,2 — 2,5 м³/мин при работе в наклонных выработках до 10° и 1,25 м³/мин при работе в наклонных выработках до 18°. Макси­мальный размер грузимых кусков 400 — 500 мм. Установленная мощ­ность 33,5 — 84 кВт. Масса 7— 12,5 т. Рабочая скорость перемеще­ния до 1м/мин.

Рис.2.6. Схема погрузочной машины с нагребающими лапами 2ПНБ2:

а — вид сбоку; б — вид сверху; 1— промежуточный редукто; 2 — рукоятки управления;

 3 — гидросистема; 4 — промежуточная секция конвейера; 5— хвостовая секция конвейера; 6— гусеничная ходовая часть; 7— рама; 8 — балансиры; 9 — гусеничные цепи; 10 — двигатели; 11 — рама нагребающей части; 12 — стол питателя; 13 — редуктор лап; 14 — поворотный стол; 15 — редуктор конвейера; 16— конвейер; 17 — вал; 18 — приводная головка; 19— электрооборудование; 20 — нагребающая лапа

Производительность машин непрерывного действия зависит от Размеров и скорости движения нагребающих лап, свойств погру­жаемой породы.

Буропогрузочные машины.Для сокращения числа машин в забое и затрат времени на их замену в процессе работы очень часто на породопогрузочные машины «навешивают» бурильное оборудование. Тогда такая машина называется буропогрузочной.

Рис 2.7. Схема буропогрузочной машины 2ПНБ2Б:

1 - система орошения; 2 - стрела манипулятора; 3 - гидроразводка; 4 - автоподатчик;

5 - опорная часть;  6 - пульт управления; 7 — электрическая бурильная машина; 8 — пневматическая бурильная машина

На ковшовых машинах применяют обычно съемное навесное оборудование, устанавливаемое на время бурения шпуров. Несъемным навесным оборудованием со складывающимся ма­нипулятором оснащают погрузочные машины с нагребающими лапами.

Буропогрузочная машина 2ПНБ2Б выполнена на базе погрузоч­ной машины 2ПНБ2 и предназначена для механизации процессов бурения шпуров и погрузки горной массы с размерами кусков до 500 мм при проведении выработок с углом наклона до 8°.

Навесное бурильное оборудование включает в себя опорную часть 5 (рис. 2.7), стрелу манипулятора 2, две сменные буриль­ные машины — электрическую 7 вращательного действия (для пород с f от 6 до 8) и пневматическую 8 вращательно-ударного действия (для пород с f от 8 до 12), автоподатчик 4, пульт управ­ления 6, гидроразводку 3, систему орошения 1.

Проходческие комбайны избирательного действия.Для проведе­ния подготовительных выработок используются комбайны избира­тельного действия типа ГПКС, предназначенные для проведения горизонтальных и наклонных (с углом наклона до 10°) выработок площадью сечения 6—17 м²по углю, породе с f< 5, или смешанно­му забою с присечкой породы с f< 7.

Рис. 2.8. Схема проходческого комбайна избирательного действия 1ГПКС:

1 — резцовая коронка; 2 — система пылегашения; 3 — телескопическая стрела;

4, 13 — гидроцилиндры; 5— электрооборудование; 6— гидросистема; 7— пульт управле­ния; 8— скребковый конвейер; 9 — гидроцилиндры; 10 — аутриггеры; 11 — ходо­вая гусеничная часть; 12 — погрузочное устройство

Для проведения выработок большой площади сечения (до 30 м²) и по более крепким породам (f< 8) используются комбайны типа 4ПП5.

Для проведения выработок по углю площадью сечения до 12 м² по заказу предприятий продолжает выпускаться комбайн 1ПКЗР. Производительность проходческих комбайнов составляет от 0,2 м³/мин по породе и до 2 м³/мин по углю. Мощность двигателя исполнительного органа 55 — 200 кВт, у вновь создаваемых ком­байнов больше.

Проходческие комбайны бурового действия.Эти комбайны ис­пользуют на калийных рудниках. По сравнению с комбайнами из­бирательного действия они более производительные, так как од­новременно обрабатывается вся площадь забоя, но менее манев­ренные (большой радиус поворота выработки и сечение постоян­ной площади и формы). Комбайн «Урал-20А» пода­ется на забой с помощью гу­сеничной ходовой части. По­грузка отбитой горной массы осуществляется скребковым конвейером.  

Рис. 2.9. Схема исполнительного органа комбайна бурового действия «Урал- 20А»:

1-водило; 2-плоский диск; 3-резцовый диск; 4-отбойный барабан; 5,8-бермовая фреза;

6-шнек; 7-перегружатель; 8-щит;

Комплексы проходческого оборудования. При проведении выработок буровзрывным способом исполь­зуют комплексы проходческого оборудования.

Оборудование комплекса позволяет механизировать процесс бу­рения шпуров и погрузки горной массы и часть операций при возведении крепи.

Комплекс «Сибирь» может проходить до 140 м выработок в ме­сяц площадью сечения 12 —22 м² и прочностью пород с f< 16.

Рис. 2.10. Схема комплекса проходческого оборудования «Сибирь»:

1 — платформа; 2, 3 — гидравлические погрузочные машины с боковой разгруз­кой ковша;

 4, 5 — бурильные машины; 6 — перегружатель с бункером; 7 — крепеустановщик.