Выемочные комбайны и оборудование и станки для шарошечного бурения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Выемочные комбайны и оборудование и станки для шарошечного бурения

1. Общие сведения о выемочных комбайнах

Выемочный комбайн -- комбинированная горная машина, обеспечивающая одновременно механизацию отделения полезного компонента от забоя, его разрушение и погрузку на транспортную машину.

Выемочные комбайны работают по цикличной технологии, обрабатывая очистной забой заходками определенной ширины при одновременном перемещении вдоль забоя по односторонней или челноковой схеме выемки. В конце пути в зоне сопряжения со штреками выполняется цикл вспомогательных операций, способствующий началу выемки очередной полосы. В связи с этим комбайн имеет исполнительно-погрузочный орган, механизм, обеспечивающий перемещение машины вдоль забоя, а также дополнительные средства для подавления пыли в очистном пространстве. Управление механизмами комбайна возможно как с пульта, расположенного непосредственно на машине, так и вынесенного за пределы очистного пространства в подготовительную выработку специального устройства.

Ввиду разнообразия горно-геологических условий разработки месторождений полезных ископаемых отмечается и разнообразие конструкций и технических решений очистных комбайнов.

В зависимости от направления выемки и перемещения комбайна различают фланговые и фронтальные конструкции. Фланговые комбайны перемещаются вдоль длинных забоев, обеспечивая выемку полосы угля определенной ширины, при этом отработка и продвигание лавы производится перпендикулярно направлению движения комбайна. Это основной тип комбайнов, применяемых на угольных шахтах. Фронтальные комбайны обеспечивают выемку всей полосы полезного ископаемого, при этом перемещение комбайна соответствует направлению движения фронта забоя. Такие комбайны нашли применение при разработке калийных и соляных месторождений полезных ископаемых камерными системами разработки.

Фланговые комбайны по ширине выемки за один проход вдоль лавы разделяют на широкозахватные (1.0 -- 1.8 м) и узкозахватные (менее 1.0 м). В последнее время узкозахватные машины практически вытеснили широкозахватные. Переход на .узкозахватную выемку связан с разработкой более прогрессивной и принципиально новой технологии ведения очистных работ.

Основные технологические схемы механизации очистных работ. Конструкция комбайнов непосредственно связана с требованием технологии ведения горных работ, технологическими схемами выемки полезных ископаемых.

Выемка пластовых (угольных) месторождений полезных ископаемых очистными комбайнами производится (в основном) по двум технологическим схемам: широкозахватной и узкозахватной. Рассмотрим их особенности.

Широкозахватная выемка угля (рис.1) предусматривает ширину захвата исполнительного органа комбайна за один проход вдоль забоя в пределах до 1.8 (2.2) м. При этом комбайн 1 движется между грудью забоя и первым рядом крепи, конвейер 3 отделен от комбайновой дороги дополнительным рядом крепи. По мере выемки угля за комбайном появляется обнажение шириной до 2.7 м, которое необходимо закрепить. Погрузка угля производится грузчиком 2. Окончание выемки полосы угля завершается выходом комбайна в специально подготовленную нишу 5. Комбайн демонтируется и на маневровой скорости перегоняется в исходное положение 4, предшествующее началу выемки следующей полосы. С этой целью в другой части лавы также подготавливается монтажная ниша 6. Конвейер разбирается на секции и переносится на новую дорогу. Лишь после этого возможно начало выемки следующей полосы. Таким образом, полной механизации процесса отделения, разрушения и погрузки угля предшествует целая серия вспомогательных операций, связанных с подготовкой ниш, перегоном комбайна, демонтажем и монтажем секций скребкового конвейера, которые существенно повышают трудоемкость работ и сдерживают темпы ведения очистной выемки угля. Совершенствование конструкции комбайна, увеличение его мощности, скорости движения и производительности не дают существенного эффекта, поскольку необходимый перечень выполнения трудоемких вспомогательных операций остается прежним. Это приводит к тому, что затраты на совершенствование конструкции очистных комбайнов вызывают лишь обратный экономический эффект. Вспомогательные операции сдерживают возможность роста средней нагрузки на очистной забой, которая даже в благоприятных горно-геологических условиях не превышает 300-400 тонн в сутки. Требовалась разработка принципиально новой технологии ведения горных работ, обеспечивающей возможность естественного роста нагрузки на забой и исключающей трудоемкие и непроизводительные операции. Такой технологией явилась узкозахватная схема выемки угля.

Рисунок 1. Широкозахватная схема выемки угля комбайном (В =1,8 м)

Узкозахватная схема выемки (рис.2) основана на существенном уменьшении ширины захвата комбайна (В<1.0 м). В зависимости от мощности пласта и горногеологических условий разработки изготавливаются узкозахватные комбайны с шириной захвата 0.9; 0.63; 0.5 и даже 0.4 м. Резкое уменьшение ширины захвата обеспечило возможность размещения комбайна и конвейера непосредственно у груди забоя на одной машинной дороге. Это уменьшило допустимые обнажения в зоне выемки угля и позволило передвигать конвейер к забою механизированным способом по мере выемки угля, поддерживая необходимые обнажения кровли лишь консольными верхняками крепи. Непрерывность и последовательность выполнения основных операций выемки и одновременной передвижки конвейера обеспечила возможность челноковой работы комбайна без каких-либо простоев на выполнение вспомогательных операций, имеющих место при широкозахватной схеме выемки. Постоянное нахождение конвейера непосредственно у груди забоя и размещение на нем комбайна улучшило условия механизированной погрузки угля самим исполнительным органом комбайна без применения каких-либо дополнительных механических средств. Малая ширина захвата комбайна создала условия для разработки специальных крепей, передвигаемых механизированным способом вслед за подвиганием очистного забоя. Таким образом, с переходом на новую технологию узкозахватной выемки угля появляется возможность создания принципиально новых и более прогрессивных конструкций машин, работающих по схеме близкой к поточной технологии выемки угля, при которой исключается необходимость выполнения ранее описанной серии вспомогательных операций. Но переход на новую технологическую схему выемки угля требовал разработки принципиально новых конструкций машин, включая очистной комбайн, конвейер и механизированную крепь. Все это явилось основой для разработки и создания средств комплексной механизации очистных работ с развитием их в дальнейшем в агрегатированные и полностью автоматизированные варианты конструкций машин, предназначенных для выемки угля. Новые конструкции очистных комбайнов обеспечивали не только механизацию операций выемки угля, но и процесса подготовки ниш, что существенно снизило трудоемкость ведения очистных работ и повысило нагрузку на забой. В современных выемочных комплексах механизированы все операции технологического цикла: выемка, погрузка угля, его транспорт, крепление и управление кровлей. Резкое уменьшение ширины захвата комбайна и работа исполнительного органа в отжатой зоне пласта обеспечили существенное увеличение скорости движения комбайна вдоль забоя, что с лихвой компенсировало кажущееся снижение производительности за счет уменьшения ширины захвата комбайна за один проход. Постоянное совершенствование конструкции комплексов за счет увеличения мощности приводов комбайнов и повышения несущей способности крепи обеспечило реальные нагрузки на очистной забой до 10 и более тысяч тонн в сутки. Узкозахватные комбайны последних модификаций обеспечивают выемку угля при скоростях подачи 8.0 -- 10.0 м/мин, против 1.0 -- 2.0 м/мин широкозахватных машин. Кроме того, рост производительности узкозахватных комплексов существенно возрос за счет сокращения времени выполнения вспомогательных операций и более интенсивного использования дорогостоящего оборудования по его основному назначению -- выемке полезного ископаемого.

Рисунок 2. Узкозахватная схема выемки угля при челноковом движении комбайна (В =1.0 м): 1-комбайн; 2-конвейер; 3-консольные верхняки

Все это способствовало одновременному снижению трудоемкости выполнения работ. В настоящее время технология узкозахватной выемки угля является основой для создания и эффективного использования высокопроизводительных очистных комплексов. Такая тенденция развития техники является определяющей как у нас в стране, так и за рубежом.

Схемы и способы перемещения машин вдоль забоя.

Для разрушения и отделения полезного ископаемого необходимо обеспечить перемещение комбайна вдоль забоя с определенным усилием и скоростью подачи, в зависимости от которых формируются нагрузки на исполнительном органе выемочной машины. Схема перемещения комбайна также связана с технологией ведения горных работ. Так, канатная подача возможна лишь при широкозахватной схеме выемки угля, узкозахватная схема требует более скоростных и сложных систем перемещения машин.

В зависимости от технологии, назначения и конструктивного исполнения различают следующие виды и способы перемещения выемочных машин вдоль забоя ;

-- канатная подача;

-- канатная подача на пластах крутого и наклонного падения;

-- цепная подача;

-- цевочная подача;

-- шагающая;

-- гусеничная.

2. Врубовые машины и широкозахватные комбайны

Врубовая машина предназначена для проведения дополнительной плоскости обнажения в очистном забое, разрушаемом буровзрывным способом. Дополнительная плоскость способствует более эффективному разрушению полезного ископаемого и точному оконтуриванию ширины захвата в пределах выемочного цикла. Ширина захвата (глубина подрубки щели), как правило, принимается равной 1.8 м (кратной паспорту крепления очистного забоя). В настоящее время применение этой технологии и использование врубовой машины крайне ограничены особыми условиями залегания угольных пластов. Применение врубовых машин оправдано в условиях отработки пластов с горно-геологи-ческими нарушениями их залегания, а также при наличии пропластков высокой крепости. Промышленностью выпускается лишь один тип врубовых машин -- "Урал-33". Основной принцип конструкции и схема работы врубовой машины представлены на рис.3. Врубовая машина состоит из электропривода 1, редукторов режущих 2 и подающей части 3, бара 4, по контуру которого перемещается режущая цепь 5. Цепь штампованная, одношарнирная, беспланочная в зависимости от конструкции кулачков-резцедержателей может иметь 7 или 9 линий резания. Натяжение цепи обеспечено специальным устройством 8. Режущая цепь в зависимости от схемы набора резцов может проводить щель в забое высотой 106 -- 150 мм. Удаление продуктов разрушения из зоны работы цепи производится специальным расштыбовщиком 6. Машина работает с оросительной системой, насос которой устанавливается на штреке, а вода к форсункам подводится по специальным шлангам. Форсунки размещаются в местах наиболее интенсивного пылеобразования.

Рисунок. 3. Принцип конструкции и схема работы врубовой машины.

Подрубка пласта производится при движении машины снизу вверх, при обратном движении производится частичная погрузка взорванного угля режущей цепью бара (см.рис.3.). Разворот бара обеспечен специальным гидродомкратом 7. При этом операция перегона машины в положение, исходное для подрубки очередной полосы, совмещается с погрузкой угля.

Врубовая машина "Урал-33" предназначена для механизированной подрубки угля на пластах мощностью 0.6 -- 2.0 м с углом падения 20° при сопротивляемости резанию до 300 кН/м. Длина бара (ширина захвата) - 1.6;1.8:2.0 м.

Широкозахватные комбайны в настоящее время выпускаются лишь двух типов "Кировец" и 2КЦТГ. Они предназначены для отработки весьма тонких пластов в сложных горно-геологических условиях залегания, исключающих возможность использования узкозахватных комбайнов.

Рисунок 4. Принцип конструкции и схема работы широкозахватного комбайна типа "Кировец"

Комбайн типа "Кировец" выпускается двух модификаций по мощности привода и трех типоразмеров по мощности пласта (табл.3.3.). Исполнительным органом комбайна (рис.3.14.) является кольцевой бар 1 с шарнирной режущей цепью, замкнутой на приводной звездочке в вертикальной плоскости. Кольцевой бар прорезает в угольном пласте щель по почве, кровле и вертикальной плоскости. В условиях малой мощности и хрупкости уголь отрывается от массива и грузится на конвейер кольцевым грузчиком 2. Кольцевой грузчик имеет свой привод и редуктор, принцип конструкции погрузчика также баровый с кольцевой цепью, в кулачках которой закреплены резцы и консольные скребки. Они способствуют дополнительному разрушению подрубленного угля и погрузке его на конвейер. В условиях весьма тонких пластов и углей повышенной хрупкости возможно применение скребково-погрузочной цепи 3, расположенной в передней и задних частях бара и приводимой в движение общей звездочкой. Для улучшения условий погрузки угля используется подпорный щит 3. Это исключает необходимость в дополнительном погрузчике. Конструкция комбайна обеспечивает регулирование исполнительного органа лишь по минимальной мощности пласта. Оставшаяся пачка угля по кровле пласта обрушается вручную. Комбайн одностороннего действия. Выемка последующего цикла сопряжена с необходимостью перегона комбайна в нижнюю часть лавы на маневровой скорости с помощью канатного механизма подачи. При этом исполнительный орган разворачивается вдоль корпуса машины, а грузчик располагается впереди комбайна (см.рис.3.14в.). Все эти манипуляции также выполняются с помощью каната подающей части и обводных блоков. Комбайн "Кировец-2К" отличается от комбайна обычного исполнения повышенной мощностью привода и гидравлической вставкой подающей части, что обеспечивает возможность его работы в условиях более крепких углей.

В целом для комбайнов с баровым исполнительным органом характерны значительные потери мощности на трение в направляющих режущей и скребковых цепей. Достоинством комбайна является возможность отработки весьма тонких пластов с повышенным выходом крупных фракций угля. Орошение забоя, также как и при работе врубовых машин, обеспечено форсунками от насосной установки, расположенной на штреке. Основные технические характеристики приведены в табл.3.3.

Комбайн 2КЦТГ буроскалывающего типа предназначен для выемки тонких пластов мощностью 0.55 -- 0.75 м с углом падения до 18° и сопротивляемостью углей резанию до 300 кН/м. Принципиальная схема конструкции и работы комбайна представлена на рис.3.15.

Комбайн работает в лоб уступа забоя по челноковой схеме с разворотом корпуса на 180° в зонах сопряжения со штреками, требует больших обнажений в кровле в зоне призабойного пространства (не менее 12 кв.м), за счет чего обеспечивается возможность передвижки конвейера волной вслед за подвиганием забоя. Ширина заходки комбайна 1.6 м.

Рисунок 5. Принципиальная схема конструкции и работы комбайна 2КЦТГ.

Исполнительный орган комбайна имеет 4 коронки 2 с торцевыми резцами, работающими в буроскалывающем режиме разрушения. Резцы прорезают концентрические щели в забое, образующиеся целики угля скалываются боковыми гребнями коронок и державками резцов. Отбойно-режущая цепь, перемещаясь в направлении бара по контуру комбайна, оформляет забой, а также вместе с крайней коронкой осуществляет погрузку угля на конвейер. Для лучшей погрузки все режущие коронки вращаются в одну сторону. Направляющая лыжа 4 обеспечивает движение комбайна 1 с опорой на борт конвейера. Для погашения пыли в зоне разрушения и погрузки угля устанавливаются форсунки, вода к которым подводится через гибкие шланги от насоса, установленного на штреке. Подача комбайна обеспечена по цепи, растянутой вдоль забоя, концы которой закрепляются на головках конвейера.

Благодаря буроскалывающему разрушению угля комбайн хорошо зарекомендовал себя в условиях крепких и вязких углей, а наибольшее распространение получил при выемке антрацитов, поскольку обеспечивает повышенный выход крупных фракций угля.

В последние годы комбайны типа КЦТГ начали заменять буроскалывающими комбайнами БК-89, работающими по узкозахватной схеме в том же диапазоне мощности пластов. Такие комбайны требуют меньших обнажений кровли.

3. Узкозахватные комбайны

Узкозахватные комбайны располагаются непосредственно у груди забоя, перемещаются по конвейеру или опираются на его став, разрушают уголь в отжатой зоне пласта, с одновременной погрузкой горной массы на конвейер непосредственно исполнительным органом машины. Как правило, комбайны работают по челноковой схеме с механизированной выемкой ниш в зоне сопряжения с верхним и нижним штреками. В зависимости от

горно-геологических условий и требований технологии меняется конструктивное исполнение отдельных типов комбайнов.

По способу перемещения вдоль забоя узкозахватные комбайны бывают со встроенным либо вынесенным на штреки механизмом подачи (ВСП).

По типу механизма подачи -- с гидравлическим или электрическим вариатором скорости.

По мощности вынимаемого пласта -- комбайны для тонких пластов (менее 0.8 м); маломощных (0.8-1.5 м); средней мощности (1.5-3.5 м) и мощных (более 3.5 м).

По углу падения: комбайны для пластов пологого падения (до 25°) -- работа с конвейером при механизированной погрузке угля; наклонных пластов (25-45°) -- для транспорта угля используются специальные течки и металлические желоба; крутого падения (более 45°) -- транспорт угля производится под действием собственного веса.

По конструкции исполнительного органа комбайна: шнековые, барабанные, буроскалывающие, врубо-навалочные, строгающего действия.

По конструкции погрузочного органа: работающие с подпорно-погрузочными щитками пассивного и активного типов с погрузочными устройствами, управляемыми усилием гидродомкратов.

По расположению исполнительного органа относительно корпуса комбайна: с симметричным и асимметричным. Комбайны с симметричным расположением исполнительных органов обеспечивают механизированную подготовку верхней и нижней ниш. Комбайны с асимметричным расположением исполнительного органа, как правило, работают по односторонней схеме, либо требуют подготовки ниш значительных размеров.

По типу привода: с электрическим и пневматическим двигателем. Последние применяются лишь на пластах крутого падения в условиях жестких требований правил техники безопасности. Вне зависимости от конструкций к комбайнам предъявляются жесткие требования эксплуатации.

Основные из них -- механизированная отбойка угля на полную мощность пласта с погрузкой его на конвейер исполнительным органом при высоком уровне производительности. Качество и требуемая сортность угля должны обеспечиваться вне зависимости от крепости разрушаемого массива. Эффективное подавление пыли, обеспечивающее соблюдение санитарных норм в призабойном пространстве для безопасности работы обслуживающего персонала. Простота, надежность конструкции при жестких требованиях к габаритам комбайна, обеспечивающих возможность его работы в ограниченных размерах призабойного пространства, включая пласты любой мощности в пределах кондиционных запасов. Безопасные условия эксплуатации комбайна на любых углах падения пласта. Возможность плавного регулирования основных параметров (скорость подачи и резания, изменение исполнительного органа по мощности пласта) в зависимости от требований условий эксплуатации. Обеспечение самозарубки исполнительного органа в начале каждого цикла выемки. Согласование ширины захвата с возможностью передвижения крепи механизированным способом вслед за продвиганием забоя. Обеспечение качественной погрузки угля на конвейер. Устойчивое положение комбайна в работе и безопасное его перемещение по конвейеру вне зависимости от угла падения в пределах требований технической характеристики машин. Все эти требования объединяются в единой конструкции современных мощных очистных комбайнов, работающих с высокой производительностью и степенью надежности.

4. Угольные струги

Угольный струг -- выемочная машина струговой установки, в отличие от очистных комбайнов, разрушает уголь резанием с поверхности забоя вдоль линии напластования угля с постоянной или переменной (в зависимости от сопротивляемости угля резанию) глубиной резания (толщиной угольной стружки). По способу воздействия рабочего инструмента струга на разрушаемый массив угольного пласта струги могут быть статическими и динамическими.

В статических стругах передача энергии стругу для разрушения угля резанием осуществляется непосредственно замкнутой тяговой цепью привода, без каких либо преобразований.

В динамических стругах подводимая к стругу тем или иным способом энергия преобразуется в ударные импульсы, передающиеся на рабочий инструмент струга.

Наибольшее распространение в РФ и за рубежом получили струги статического действия, которые отделяют уголь от массива с помощью резцов под действием усилия подачи, создаваемого гидроцилиндрами

передвижения, и за счет усилий, передаваемых на струг тяговой цепью.

Как показывает опыт эксплуатации стругов, их применение наиболее целесообразно на пластах тонких и средней (не более 2 м) мощности. Сопротивляемость пласта резанию должна составлять не более 250 кН/м в стабильной (неотжатой) зоне и 110--125 кН/м в зоне работы режущего инструмента. Весьма благоприятны для работы стругов пласты угля с кливажем под углом 5--40° к линии забоя и эффективным отжимом угля под влиянием горного давления; спокойное залегание пласта.

Основные преимущества струговой выемки:

эффективный способ разрушения угольного пласта резанием вдоль , напластования с глубиной резания, достигающей 100 мм (при слабых углях) в наиболее отжатой зоне угольного пласта -- с поверхности забоя. Это обеспечивает минимальную энергоемкость процесса разрушения угля, высокую сортность добываемого угля при небольшом пылеобразовании;

относительная простота и надежность конструкции собственно стругового исполнительного органа, представляющего собой литой корпус с закрепленными на нем резцами. На движущемся струге нет электро- или гидродвигателей, трансмиссий и отсутствует передача энергии к движущемуся стругу;

приводы струга находятся на рамах приводных головок конвейера, расположенных на штреках или по концам забоя, что упрощает их техническое обслуживание. При выносе приводных головок струга и конвейера на штреки исключается необходимость предварительной выемки ниш.

отсутствует необходимость перемещения машиниста струга вдоль очистного забоя вслед за перемещением струга, что существенно уменьшает физическую тяжесть и напряженность его труда. К недостаткам струговой выемки относятся:

ограниченная область применения по сопротивляемости угля резанию и наличию в пластах крупных крепких включений колчедана, кварцита, породных прослойков. Геологические нарушения пласта, наличие спаянности ("присухи") верхней пачки пласта с породами кровли, слабые породы кровли и почвы усложняют, а в ряде случаев делают невозможным эксплуатацию стругов;

неуправляемый процесс обрушения верхней пачки угля под действием веса и горного давления, что затрудняет применение совместно со стругами механизированных крепей;

низкий КПД стругов из-за больших потерь на трение струга о почву и став забойного конвейера.

5. Проходка скважин станками шарошечного бурения

комбайн выемочный врубовый струговый

В горной промышленности для бурения вертикальных и наклонных скважин диаметром 160 -- 320 мм и глубиной 32 -- 60 м в породах с коэффициентом крепости f = 16-18 применяют станки шарошечного бурения. По массе Мс (т), развиваемому осевому усилию Рос (кН) и диаметру буримых скважин d (мм) станки шарошечного бурения подразделяют на три класса: легкие (Мс<40 т; Рос < 200 кН; dс < 215,9 мм), средние (Мc< 60 т; Рос <350кН; dc=2l6 - 269,9 мм), тяжелые (Мc> 85 т; Рос > 350 кН; dс > 269,9 мм).

Легкие станки применяют для бурения скважин по породам с коэффициентом крепости f = 6-16; средние -- f = 10-16; и тяжелые -- f до 18.

Принцип шарошечного бурения заключается в следующем - от станка через буровой став шарошечному долоту передаются крутящий момент и осевое усилие. При вращении шарошки (конусы или цилиндры с зубками), свободно сидящие на осях цапф долота, перекатываются по забою, при этом зубки внедряются в породу, и разрушают её. Удаление продуктов разрушения с забоя скважины производится водой или сжатым воздухом, поступающими к забою через буровой став.

В 1950 г. в научно-исследовательском институте НИГРИС инж. И.М.Бирюков и М.Ф.Надион разработали долото, у которого вместо фрезерованных зубьев были установлены штыри из твердого сплава ВК-15. Такие зубки затуплялись в 40 раз медленее, чем фрезерованные, что позволило осуществлять проходку глубокой скважины без замены долота. Это существенно увеличило производительность бурения за счет повышения скорости проходки и снижения затрат времени на выполнение вспомогательных операций. Бурение этими долотами на Лениногорском комбинате было начато с 1951 г., вначале на станках разведочного бурения ЗИФ-150, а в последующем -- станками СБ-4. Модернизацией станка СБ-4 были модели БАШ-5М, СБ-5, РША-50А и П-10. Основываясь на опыте эксплуатации станков П-10 институтом ЦНИИподземшахтстрой разработан буровой станок БШ-145 (П-23), который позволяет бурить скважины от 70 до 190 мм глубиной до 50 м в породах и рудах с коэффициентом крепости до 18 по М.М.Протодьяконову (рис.1).

Рисунок 1. Станок шарошечного бурения БШ - 145 (П - 23)

Основными узлами станка являются: рама станка 1, в цапфах которой установлен вращатель для обуривания веера скважин, направленных под углом от 0 до 180°. Основание рамы выполнено в виде салазок. В выработке раму укрепляют при помощи распорных колонок. Вращатель 2 состоит из траверсы, служащей для крепления става штанг при наращивании и разборке става, опорного узла, посредством которого осевое усилие от гидроцилиндров подачи передается на став штанг и долото, редуктора, передающего крутящий момент от электродвигателя на шпиндель. Гидроключ 3 служит для разборки става штанг.

Маслонасосная станция состоит из маслобака, установок насоса подачи и ускоренных ходов, пульта управления и электрического шкафа.

Для транспортирования маслонасосная станция установлена на салазках и связана со станком с помощью гибких шлангов высокого давления. Для удобства работы при наращивании и разработке става штанг (при бурении скважин под углом 45° и больше) станок укомплектован площадкой.

Станок обеспечивает высокую производительность бурения и одновременно конструктивно прост и надежен, ремонт его может быть произведен силами любой рудничной мастерской. Станок разбирают на узлы, удобные для транспортировки, и монтируют в выработке двое рабочих. Он удобен в обслуживании.

Став штанг легко разбирается с помощью гидроключа. Станок превосходит все другие станки шарошечного бурения для подземных работ в отношении требований техники безопасности. На нем исключена возможность падения става, вертлюг перемещается в специальном кожухе.

Опытно-промышленные образцы станка БШ-145 были изготовлены Поворовским опытным заводом, а серийный выпуск станка освоен Востокмашзаводом (г. Усть-Каменогорск).

СКБ Востокмашзавода на базе станка БШ-145 разработал самоходный станок СШС-190 для бурения скважин диаметром 145-190 мм и глубиной до 30 м при осевом усилии до 160 кН и частоте вращения долота до 2 с-¹.

Основные требования, предъявляемые к буровому станку для подземных горных работ, можно сформулировать следующим образом:

1. Высокая маневренность и транспортабельность;

2. Минимальные габариты для размещения в выработках небольшого сечения, отсутствие длинных деталей, затрудняющих транспортирование станка в выработках переменного направления;

3. Обеспечение технологических требований отбойки: диаметра, глубины и направления скважин при их минимальном искривлении;

4. Надежность станка, простота и удобство эксплуатации с минимальным количеством обслуживающего персонала;

5. Высокая производительность и относительно низкая стоимость бурения;

6. Технические данные станка должны обеспечивать бурение в наиболее эффективном режиме (усилие подачи, частота вращения, количество промывочного агента);

В настоящее время наметилось два направления в создании станков шарошечного бурения для подземных горных работ.

Первое направление -- отделение от станка максимального числа узлов: маслостанции, оборудования промывки скважин, крана-укосины и т.п. Сам станок при этом осуществляет только вращение и подачу бурового инструмента;

Второе направление -- создание самоходных станков на которых установлен весь комплекс основного и вспомогательного оборудования для бурения. Это направление оправдано только для условий, когда станок длительное время будет работать на одном горизонте, или наличии на руднике слепого ствола для транспортирования с одного горизонта на другой крупногабаритного тяжелого оборудования.

Используя накопленный опыт ВНИПИрудмашем сконструирован станок БШ-200С, который намечено изготовлять Благовещенским заводом "Амурский металлист". Станок позволяет бурить скважины диаметром до 243 мм глубиной до 80 м в породах с коэффициентом крепости 6-20 в шахтах, не опасных по газу и пыли. Станок состоит из двух самоходных агрегатов на гусеничном ходу. Первый агрегат является собственно буровым станком, второй предназначен для перевозки и хранения буровых штанг. Буровой станок монтируется на ходовой раме. Вращатель станка приводится в действие от гидродвигателя. Раскрепляют раму податчика в кровлю и почву выработки с помощью гидродомкратов распора. Для подачи и снятия штанг от податчика служит манипулятор с захватом. Имеется ключ для развинчивания штанг. На первой установке также смонтированы пульт управления и гидросистема.

Анализ использования станков шарошечного бурения показывает, что в современных конструкциях следует в первую очередь обратить внимание на максимальную механизацию вспомогательных операций, уменьшение продолжительности их выполнения, а также на повышение надежности отдельных узлов станка. Это одновременно позволит снизить число обслуживающего персонала. Большие резервы в этом отношении имеются в создании специальных средств защиты от возникающих вибраций, что позволит применять форсированные режимы бурения.

6. Буровой инструмент станков шарошечного бурения

Буровой породоразрушающий инструмент представляет собой шарошечное долото, выполненное из корпуса и шарошек, свободно вращающихся на цапфах (рис.2.). Шарошка является рабочей частью долота и представляет собой конус, на поверхности которого расположены зубки. Последние при перекатывании шарошек по забою скважины внедряются в породу под действием осевого усилия, прилагаемого к долоту. Разрушенная порода удаляется с забоя скважины сжатым воздухом или промывочным раствором.

Рисунок 2. Устройство шарошечного долота: 1 - резьбовой ниппель. 2 - канал для продувки, опор, 3-секция, 4 -обратный конус, 5 - цапфа, 6 -роликовый подшипник, 7 - шарошка, 8 - замковый шариковый подшипник, 9- твердосплавные зубья

Верхняя часть корпуса долота заканчивается резьбовым ниппелем, с помощью которого долото соединяется со ставом буровых штанг. При вращении бурового става вращается корпус долота и шарошки. Причем частота вращения шарошки во столько раз больше частоты вращения долота, во сколько раз диаметр долота больше диаметра основания конуса шарошек.

Величина сил, возникающих в зубьях, пропорциональна усилию подачи, создаваемому на долоте, и частоте вращения. Эта величина тем больше, чем дальше расположен зубок от оси скважины. Зубья, расположенные на вершине шарошек, работают почти в безударном режиме и разрушают породу, благодаря смятию и срезу при проскальзывании. Зубья, расположенные у основания конуса шарошек, имеют наибольшую энергию удара и разрушают породу ударом и скалыванием.

Шарошки изготовляют из легированных малоуглеродистых сталей. Для увеличения твердости поверхность шарошек цементируют на глубину 1.5-2 мм, а затем закаливают. Для уменьшения износа долот по диаметру тыльную сторону шарошек армируют трубчато-зернообразным сплавом ТЗ или цилиндрическими вольфрамо-кобальтовыми стержнями.

Долота классифицируют по числу шарошек на одно, двух, трех, четырех и многошарошечные. Трехшарошечные долота являются наиболее распространенными. Они хорошо сочетают в себе достаточную динамичность работы, хорошую устойчивость на забое и механическую прочность опор. Многошарошечные долота применяют для бурения скважин большого диаметра (более 600 мм).

Долота различают также по геометрии наружной поверхности шарошек с одно и многоконусными шарошками, самоочищающиеся и несамоочищающиеся, со смещенными осями и без смещения осей. В долотах самоочищающегося типа зубчатый венец одной шарошки входит в межвенцовую впадину второй шарошки, что позволяет выполнить шарошки большего диаметра и разместить в них более прочные опоры. Кроме того, самоочищающиеся долота хорошо работают в вязких, склонных к слипанию породах.

В зависимости от условий применения выпускают зубчатые, зубчато-штыревые и штыревые долота. Зубчатые долота разрушают породы на забое стальными фрезерованными зубьями, а штыревые -- штырями из твердого сплава, запресованными или впаянными в тело шарошек.

Шарошки свободно вращаются на цапфах. Шарошки долот малого диаметра вращаются на подшипниках скольжения с одним шариковым замковым рядом. В шарошках долот большого диаметра предпочтение отдают роликовым подшипникам.

Для бурения пород с различными физико-механическими свойствами промышленностью изготовляется 13 типов трехшарошечных долот. Долота типа М и МС предназначены для бурения в наиболее мягких несцементированных или слабосцементированных и мерзлых породах с коэффициентом крепости по шкале М.М.Протодьяконова 1-3. Долота типа С и СТ предназначены для бурения в пластичных и хрупкопластичных породах с f=3-5. Так как эти породы требуют для разрушения больших удельных нагрузок, зубьям этой группы придают большую прочность за счет увеличения угла заострения и уменьшения высоты. Долота типа МЗ и СЗ по конструкции сходны с долотами типа-М и С, но зубья у них выполнены в виде запрессованных твердосплавных штырей с клиновой рабочей частью. Это позволяет бурить скважины в абразивных породах.

Долота типа Т предназначены для бурения в твердых скальных породах сравнительно невысокой абразивности с f=6-8. Для разрушения таких пород необходимо ударно-дробящее действие зубьев при минимальном проскальзывании по забою. Шарошки их изготовляют одноконусными с массивными и прочными зубьями, имеющими угол заострения 50-60°. Иногда на периферийных венцах запрессовывают в тело шарошки штыри из твердого сплава ВК-8В. Такие долота называются зубчато-штыревыми.

Долота типа К применяются для бурения самых твердых и крепких пород повышенной абразивности. Их шарошки выполняются одноконусными, самоочищающимися с зубками полусферической рабочей формы.

Долота типа ОК предназначены для бурения в особо крепких породах. Их шарошки оснащаются повышенным числом штырей, чем долота типа К. Вылет штырей у долота типа ОК меньше, чем у долот типа К. В обратный конус шарошек запрессованы штыри из твердого сплава с плоской рабочей поверхностью. Это позволяет более длительно сохранить диаметр долота.

Подвод воздуха для очистки скважины от продуктов разрушения может осуществляться через центральное отверстие в долоте или через периферийные сопла, размещенные между шарошками. Часть воздуха, подаваемого для продувки скважины может направляться по специальным каналам в лапах долота в опоры шарошек, омывая подшипники и выходя наружу. Это улучшает охлаждение опор и предотвращает попадание буровой мелочи в подшипники, что позволяет существенно повысить их стойкость. В марке долота указывается количество шарошек, диаметр долота и его тип. Например, III244.5 К-П (трехшарошечное, диаметром 244.5 мм, типа К с продувкой опорных подшипников).

Литература

Гальперин А.М.Геомеханика открытых горных работ. Учебник для вузов. - М.: Изд-во МГГУ, 2003.-473 с.

Единые правила безопасности при разработке полезных ископаемых открытым способом. - Санкт-Петербург, Изд-во ДЕАН, 2003, -276 с.

Казикаев Д.М.Геомеханика подземной разработки руд: Учебник для вузов. - М.: МГГУ, 2005, - 542 с. с илл.

Каледина Н.С. и др.Компьютерное моделирование шахтных вентиляционных сетей: Методические указания. - М.: МГГУ, - 72 с. с илл.

Каплунов Д.Р. и Юрков В.А.

Геотехнология перехода от открытых к подземным горным породам: Учеб. пособие. - М.: "Горная книга", 2007.-267 с. илл.

Коваленко В.С., Штейнцайг Р.М., Голик Т.В. Рекультивация нарушенных земель. - 65 с. илл.

Коваленко В.С. Рекультивация нарушенных земель на карьерах. В 2-х частях. Учеб. пособ для вузов. - М.: МГГУ, 2003

Основные требования к рекультивации нарушенных земель. - 65 с. с илл.

Комплексное освоение месторождений.

Твёрдых полезных ископаемых. Сборник научных трудов. Редсовет В.А. Чантурия и др. - М.: МГГУ, 1991.

Вып. 1-282с.

Вып. 2- 1992г. - 287 с.

Вып. 3- 1995г. - 340 с.

Красножен И.В. Оценка степени влияния мегатрещины на устойчивость уступов и бортов карьера: Отдельный выпуск Горного Информационно-аналитического бюллетеня - 2007. - 1 1 - 24 с. - МГГУ, 2007.

Кузьмин Е.В. и Узбекова А.Р.Самообрушение руды при подземной добыче. - Учебное пособие. - М.: МГГУ, 2006. 283 с.: илл.

Подэни Р.Ю. Механическое оборудование карьеров: Учебник для вузов - 6-е изд. - М.: МГГУ, 2007. - с. илл.

Справочник открытые горные работы.Под ред. К.Н. Трубецкой и др. - М.: Горное бюро, 1994. - 590 с. с илл.

Размещено на Allbest.ru