Горные машины и комплексы лекции

ЛЕКЦИИ ПО ПРЕДМЕТУ «ГОРНЫЕ МАШИНЫ И КОМПЛЕКСЫ»

Курс повышения квалификации

Дистанционное обучение как современный формат преподавания

Курс профессиональной переподготовки

Технология: теория и методика преподавания в образовательной организации

Курс повышения квалификации

Актуальные вопросы преподавания технологии в условиях реализации ФГОС

Ищем педагогов в команду «Инфоурок»

Номер материала: ДБ-244046

Не нашли то что искали?

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

Безлимитный доступ к занятиям с онлайн-репетиторами

Выгоднее, чем оплачивать каждое занятие отдельно

Учителям предлагают 1,5 миллиона рублей за переезд в Златоуст

Время чтения: 1 минута

Путин поручил не считать выплаты за классное руководство в средней зарплате

Время чтения: 1 минута

Отказавшихся от вакцинации сотрудников МГУ отстранили от работы со студентами

Время чтения: 1 минута

В России утвердили квоты приема на целевое обучение в вузах на 2022 год

Время чтения: 3 минуты

Российские школьники установили рекорд на олимпиаде по астрономии

Время чтения: 2 минуты

В России отцы охотнее дают деньги детям на карманные расходы, чем матери

Время чтения: 2 минуты

Подарочные сертификаты

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.

Источник

Лекция на тему «Исполнительные органы выемочных машин»

Исполнительные органы выемочных машин

1 Классификация и основные требования

Исполнительные органы можно классифицировать по нескольким характерным признакам:

Исполнительные органы выемочных машин работают в тяжелых горно-геологических условиях к ним предъявляются следующие основные требования:

— разрушение массива угля на транспортабельные куски с одновременной погрузкой разрушенной горной массы на доставочные средства при простых конструктивных решениях;

— небольшое измельчение угля при малом удельном расходе энергии, что достигается путем целесообразного выбора типа, конструкции и режимных параметров исполнительного органа, режущего инструмента, схемы набора резцов и др.;

— малое пылеобразование в пределах допустимых санитарных норм, что достигается путем применения эффективных средств пылеподавления;

— высокая производительность по разрушению и погрузке угля;

— устойчивое положение выемочной машины при работе как в плоскости пласта, так и в перпендикулярной плоскости, что достигается правильным выбором конструктивных параметров исполнительного органа и машины, режима работы, отсутствием чрезмерных динамических нагрузок и др.;

— высокая надежность и долговечность высокий механический к. п. д. в целях максимального исполь­зования энергии на полезную работу (разрушение угля) при небольших непроизводительных потерях (на трение и пр.); незатруднительное регулирование исполнительного органа по вынимаемой мощности пласта на ходу машины;

— самозарубка исполнительного органа в пласт и возможность выемки угля на концевых участках очистного забоя без подготовки ниш, что позволяет исключить применение нишенарезных машин и за счет этого резко снизить продолжительность и трудоемкость концевых операций;

— работа как по челноковой, так и по односторонней схеме;

— прямоугольная форма забоя при выемке угля;

— надежное крепление резцов в резцедержателях, удобная и быстрая замена их при износе;

— простота конструкции и технологичность изготовления, а также удобство эксплуатации;

— безопасное применение в шахтах, опасных по газу и пыли.

2 Исполнительные органы выемочных машин

Рис. 2 Шнековый исполнительный орган

Барабанные исполнительные органы с вертикальной осью вращения применяются в узкозахватных комбайнах МК67М для тонких пологих пластов (рис. 3). Исполнительный орган состоит из нижнего барабана 1, верхнего 3 и выдвижного 6, которые подвешены на баре 9 и опираются в его расточках на двухрядные радиально-сферические подшипники. Камеры подшипников надежно защищены уплотнениями от попадания в них пыли. К барабанам приварены резцедержатели, в гнездах которых шарнирно закреплены стопорами двухлезвийные резцы, что позволяет работать по челноковой схеме без перестановки резцов при изменении направления вращения барабанов.

Рис. 3 Барабанный исполнительный орган

Выдвижной барабан имеет скользящее соединение с верхним барабаном посредством вертикальных пазов. Положение выдвижного барабана по высоте можно плавно регулировать в пределах 240 мм гидродомкратом 5, встроенного в барабан. Кроме того, на выдвижной барабан могут быть установлены съемные диски 4 высотой по 70 мм, что позволяет дополнительно ступенчато регулировать высоту исполнительного органа.

Крутящий момент от редуктора передается на барабаны по средством режущей цепи 2 бара 9 через звезды 7 и 8. Эти звезды, а также верхний и нижний барабаны соединены между собой зубчатым оцеплением и стянуты болтами.

Исполнительные органы с вертикальной осью вращения могут самозарубываться в пласт угля.

Достоинства: возможность разрушения крепких, вязких углей и антрацитов; возможность самозарубки в пласт угля

Недостатки: сложность устройства для плавного регулирования выдвижного барабана по мощности пласта; трудность удаления и погрузки разрушенного угля из зоны работы нижнего барабана.

Корончатые исполнительные органы. Корончатые исполнительные органы имеют большое разнообразие конструктивных схем, которые условно можно разделить на две группы.

1. Буроскалывающие исполнительные. органы с лопастными, коронками, которые прорезают в массиве угля глубокую кольцевую щель с последующим взламыванием вырезанного керна скалывателем, расположенным внутри коронки, и погрузкой разрушенного угля на забойный конвейер лопастями коронки Такой исполнительный орган применяется на очистных широкозахватных комбайнах типа 2КЦТГ для тонких (0,6-0,8 м) пологих пластов.

Буроскалывающие исполнительные органы обеспечивают высокую сортность угля (выход класса 0-6 мм составляет 15-25 %); низкие удельные энергозатраты (0,2-0,6 кВт ч/т); совмещение процессов разрушения и погрузки угля; компактность конструкции; возможность применения на крепких углях и антрацитах.

К недостаткам следует отнести: ограниченную производительность; сложность замены резцов; невозможность самозарубки в пласт; необходимость комбинации с другими исполнительными органами для получения прямоугольной формы забоя, что осложняет конструкцию машины; невозможность регулирования по вынимаемой мощности пласта. Вследствие этих и других недостатков буроскалывающие исполнительные органы в настоящее время на узкозахватных комбайнах не применяются.

Баро-цепной исполнительный орган представляет собой плоскую, кольцевую или другой формы раму (бар), в направляющих которой перемещается режущая цепь, состоящая из звеньев с резцедержателями, в гнездах которых закреплены резцы.

Плоские бары применяются в основном на врубовых машинах и образуют в пласте угля зарубную щель длиной до 2 м и высотой 90-150 мм, что облегчает последующее разрушение угла посредством буровзрывных работ.

Рис. 4 Врубовая машина «УРАЛ-33М»

Плоский бар (рис. 5) состоит из рамы, которая склепана из верхней 1 и нижней 2 плит, брусьев 3 и 4 и термически обработанных накладок 5. Плиты, брусья и накладки образуют направляющие ручьи, в которых движется режущая цепь. Хвостовик бара, состоящий из брусьев 6 и 7, служит для крепления бара к седлу корпуса режущей части врубовой машины, что обеспечивает поворот бара в плоскости пласта на 180°.

Устройство для натяжения режущей цепи состоит из гайки 8, закрепленной неподвижно в плитах бара, натяжного винта 9 и стопорного устройства 10. Натяжной винт, соединенный резьбой с гайкой 8, закреплен в головке бара штифтом 11, который позволяет винту вращаться и перемещать головку бара относительно рамы, натягивая или ослабляя режущую цепь. После окончания натяжения цепи винт фиксируется штифтом стопорного устройства.

Головка бара состоит из бруса, в расточке которого установлены два радиально-упорных шарикоподшипника и две спаренных звездочки 12, стянутые болтом 13, самоотвинчивание которого предотвращается стопорной шайбой. В конструкции головки предусмотрены уплотнения, предотвращающие попадание штыба и угольной пыли в подшипники, которые смазываются через отверстие 14 при помощи шприц-масленки смазкой 1-13 ежесменно.

Беспланочная режущая цепь БРЦ является одношарнирной и может изгибаться только в одной плоскости. Она состоит из резцедержателей 15, в гнездах которых закреплены резцы 16 стопорами 17. Резцедержатели соединяются непосредственно друг с другом, для этого каждый из них имеет одинарную и двойную проушины. При сборке цепи в двойную проушину одного резцедержателя вставляют одинарную проушину другого, затем их соединяют между собой валиками 18 с проволочными замками. При работе резцедержатели упираются друг в друга своими торцами, что создает жесткость цепи в продольном направлении и повышает ее долговечность. Резцы в цепи устанавливают по определенной схеме набора и перемещаются они по линиям резания, которых может быть 5, 7 и 9 (нечетное число).

Кольцевой бар очистного комбайна состоит из П-образной направляющей рамы (рис. 6), в которой движется режущая цель. Рама состоит из двух плоских щек 6 и утюга 11. Каждая щека оснащена термически обработанными листами 3 и 4, прикрепленными к брусу 10, и накладками 5, привинченными к боковой поверхности бруса 10. Утюг — это литая стальная П-образная рама, к которой прикреплены термически обработанные направляющие 7 и угольник 8. Бар к машине крепится с помощью брусьев 10 и внутренних листов 4, которые входят в Т-образные пазы корпуса поворотной головки 9.

Рис. 6 Кольцевой бар очистного комбайна

Режущая цепь кольцевого бара натягивается винтовыми натяжными устройствами 1, которые перемещают щеки бара относительно корпуса поворотной головки. Изменение высоты бара достигается заменой утюга 11 и соответствующим изменением высоты поворотной головки при помощи литых вставок, Одновременно устанавливают соответствующий направляющий утюг 2 н наращивают или укорачивают цель.

Достоинства: возможность работы на вязких и крепких углях; возможность работы на пластах малой мощности.

Недостатки: низкий К. П. Д. (0,3-0,4); высокие удельные энергозатраты (2-4 кВт-ч/т); малый срок службы (3-4 мес); невозможность регулирования положения бара по высоте при работе машины; значительное измельчение угля в зарубной щели; низкая транспортирующая способность режущей цепи; значительный шум во время работы; трудоемкость замены резцов.

Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.

Источник

В.А. БРИТАРЕВ, В.Ф.З АМЫШЛЯЕВ

ГОРНЫЕ МАШИНЫ И КОМПЛЕКСЫ

Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР в

качестве учебного пособия для учащихся горных техникумов

МОСКВА

Бритарев В. А., Замышляев В. Ф. Горные машины и комплексы. Учебное пособие для техникумом.—М.: Недра, 1984, 288 с.

Описаны конструкции и принцип работы основных пиши горних машин, получивших наибольшее распространение па открытых горных разработках. Рассмотрены перспективные направления развития оборудования для карьерой горнорудной промышленности.

Рассмотрены вопросы эксплуатации, обслуживания и охраны труда, техникоэкономические показатели машин и комплексов, а также пути повышения их производительности.

Определены задачи и возможности автоматизации горных машин применительно к условиям карьеров.

Кратко рассмотрены горные машины, применяемые за рубежом.

Для учащихся горных техникумов.

Табл. 25, ил. 109, список лит.— 28 назв.

Рецензенты: канд. техн. наук Э. П. Западинский (ИГД им. А. А. Скочинского) и А. Л. Макаров (Свердловский горно-металлургический техникум им. И. И. Ползунова)

СОДЕРЖАНИЕ

РАЗДЕЛ 1. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И СПОСОБЫ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

Глава 1. Свойства и способы разрушения пород. классификация горных машин

§ 1. Основные физико-механические свойства горных пород

§ 2. Способы разрушения горных пород

§3. Общая классификация горных машин для открытых работ

РАЗДЕЛ 2 БУРОВЫЕ СТАНКИ

Глава 2. Классификация и принцип действия буровых станков

§ 2. Классификация буровых станков

§ 3. Cтанки ударного бурения

§ 4. Станки вращательного бурения шарошечными долотами

§ 5. Станки вращательного бурения резцовыми коронками

§ 6. Станки ударно-вращательного бурения

§ 7. Станки комбинированного бурения

§ 8. Новые методы разрушения горных пород

Глава 3. Конструкции буровых станков и элементы теории рабочего процесса

§ 1. Рабочее оборудование

§ 2. Исполнительные механизмы

§ 3. Ходовое оборудование

§ 4. Силовое оборудование

§ 5. Гидро- и пневмосистемы

§ 6. Оборудование для удаления и улавливания продуктов разрушения

§ 7. Элементы теории рабочего процесса

Глава 4. Производительность и эксплуатация

§ 1. Производительность буровых станков

§ 2. Эксплуатация буровых станков

§ 3. Основные правила техники безопасности

РАЗДЕЛ 3 ВЫЕМОЧНО-ПОГРУЗОЧНЫЕ МАШИНЫ

Глава 5. Классификация и принцип действия экскаваторов

§ 2. Принцип действия и область применения одноковшовых экскаваторов

§ 3. Принцип действия и область применения многоковшовых экскаваторов

§ 4. Основы теории рабочего процесса экскаваторов

Глава 6. Рабочее оборудование экскаваторов

§ 1. Рабочее оборудование механических лопат

§ 2. Рабочее оборудование драглайна

§ 3. Рабочее оборудование цепных экскаваторов

§ 4. Рабочее оборудование роторных экскаваторов

§ 5. Главные механизмы экскаваторов

§ 6. Определение мощности двигателей рабочего оборудования

Глава 7. Опорно-поворотные устройства экскаваторов

§ 1. Конструктивные схемы

§ 2. Определение мощности приводов механизмов поворота экскаваторов

Глава 8. Ходовое оборудование экскаваторов

§ 2. Колесное ходовое оборудование

§ 3. Гусеничное ходовое оборудование

§ 4. Шагающее ходовое оборудование

§ 5. Шагающе-рельсовое ходовое оборудование

§ 6. Определение мощности приводов ходового оборудования

Глава 9. Силовое оборудование экскаваторов

§ 2. Электрическое силовое оборудование

§ 3. Комбинированное силовое оборудование

§ 4. Системы управления

Глава 10. Производительность и эксплуатация экскаваторов

§ 1. Производительность экскаваторов

§ 2. Монтаж, демонтаж и обслуживание экскаваторов

§ 3. Правила безопасности при эксплуатации экскаваторов

РАЗДЕЛ 4 ВЫЕМОЧНО-ТРАНСПОРТИРУЮЩИЕ МАШИНЫ

Глава 11. Классификация и принцип действия

§ 2. Базовые тракторы ii тягачи ВТМ

§ 3. Ходовое оборудование ВТМ

Глава 12. Рабочее оборудование ВТМ

§3. Одноковшовые погрузчики

Глава 13. Основы рабочих процессов ВТМ

§1. Рабочий процесс бульдозера

§2. Рабочий процесс рыхлителя

§3. Рабочий процесс одноковшового погрузчика

§4. Рабочий процесс скрепера

§5. Конструктивные и технологические параметры втм

§6. Примеры расчетов ВТМ

Глава 14. Силовое оборудование и системы управления

§1. Силовое оборудование

§2. Системы управления рабочими органами

Глава 15. Производительность и эксплуатация ВТМ

§1. Производительность ВТМ

§2. Обслуживание и правила техники безопасности при эксплуатации ВТМ

РА3ДЕЛ 5 ОБОРУДОВАНИЕ ГИДРОМЕХАНИЗАЦИИ И ДРАГИ

Глава 16. Классификация и принцип действия

§4. Грунтовые насосы (землесосы)

§ 5. Гидротранспортные установки и загрузочные аппараты

§ 7. Трубопроводы и арматура трубопроводов

§8. Силовой оборудование.

§ 9. Производительность установок гидромеханизации

§11. Правила безопасности при эксплуатации оборудования гидромеханизации

РАЗДЕЛ 6. КОМПЛЕКСЫ ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТ И ПРИНЦИПЫ ИХ АВТОМАТИЗАЦИИ

Глава 17. Комплексы открытых горных работ

§ 2 Принципы формирования комплексов

§ 3. Производительность комплексов

Глава 18. Автоматизация горных машин и комплексов

§ 2. Автоматизация буровых станков

§ 3. Автоматизация экскаваторов

§ 4. Автоматизация выемочно-транспортирующих машин

§ 5. Автоматизация оборудования гидромеханизации, земснарядов и драг

§ 6. Автоматизация комплексов непрерывного действия

ПРЕДИСЛОВИЕ

Основной задачей, стоящей перед горнодобывающей промышленностью, является обеспечение прироста добычи полезных ископаемых в основном за счет повышения добычи наиболее эффективным открытым способом на основе широкого внедрения прогрессивной технологии и горнотранспортного оборудования большой единичной мощности.

Для выполнения этих задач требуется как строительство новых мощных и сверхмощных разрезов, так и реконструкция действующих.

При этом особую важность будут иметь вопросы улучшения структуры парка машин, ускорения ведения монтажно-демонтажных работ, повышения уровня технического обслуживания.

Декабрьским (1983 г.) Пленумом ЦК КПСС была поставлена перед всем народным хозяйством страны задача бороться за сверхплановое повышение производительности труда и снижение стоимости продукции.

При добыче угля открытым способом для этого имеются существенные резервы: улучшение использования горной техники и внедрение механизации тяжелых и трудоемких работ.

Современный карьер представляет собой предприятие с высоким уровнем механизации, на котором сосредоточено большое количество мощных буровых станков и экскаваторов, выемочнотранспортирующих и других машин. На многих карьерах успешно применяется гидромеханизация, при разработке россыпных месторождений используются драги.

Вся эта сложная техника создается па отечественных заводах, таких как Уральский тяжелого машиностроения им. С. Орджоникидзе (УЗТМ), Ново-Краматорский машиностроительный им.

В. И. Ленина (НКМЗ), Ижорский им. А. А. Жданова, Донецкий машиностроительный им. Ленинского комсомола Украины, Бузулукский тяжелого машиностроения им. В. В. Куйбышева, Воронежский завод горно-обогатительного оборудования и др.

Большой вклад в разработку и создание технологии и оборудования для открытых горных работ внесли академики Н. В. Мельников и В. В. Ржевский, профессора В. П. Аксенов, Ю. И. Беляков, Ю. А. Ветров, К. Е. Виницкий, М. В. Васильев, В. М. Владимиров, Ю. А. Волков, И. Г. Домбровский, А. Н. Зеленин, А. С. Красников, В. Р. Кубачек, С. А. Панкратов, Р. Ю. Подэрни, Б. И.

Сатовский, Б. А. Симкин, Д. И. Федоров, Е. Ф. Шешко, Б. П. Юматов и др.

Эффективная работа сложной карьерной техники во многом зависит от уровня теоретической и практической подготовки инженерно-технического персонала предприятия. Современный горный техник должен глубоко знать основы механизации и автоматизации горного производства, эксплуатационные и технические данные горных машин, принципы действия и технические возможности машин и элементов их конструкций, а также основы теории, расчета и технической эксплуатации горных машин и комплексов. Он должен уметь осуществлять строгий контроль за соблюдением правил безопасности при ведении горных работ и эксплуатации применяемых оборудования и механизмов.

Выпускники средних специальных учебных заведений составляют многочисленный отряд специалистов народного хозяйства и на современном этапе предусматривается дальнейшее повышение качества их подготовки.

Курс «Горные машины и комплексы» является одним из профилирующих для подготовки горных техников, обучающихся по специальностям «Открытая разработка месторождений полезных ископаемых» и «Горная электромеханика». Он базируется на общеобразовательных дисциплинах и требует знания математики, физики, общей электротехники, технической механики и других дисциплин. Данный курс в совокупности с другими является базовым для изучения курсов «Электрооборудование и электроснабжение открытых горных работ», «Экономика, организация и планирование производства», «Охрана труда» и др.

Авторы искренне признательны канд. техн. наук Э. П. Западинскому, преподавателю А. П.

Макарову и коллективу преподавателей Свердловского горно-металлургического техникума за ценные замечания, сделанные ими при рецензировании рукописи, а также проф. Р. Ю. Подэрни и коллективу кафедры «Механическое оборудование карьеров» Московского горного института за помощь в подготовке рукописи к изданию, так как в ее основу положен совместный педагогический опыт.

РАЗДЕЛ 1. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И СПОСОБЫ

РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

Глава 1. Свойства и способы разрушения пород. классификация горных машин § 1. Основные физико-механические свойства горных пород Горные породы — это природные плотные или рыхлые минеральные агрегаты, возникшие в результате геологических процессов и слагающие земную кору в виде самостоятельных геологических тел.

Физико-механическими свойствами горной породы называют совокупность физических и механических свойств, определяющих поведение горной породы в процессе ее деформации и разработки.

Ниже приведены физико-механические свойства, которыми характеризуются горные породы, и их определения.

Отношение массы породы к ее объему при естественной влажности. Обозначается Плотность Определяется сцеплением отдельных частиц породы между собой и характеризует Связность способность последней сопротивляться их разделению Сила связей между частицами, обусловленная молекулярными цементационными, структурно-коллоидными, водоадсорбционными механическими связями и взаимодействиями; определяется как касательное напряжение, необходимое для преодолеСцепление ния непосредственного сцепления между частицами породы при сдвиге См (МПа) Липкость Способность породы прилипать к различным предметам. Характеризуется удельным налипанием (Н/м2) Величина, характеризующая теплопроводящие свойства породы и зависящая от ее Теплопроводхимических свойств и состояния. Обозначается (Вт/мК) Отношение массы воды в образце к массе его твердых частиц. Характеризуется коВлажность эффициентом влажности Отношение объема, занятого порами, ко всему объему породы. Характеризуется коПористость эффициентом пористости Способность породы оказывать сопротивление проникновению в нее другого, более Твердость Сопротивление породы общему разрушению. Характеризуется коэффициентом Крепкость ГранулометричеСодержание по массе частиц различной крупности (размера) ский состав Угол естественно- Угол у основания конуса, который образуется при отсыпке разрыхленной породы с го откоса Отношение объема разрыхленной породы к первоначальному ее объему (в целике).

Разрыхляемость Характеризуется коэффициентом разрыхления Кр Сопротивление Характеризуется коэффициентом сопротивления смятию р0 (Н/см3 или Н/м3), опрепороды вдавлива- деляемым величиной нагрузки, под действием которой стержень с опорной поверхностью 1 см2 внедряется в породу на 1 см Характеризуется наличием в горной породе трещин, образуемых при разрыве внутТрещиноватость Абразивность Способность породы интенсивно изнашивать разрушающий ее инструмент Способность породы сопротивляться механическому воздействию, вызывающему определенную совокупность напряжений сжатия, растяжения и сдвига, преодоление Сопротивление которых завершается разрушением породы и отделением от массива кусков или резанию.

слоев. Характеризуется сопротивлением резанию k (МПа), т. е. усилием, отнесенным к единице площади поперечного сечения вырезаемого пласта породы Классифицируются горные породы по нескольким показателям: крепости, трудности разрушения и буримости, степени трудности экскавации и т. д. Каждая классификация имеет сугубо прикладное значение, и поэтому связать их по какому-либо одному из показателей не всегда представляется возможным.

Наибольшее распространение получила классификация горных пород по крепости, предложенная проф. М. М. Протодьяконовым (табл. 1.1). Крепость породы оценивается коэффициентом крепости f = 0,320.

Акад. В. В. Ржевский предложил классификацию горных пород по относительной трудности разрушения Пр и бурения Пб. Все породы по этой классификации делятся на пять классов (табл. 1.2), каждый из которых содержит породы пяти категорий, объединенных одним общим признаком. Таким образом, все породы делятся на 25 категорий, а показатель категории совпадает с величиной Пр или Пб. Редко встречающиеся породы с Пр 25 и Пб 25 относятся к внекатегорным.

В «Единых нормах и расценках» (ЕНиР) на земляные работы, принятых в 1969 г., все горные породы в зависимости от трудности их разрушения разделены на девять групп, первые пять из которых разрабатываются без применения буровзрывных работ (табл. 1.3).

Классификация горных пород по шкале проф. М. М. Протодьяконова В высшей степени крепбазальты. Исключительные по крепости другие Довольно крепкие пороОбыкновенные песчаники, железные руды Довольно мягкие порокаменная соль, гипс, обыкновенный мергель, IX Сыпучие породы Песок, осыпи, насыпная земля, мелкий гравий 0, Профессорами Н. Г. Домбровским, Ю. И. Беляковым и другими исследователями для различных машин экспериментально определены по каждой группе пород сопротивления копанию kF или резанию k, значения которых приведены в табл. 1.3.

Классификация горных пород по трудности их разрушения и буримости I — полускальные, плотные и связные I — легкобуримые мягкие породы II — легкоразрушавмые скальные породы 5,110 II — средней буримости III — средней трудности разрушения III — труднобуримые скальные породы IV — трудноразрушаемые скальные поро- IV — весьма труднобуримые породы § 2. Способы разрушения горных пород Разрушение и удаление из забоя пород в процессе горных работ являются очень трудоемкими операциями.

Разрушение горных пород может осуществляться следующими способами:

механическим, когда рабочие органы непосредственно отделяют породу от массива. Расход энергии на единицу объема разрушенной породы (энергоемкость) составляет примерно 0,2 — 1, кВтч/м3;

гидравлическим, когда порода отделяется от массива напорной струей воды, подаваемой из гидромонитора, или когда порода вместе с водой всасывается земснарядом со дна водоема. Энергоемкость разрушения породы напорной струей составляет 0,4—4 кВтч/м3, а при работе земснаряда 0,2—2 кВтч/м3;

взрывным, когда порода разрушается под давлением газов, выделяемых взрывчатыми веществами (ВВ). Энергоемкость только бурения взрывных скважин составляет 0,8—1,1 кВтХч/м3;

физическим, когда разрушение или уменьшение прочности горных пород достигается с помощью ультразвука, тока высокой частоты, теплового воздействия;

химическим, когда для отделения пород от массива их переводят в жидкое или газообразное состояние;

комбинированным, например, гидравлический способ может комбинироваться с механическим.

Механический способ разрушения горных пород может производиться с различными скоростями силового воздействия. Принято считать, что при скоростях воздействия до 2,5 м/с механический способ называется статическим, а при скоростях выше 2,5 м/с — динамическим.

К динамическому способу разрушения относятся следующие виды:

вибрационный, когда для разрушения породы создают принудительное вибрирование рабочего органа, что приводит к уменьшению сил внутренних связей пород и соответственно к снижению тягового сопротивления перемещению машины;

ударный, когда разрушение породы производится с помощью ударника, обладающего определенной массой и скоростью, т. е. энергией удара;

высокоскоростной, когда разрушение прочных пород производится с помощью высокоскоростных рабочих органов (скорость резания выше 5 м/с);

импульсный, когда разрушение пород производится с помощью импульсной техники, основанной на применении энергии взрыва в машинах и механизмах. При этом разрушение может производиться жидкими, твердыми и газообразными передающими средами, непосредственно воздействующими на горную породу и реализующими в импульсной форме энергию взрыва.

На горных предприятиях наибольшее распространение получил механический способ разрушения пород — до 85% всего объема горных и земляных работ.

Физический и химический способы находятся в стадии экспериментальных разработок, опробования и освоения.

§3. Общая классификация горных машин для открытых работ В горнодобывающей промышленности в целом и, в частности, на предприятиях, осуществляющих добычу полезных ископаемых открытым способом, сосредоточено большое количество разнообразной техники, с помощью которой ведутся добыча и перемещение значительных объемов горной массы. На горных предприятиях постоянно вводится новое, высокопроизводительное горнотранспортиое и обогатительное оборудование, внедряются новые средства автоматизации и механизации технологических процессов, в том числе вспомогательных работ. Классифицируя оборудование Для открытых горных работ по технологическому признаку, можно выделить следующие семь классов:

машины для подготовки горных пород к выемке;

машины для вспомогательных работ.

Машины каждого класса делятся на группы, в каждой группе различают типы машин, отличающиеся не характером выполняемой работы, а только конструкцией машины или узлов. Каждый тип машин может иметь несколько типоразмеров, отличающихся по параметрам, но совпадающих по конструкции.

Так, класс выемочно-погрузочиых машин делится па группы: одноковшовые экскаваторы и многоковшовые экскаваторы. Группа одноковшовых экскаваторов подразделяется на типы: прямая и обратная лопаты, струг, драглайн, грейфер. Типы машин классифицируются по следующим признакам: назначению и роду работы, вместимости ковша, виду рабочего оборудования, роду ходового оборудования, роду силового оборудования и др.

РАЗДЕЛ 2 БУРОВЫЕ СТАНКИ

Глава 2. Классификация и принцип действия буровых станков § 1. Общие сведения Для разведки, вскрытия или добычи твердых, жидких и газообразных полезных ископаемых, а также для различных вспомогательных целей в горных породах бурят вертикальные, горизонтальные или наклонные шпуры и скважины.

Бурение — процесс сооружения горной выработки цилиндрической формы путем разрушения горных пород в торцевом забое.

Шпуром принято называть искусственное цилиндрическое углубление в горных породах диаметром до 75 мм и глубиной до 5 м.

Скважиной называют искусственное цилиндрическое углубление в горных породах диаметром более 75 мм и глубиной более 5 м.

Бурение производится с помощью буровой установки — комплекса оборудования, включающего буровую вышку (мачту), силовой привод, механизм передвижения, оборудование для механизации спуско-подъемных операций и очистки скважин и др.

Для ведения буровзрывных работ бурят шпуры или скважины, в которые помещают взрывчатое вещество (ВВ).

В общей технологии открытых горных работ буровзрывные работы являются одним из основных и трудоемких производственных процессов. На долю буровзрывных работ приходится в среднем от 16 до 32 % всех затрат, необходимых для добычи твердых полезных ископаемых.

В нашей стране ежегодно бурятся десятки миллионов метров взрывных скважин и шпуров, и с каждым годом объемы бурения растут.

От качества рыхления горных пород зависят производительность погрузочного и транспортного оборудования, его долговечность и эффективность эксплуатации.

Дальнейшее развитие буровой техники предусматривает: создание станков для бурения скважин диаметром до 400 мм шарошечными долотами; разработку новых способов бурения; совершенствование автоматизации управления режимами бурения и вспомогательными операциями;

снижение времени на спуско-подъемные операции в 1,5—2 раза; осуществление бурения взрывных скважин глубиной до 18—24 м без наращивания буровых штанг; разработку невращающихся буровых ставов; использование стабилизаторов и амортизаторов; совершенствование и внедрение на станках шарошечного бурения электровибробуров; освоение новых типов шарошечных долот и дополнительных устройств к ним и более интенсивное применение станков комбинированного бурения.

§ 2. Классификация буровых станков Буровые станки классифицируются по характеру (способу) разрушения горной породы, типу привода и назначению (рис. 2.1).

Бурение горной породы можно производить механическим и немеханическим способами.

Механический способ реализуется в машинах ударного, вращательного, ударно-вращательного бурения, когда разрушение горной породы производится инструментом под действием прикладываемых к нему силовых нагрузок.

Ударный способ бурения осуществляется в результате нанесения ударов инструмента по породе. Удары можно наносить по хвостовику бура, лезвие которого, внедряясь, разрушает некоторый объем породы. После каждого удара буровой инструмент принудительно поворачивается и постепенно разрушает породу по всему сечению скважины. Этот способ бурения используется в бурильных машинах — перфораторах.

Удары по породе для ее разрушения можно наносить буровым инструментом, периодически падающим с некоторой высоты на забой под действием собственного веса. Ударом создаются большие удельные нагрузки на лезвие коронки, что более эффективно для разрушения хрупких горных пород. Поворот инструмента происходит под действием упругих сил закручивания каната, на котором подвешен буровой инструмент. Так осуществляется бурение станками ударноканатного бурения.

Шарошечными Резцовыми Удароновращательное бурение При вращательном способе бурения разрушение забоя скважины скалыванием, смятием, истиранием осуществляется вращающимся инструментом с приложением к нему значительной осевой нагрузки. Этот способ реализуется в станках вращательного бурения шарошечными долотами и резцовыми коронками.

По типу привода буровые станки делятся на электрические и тепловые, работающие от двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

По назначению буровые станки делятся на машины для бурения шпуров и небольших скважин и для бурения скважин среднего и большого диаметра.

Основные параметры буровых станков — диаметр, глубина и угол наклона пробуриваемой скважины.

В СССР действует ГОСТ на станки для бурения взрывных скважин на открытых горных работах, в соответствии с которым предусмотрено создание и производство станков механического и комбинированного способов бурения. В соответствии с ГОСТ 20078—74 буровые станки должны изготовляться следующих типов:

СБШ — станки вращательного бурения шарошечными долотами — пяти типоразмеров с номинальными диаметрами бурения 160, 200, 250, 320 и 400 мм при f=618;

СВР — станки вращательного бурения резцовыми коронками— двух типоразмеров с номинальными диаметрами бурения 125 и 160 мм при f =26;

СБУ — станки ударно-вращатслыюго бурения — четырех типоразмеров с номинальными диаметрами бурения 100, 125, 160 и 200 мм при f =68.

Допускается изготовление станков комбинированного бурения, сочетающих в себе механический и немеханический способы бурения. Типоразмер таких станков устанавливается по тому способу бурения, который является преобладающим. В табл. 2.1 приведены основные сведения о буровых станках для открытых горных работ.

Наибольшее распространение на открытых горных работах получили станки вращательного бурения шарошечными долотами, которыми выполняется около 80% всех объемов бурения.

Остальные 20% объема выполняются станками вращательного бурения резцовыми коронками, ударно-вращательного и комбинированного бурения. Кроме того, на открытых горных работах еще находятся в эксплуатации станки ударного бурения.

§ 3. Cтанки ударного бурения К станкам ударного бурения относятся станки ударно-канатного бурения. Ударный способ бурения используется также в перфораторах, которые применяются на карьерах для бурения шпуров в негабаритных кусках горной породы, при добыче декоративного камня и др.

Станки ударно-канатного бурения находят преимущественное применение при проходке скважин на воду, гидрогеологических, водопонижающих и взрывных скважин, а также при геологической разведке россыпных и других месторождений.

Этими станками бурят вертикальные скважины диаметром 200—900 мм на глубину 50— 500 м в породах различных категорий крепости.

Рис. 2.2. Конструктивная схема станка ударно-канатного Рис. 2.3. Конструктивная схема станка вращательного Для получения скважины круглого сечения и равномерного разрушения породы в забое долото с ударной штангой после каждого удара во время его подъема над забоем скважины поворачивается на угол от 15 до 60°. При подъеме бурового снаряда канат натягивается и раскручивается, что приводит к поворачиванию бурового снаряда. При ударе снаряда о забой натяжение каната ослабевает и замок, соединяющий канат со штангой (долотом), поворачивается под действием закручивающих усилий каната.

По мере углубления скважины увеличивают свободную длину каната. Во время бурения в скважину подается вода. Разрушенная порода находится во взвешенном состоянии, образуя с водой шлам, удаляемый из скважины с помощью специального инструмента — желонки.

Чистка скважин при бурении крепких пород производится через 0,4—0,9 м, при бурении слабых пород — через 0,9—1,5 м и более.

Основной недостаток станков этого типа — малая частота ударов (45—60 мин-1), ограничивающая их производительность. Увеличить частоту ударов невозможно, так как продолжительность падения бурового снаряда зависит от ускорения свободного падения высоты подъема инструмента (0,8—1 м).

§ 4. Станки вращательного бурения шарошечными долотами К станкам вращательного бурения относятся станки шарошечного бурения, предназначенные для бурения вертикальных и наклонных скважин в породах средней крепости и крепких. Разрушение породы осуществляется шарошечным долотом, во время вращения которого при постоянном усилии подачи зубья шарошек скалывают и раздавливают горную породу.

Станки шарошечного бурения (рис. 2.3) имеют шарошечное долото 1, укрепленное на конце штанги 2. Вращатель 3 сообщает штанге вращение, а механизм подачи 4 подает ее на забой.

Разрушенная горная порода удаляется сжатым воздухом или водовоздушной смесью, поступающей в скважину по пустотелым буровым штангам.

На станках имеются гидро- и пневмосистемы, пылеулавливающие установки, машинное помещение, электрооборудование, кабина машиниста с пультом управления и ходовое оборудование. Станки шарошечного бурения позволяют бурить с высокой производительностью в разнообразных горно-геологических условиях. Отличаются эти станки между собой конструкцией вращательно-подающего механизма, определяющего частоты вращения и скорости подачи инструмента, величинами осевых усилий подачи, крутящих моментов и др.

§ 5. Станки вращательного бурения резцовыми коронками Сущность бурения этими станками заключается в следующем. Буровой инструмент вращается от двигателя через редуктор и одновременно подается на забой механизмом подачи или под действием веса привода вращателя и бурового става, состоящего из последовательно соединенных шнековых штанг и резцовой головки. Эти станки часто называют станками шнекового бурения.

Шнековая штанга выполняется в виде стержня, к наружной поверхности которого по винтовой линии приварена стальная лента. Резцовая головка представляет собой корпус с двумя или несколькими перьями и хвостовиком. Режущие кромки перьев армируются пластинками твердых сплавов или наплавкой твердого сплава. Хвостовик служит для присоединения резцовой головки к шнековой штанге.

Рис. 2.4. Конструктивная схема станка вращательного Рис. 2.5. Конструктивная схема станка ударнобурения резцовыми коронками вращательного бурения Станки вращательного бурения резцовыми коронками (рис. 2.4) имеют вращатель 1, своими лапами скользящий по вертикальным направляющим 2. Подъем вращателя производится лебедкой с помощью подъемного каната, образующего полиспаст 3. В патроне вращателя укрепляется шнековая штанга 4 с прикрепленной к ней коронкой 5. Разрушенная порода удаляется из скважины на поверхность шнеком.

Такие станки могут бурить вертикальные, наклонные и горизонтальные скважины только по мягким породам.

Существуют станки вращательного бурения горизонтальных скважин и машины для шнекобуровой выемки угля из тонких пластов мощностью от 0,6 до 2 м. Основная их особенность состоит в наличии механизма подачи. В нашей стране такие станки распространения пока не получили и имеются лишь в единичных экземплярах.

§ 6. Станки ударно-вращательного бурения Бурение станками ударно-вращательного бурения основано на комбинированном способе разрушения породы, объединяющем основные достоинства ударного и вращательного воздействия на породу. Отличительной особенностью этих станков является наличие погружного ударного механизма — пневмоударника 1 (рис. 2.5). Пневмоударнику через штанги 2 передается вращение от вращателя 3, установленного на плите 4. Подача бурового става на забой и создание осевого усилия осуществляются с помощью подающего механизма 5. Вращатель перемещается по мачте 6, изменение угла наклона которой осуществляется гидроцилиндром 7.

Основными преимуществами ударно-вращательных станков являются сохранение энергии удара на буровой коронке независимо от глубины скважины и возможность приложения к буровому инструменту большого крутящего момента, хотя при этом пневмоудариик, непрерывно вращающийся в скважине, подвержен значительному износу.

Станки могут бурить вертикальные и наклонные скважины.

§ 7. Станки комбинированного бурения Эти станки являются универсальными машинами, позволяющими вести бурение скважин в сложных горно-геологических условиях с перемежающимися породами различной крепости и структуры. Эффективность разрушения твердых горных пород достигается за счет комбинированного воздействия на породу различных механических и немеханических способов бурения.

Из немеханических способов бурения широкое применение получил термический, который в сочетании с механическим способом позволяет эффективно бурить плотные породы высокой крепости.

При термическом бурении разрушение горной породы происходит вследствие интенсивного одностороннего нагревания забоя скважины раскаленными струями газов. Наиболее эффективно разрушаются кварцсодержащие породы, имеющие низкую теплопроводность при большом коэффициенте линейного расширения.

рис. 2.6. Станок оснащен термошарошечным рабочим инструментом. Высокотемпературные газовые струи, вытекающие из забое скважины. С помощью шарошечного бурового инструмента 2 производится разрушение породы. Термошарошечный рабочий инструмент, закрепленный на штанге 3, вращается с помощью вращателя 4. Рабочие компоненты — керосин, кислород и вода — подаются к входному коллектору 5 на вращателе и далее по каналам в штанге поступают к горелке термобура. Разрушенная порода выносится парогазовой смесью.

Рис. 2.6. Конструктивная схема станка комбинированного (термомеханического) бурения § 8. Новые методы разрушения горных пород Рассматривая перспективы развития открытых горных работ, можно утверждать, что преобладающим способом бурения шпуров и скважин по-прежнему будет механический. Ввиду роста объемов добычи полезных ископаемых будут возрастать и объемы бурения, что, естественно, требует дальнейшего совершенствования способов и средств бурения.

Опыт ведения буровзрывных работ показал, что с ростом крепости и абразивности пород значительно возрастает трудоемкость их бурения и дробления. Установлено, что с увеличением крепости пород скорость механического бурения снижается, в то же время при термическом воздействии на породу наблюдается обратная картина, т. е. с ростом крепости возрастает и скорость бурения. Это и обусловливает основное направление в поисках эффективных средств и устройств, реализующих принцип теплового воздействия на породу. Конкретные варианты реализации этого принципа имеют большое разнообразие, так как все зависит от принятой схемы контакта источника (генератора) тепла и породы.

В настоящее время разработаны следующие принципиально новые схемы теплового воздействия на породу для ее разрушения:

контактная передача теплового поля от генератора непосредственно горной породе (использование тепловых потерь при трении от контактного воздействия инструмента на породу, разрушение с помощью термита, электронагревательный бур, атомный бур);

свободная передача теплового поля от генератора горной породе (электродуговой бур);

воздействие на породу высокотемпературной струей газов (кислородное копье, огневое бурение, плазматрон);

воздействие лучистой энергии оптической области, основанное на ее поглощении горной породой и последующем переходе в тепловую (бипараболоидный генератор, эллипсоидный генератор);

разрушение горных пород с помощью частиц высокой энергии (электронов, фотонов), основанное на том, что при прохождении этими частицами горной породы их кинетическая энергия в результате торможения переходит в тепловую (бур на базе вакуумной электронно-лучевой трубки, лазерный бур);

контактная передача преобразуемой энергии породе и ее разрушение при электрическом пробое (импульсный высоковольтный разрядник, высокочастотный контактный нагрев);

разрушение пород в переменном электромагнитном поле (конденсаторные устройства, магнетрон, одновитковый или спиральный индуктор).

Перспективность применения того или иного способа бурения целесообразно рассматривать с позиций обеспечения высокой производительности бурения.

Глава 3. Конструкции буровых станков и элементы теории рабочего процесса Буровые станки, применяемые для бурения скважин на карьерах, имеют следующие основные части: рабочее оборудование, исполнительные механизмы, ходовое и силовое оборудование, механизмы управления, гидро- и пневмосистемы, оборудование для удаления и улавливания продуктов разрушения.

§ 1. Рабочее оборудование Рабочее оборудование буровых станков состоит из бурового инструмента, мачты, механизмов подъема и опускания мачты, хранения и подачи штанг, свинчивания и развинчивания бурового става.

Буровой инструмент шарошечных станков состоит из пустотелых буровых штанг и шарошечного долота, которое выполняется с одной, двумя, тремя или большим числом шарошек.

Наибольшее распространение на станках шарошечного бурения получили трехшарошечные долота.

Одно- и двухшарошечные долота имеют ограниченное применение, а многошарошечные долота используются при бурении скважин большого диаметра (более 490 мм).

Трехшарошечное долото (рис. 3.1, а) состоит из трех сваренных между собой лап, на которых смонтированы шарошки. Верхние концы лап образуют усеченный конус, заканчивающийся резьбой для соединения с буровой штангой. Шарошки и лапы долот изготовляются из легированных сталей 20ХНЗА, 12ХН2, 17НЗМА и подвергаются химико-термической обработке.

По конструкции шарошечные долота бывают: зубчатые, у которых зубья выполнены из одного материала с шарошкой; штыревые с ВКПВ. В зависимости от свойств буримых пород используются шарошечные долота восьми типов (табл. 3.1).

Для улучшения смазки, охлаждения и предотвращения попадания пыли или бурового шлама в опоры шарошек в долотах делаются Трехшарошечные долота шифруются следующим образом. Например, III 320 ТЗ-ПГВ. Здесь III — конструкция долота, 320 — диаметр долота в миллиметрах; ТЗ — тип долота; ПГВ — с гидромониторной продувкой воздухом.

На торце ниппеля долота ставится клеймо завода-изготовителя. Заводам-изготовителям присвоены следующие условные индексы: К— п/о «Куйбышевбурмаш». В — Верхне-Сергинский, У — Дрогобычский долотные заводы; Д — Сарапулский, М (ОМ) — Пермский машиностроительные заводы; Л — ремонтно-механическая база Лениногорского поРис. 3.1. Инструмент шаролиметалского комбината; Ш — Востокмашзавод; Н — экспериментальшечного бурения: а — шарошечное долото; б — буровой ный завод ВПИИБТ; Р — Поваровский опытный завод.

Зубья на шарошках располагаются так, что долота могут быть само- и несамоочищающимися. У самоочищающихся долот зубчатый венец одной шарошки входит в проточку между венцами другой, за счет чего улучшается очистка зубьев от породы.

Основными причинами выхода из строя долот являются низкая стойкость шарошек и заклинивание подшипников опор, на которых закреплены шарошки.

Эффективным средством повышения стойкости долот является применение противошламовых клапанов и принудительной смазки опор шарошек в процессе работы долота. Для смазки опор хорошо зарекомендовали себя наддолотные масляно-воздушные лубрикаторы, обеспечивающие непрерывную принудительную смазку подшипников опор, в результате чего стойкость последних резко возросла.

долота Шарошечное долото и буровые штанги, соединенные вместе, образуют буровой став.

В комплект буровых штанг входят одна концевая штанга и несколько рабочих. Концевая штанга (забурник) устанавливается между долотом и рабочей штангой (рис. 3.1,б). Выполняется она из толстостенной трубы 1, в которую с обоих концов вварены вставки 2 и 3, снабженные внутренней конической резьбой и каналами для прохода сжатого воздуха. В гнезде верхней вставки имеется еще коническая резьба 4 меньшего диаметра, служащая для присоединения к штанге шпинделя вертлюга.

Рабочая штанга 5 имеет большую длину и отличается от концевой конструкцией нижнего хвостовика, который выполнен с наружной конической резьбой.

Диаметр штанг принимается на 20—50 мм меньше диаметра долота для удаления буровой мелочи из скважины.

Изготовляются штанги из стальных бесшовных холодно или горячекатаных труб.

Мачта станка шарошечного бурения представляет собой сварную пространственную ферму, выполненную из стальных уголков и швеллеров. Нижней частью мачта шарнирно связана с платформой станка. К мачте крепится механизм для ее подъема и опускания. С помощью этого механизма мачта может устанавливаться в вертикальном или наклонном рабочих или горизонтальном транспортном положениях. Подъем и опускание мачты осуществляются с помощью гидроцилиндров или канатного механизма.

На мачте размещены вращатель, механизмы подачи и подъема бурового става, устройства для хранения и подачи штанг, свинчивания и развинчивания бурового става и другое оборудование.

Устройство для хранения и подачи штанг (сепаратор) позволяет механизировать наращивание бурового става рабочими штангами, хранящимися в предусмотренных для них гнездах кассеты. Поворот сепаратора для подачи штанг на ось бурения (или удаление их с оси бурения) осуществляется гидроцилиндром.

Для свинчивания и развинчивания штанг и шарошечного долота применяется механизм свинчивания и развинчивания, позволяющий полностью механизировать этот процесс. Обычно он устанавливается в нижней части мачты и представляет собой зажимное устройство и механизм страгивания резьбы, приводимые в действие силовыми гидроцилиндрами. После страгивания резьбового соединения процесс развинчивания (свинчивания) осуществляется вращателем.

Буровой инструмент станков вращательного бурения резцовыми коронками состоит из бурового долота режущего типа и шнековых буровых штанг.

Буровые долота по типу контакта породоразрушающих элементов с забоем скважины делятся на две группы: с постоянным контактом — лопастные (рис. 3.2, а), состоящие из плоского корпуса 1, армированного твердым сплавом, и хвостовика 2, часто съемного, а также состоящие из корпуса 3 и съемных резцов 4 (рис. 3.2,б); с переменным контактом — долота с вращающимися на опоре резцами (рис. 3.2,в). Резцы представляют собой зубчатое колесо 5 с напаянными на торцовую часть пластинами или штырями твердого сплава. В процессе работы резцы вращаются вокруг собственной оси, обеспечивая переменный контакт породоразрушающих элементов с забоем.

Штанга бурового станка служит для передачи крутящего момента долоту, а также для очистки скважины. Она состоит из стальной трубы 6 (рис. 3.2, г), к которой приварена стальная спираль 7. Для увеличения стойкости спираль по краю наплавлена твердым сплавом ТЗ толщиной до 2 мм, шириной до 15 мм. К концам трубы приварены вставки, одна из которых имеет хвостовик 8, а другая — гнездо 9. Обе вставки имеют радиальное отверстие, в которое вставляется валик 10, соединяющий штанги.

Для станков вращательного бурения резцовыми коронками в основном применяют три типа шнековых штанг наружным диаметром по спирали от 107 до 155 мм длиной от 1800 до 8190 мм и массой от 20 до 270 кг.

Мачты этих станков выполняются из швеллеров или труб, по которым перемещается вращатель, и имеют П-образную форму.

С помощью механизма подъема и опускания мачта устанавливается в рабочее или транспортное положение. Для хранения штанг на мачтах имеются кассеты. В нижней части мачты смонтированы люнет, механизм очистки шнеков, а также гидроцилиндры механизмов перемещения штанг, их захвата и удержания при сборке и разборке бурового става.

Буровой инструмент станков ударно-вращательного бурения состоит из буровых штанг, переходника, пневмоударника и долота.

Пневмоударник — специально сконструированный погружной ударный механизм, опускаемый в скважину вместе с буровым долотом и обеспечивающий ему внедрение в породу в основном за счет энергии ударов.

На рис. 3.3 показана схема пневмоударника. Во внутренней полости цилиндра 1 помещается ударник 2, который совершает возвратно-поступательное движение под действием сжатого воздуха, поступающего через буровую штангу в воздухораспределитель 3. Ударник наносит удары по хвостовику долота 4. Долото удерживается в корпусе поперечной шпонкой 5. Отработанный воздух отводится в скважину через выхлопные отверстия 6 и каналы 7. С помощью переходника погружной пневмоударник присоединяется к буровому ставу.

Пневмоударники подразделяются на следующие группы:

по кинематическому признаку — одно- и многопоршневые;

по системе воздухораспределения — клапанные, бесклапанные, золотниковые;

по системе выхлопа (отвода) отработанного воздуха — с выхлопом на забой скважины, с комбинированным выхлопом (на стенку и на забой скважины). Выхлоп может производиться по центральному каналу долота на забой скважины (центральный) или между перьями долота (периферийный).

Техническая характеристика погружных пневмоударникон В отечественной промышленности разработан и внедрен ряд конструкций погружных пневмоударников для бурения скважин диаметром 105—200 мм (табл. 3.3).

Стойкость серийных пневмоударников составляет 100—800 м в породах с коэффициентом крепости f соответственно от 18 до 6. Скорость бурения колеблется от 0,1 до 0,2 м/мин в породах с коэффициентом крепости f от 16 до 18.

Буровое долото состоит из головки и хвостовика, выполненных сплошными. Хвостовик служит для передачи импульса от ударника головке и через твердосплавное вооружение — забою скважины, а также для восприятия крутящего момента.

Соединение хвостовиков долот с пневмоударником — шпоночное или шариковое с байонетным затвором.

По конструктивному исполнению формы головок долота бывают лезвийные и штыревые (со сплошной забойной поверхностью).

Лезвийные долота подразделяются: по числу разрушающих лезвий — долотчатые, трехперые, крестовые; Х-образные и многолезвийные; по расположению разрушающих лезвий — одно-, двух- (с опережающим лезвием) и многоступенчатые.

Опережающее лезвие облегчает забуривание и уменьшает искривление скважины. Наибольшее распространение получили трех- и четырехлезвийные долота с опережающим лезвием (рис. 3.4).

Головка долота оснащается твердосплавными вставками различных форм и размеров. Материал вставок — в основном ВК15, ВК11. Корпус долота изготовляется обычно из стали 45ХН, реже из стали 35ХГСА.

По способу удаления буровой мелочи из забоя скважины долота делятся на долота с центральной, внецентренной и внешней продувкой.

Буровые штанги служат для передачи крутящего момента от вращателя к долоту и одновременно по ним подается сжатый воздух к пневмоударнику и забою скважины. Состоит буровая штанга из соединительной муфты и ниппеля, приваренных к трубе. Для соединения буровой штанги с пневмоударником служит переходник, он же является разбурником при обратном ходе бурового става. Переходник имеет унифицированные со штангой муфту и ниппель, но меньшую длину трубы. Изготовляются штанги из стальных труб (сталь 35СГ, 36Г2С, 45 и др.) с последующей термообработкой.

Рис. 3.4. Буровые коронки для пневмоударного бурения: Рис. 3.5. Схема термобура а — трехлезвийная К-100В; б — четырехлезвийная БК- Мачта станка предназначена для подъема и опускания бурового инструмента и его удержания во время бурения. С помощью домкратов гидросистемы производятся подъем и опускание мачты.

Операции по сборке и разборке бурового става обычно механизированы. Для этого штанги помещают в кассету барабанного типа, с помощью которой они подаются на ось скважины при наращивании бурового става или удаляются при его разборке. В нижней части мачты устанавливается гидрозажим, который служит для удержания на весу бурового става во время спускоподъемных операций. Здесь же расположен ключ для свинчивания и развинчивания штанг.

В станках комбинированного бурения рабочее оборудование состоит из узлов и деталей, используемых при том или ином способе бурения: ударном, вращательном, ударно-вращательном и термическом.

При термическом бурении рабочим органом является горелка — термобур. Горелка (рис.

3.5) состоит из корпуса 1, заключенного в стальной кожух 2. В камеру 3 горелки через форсунку подается керосин, а по каналам, расположенным вокруг форсунки, — кислород. В пространстве между корпусом и кожухом проходит вода, охлаждающая горелку. При сгорании керосина в кислороде развиваются температура до 3000— 35000 С и давление до 0,8—1 МПа. Через сопло (или несколько сопел) газы выходят из горелки со скоростью 1600— 1800 м/с и передают часть своего тепла породе, температура газов падает при этом до 1500—1800°С, а давление снижается до 0,15 МПа. Охлаждающая вода выбрасывается в скважину и испаряется. Парогазовая смесь, выходящая из скважины с большой скоростью (20—30 м/с), выносит разрушенную породу.

Для получения скважины правильной формы горелку вращают с частотой от 2 до 30 мин-1.

Диаметр скважины зависит от скорости подачи: чем она меньше, тем больше диаметр.

Комбинированный буровой инструмент обычно состоит из двух породоразрушающих элементов, объединенных общей конструктивной схемой, обеспечивающей их одновременную или поочередную работу.

Этот инструмент можно классифицировать по следующим признакам:

по назначению — для бурения пород ниже средней крепости (f10), средней (f=1014) и выше средней (f14);

по принципу действия — термоударный, термошарошечный, ударно-шарошечный, режуще-шарошечный;

по способу воздействия породоразрушающих элементов на забой — с одновременным (рис.

3.6,а—в), поочередным (рис. 3.6, г) и раздельным (рис. 3.6, д, е) воздействием буровых инструментов на забой;

по форме образуемого забоя — бесступенчатая (рис. 3.6, а, в, г), с центральным целиком породы (рис. 3.6,б, д), с опережением центральной части забоя (рис. 3.6,е).

Термоударный и термошарошечный буровой инструмент сочетает в себе термобур и пневмоударник или шарошечное долото. Применение такого инструмента позволяет повысить в 1,5— раза скорость разрушения породы по сравнению с раздельным механическим и термическим способами бурения.

Ударно-шарошечный буровой инструмент сочетает в себе пневмоударник и шарошечное долото. Шарошки долота воспринимают осевое усилие и создают в породе напряженное состояние, которое способствует разрушению ее ударным долотом. Долото пневмоударника, в свою очередь, облегчает разрушение породы шарошками, так как образует ослабленный породный слой.

Режуще-шарошечный буровой инструмент сочетает в себе режущую коронку и шарошечное долото, объединенные в одном корпусе. Режущая коронка армируется пластинками твердого сплава или сменными резцами. Применение долот такого типа обеспечивает снижение энергоемкости бурения в 2—2,5 раза, увеличивает скорость бурения на 38—64%, уменьшает расход инструмента в 1,3—2,6 раза.

Наиболее эффективно применять комбинированный инструмент по породам с перемежающейся крепостью.

§ 2. Исполнительные механизмы Для вращения, подачи на забой и извлечения из скважины бурового инструмента служат исполнительные механизмы, к которым относятся: вращатель, механизм подачи, вертлюг.

Конструкции этих механизмов определяют принципиальные различия моделей станков, диапазоны изменения частоты вращения и скоростей подачи инструмента, величины осевых нагрузок, крутящих моментов, а также длительность вспомогательных операций по приведению бурового става в рабочее положение и его подъему после окончания бурения.

Вращатели всех буровых станков по принципу действия одинаковы. Состоят они из двигателя и редуктора. Применяются два варианта устройства вращателя. В первом варианте вращатель вместе с буровым ставом перемещается вниз по мере углубления скважины, во втором — вращатель остается неподвижным, а с буровым ставом перемещаются только захват и одно из зубчатых колес, скользящих по шлицевому или профильному валу и передающих вращение на захват.

На вращателях устанавливаются электродвигатели постоянного и переменного тока и гидромоторы. При применении высокомоментных гидромоторов можно исключать редуктор. Гидромоторы и электродвигатели постоянного тока позволяют плавно регулировать частоту вращения бурового инструмента и бурить с оптимальным режимом. При использовании электродвигателей переменного тока имеет место ступенчатое регулирование скорости с помощью коробки перемены передач.

Механизмы подачи, используемые на буровых станках для открытых работ, бывают гравитационные, канатные (цепные), поршневые, канатно(цепно)-поршневые, зубчато-реечные.

В гравитационных механизмах подача осуществляется за счет весов бурового става и вращателя. Эти механизмы подачи применяются там, где не требуется больших усилий подачи, они просты и надежны в работе, с их помощью можно бурить только вертикальные и слегка наклонные скважины.

В канатных (цепных) механизмах подача бурового инструмента на забой производится с помощью канатов или втулочно-роликовых цепей. Привод цепи осуществляется от пневмо- или гидродвигателя через редуктор. В канатных механизмах подачи канат, навиваясь на барабан лебедки, подает буровой инструмент на забой. С помощью канатно-полиспастной системы удается получать большие усилия и ход подачи без перехвата инструмента. Основные достоинства этих механизмов — простота и надежность.

Поршневые механизмы могут быть пневматическими и гидравлическими. Пневматические поршневые механизмы подачи просты по устройству, надежны в работе, малочувствительны к утечкам воздуха, но для получения больших усилий подачи непригодны, так как из-за малого давления сжатого воздуха (0,5 МПа) требуются цилиндры большого диаметра, и механизм становится слишком громоздким. Для создания больших усилий (десятки килоньютонов) используются гидравлические поршневые механизмы. Поршневым механизмам присущ следующий недостаток — ход подачи бурового става ограничен длиной хода штока цилиндра, поэтому приходится работать с перехватом.

Канатно (цепно)-поршневые механизмы подачи получили широкое применение на станках.

Они просты по устройству, надежны в работе. Подача в таких механизмах происходит за счет хода штока гидроцилиндра, натягивающего канат или цепь и через систему блоков передающего осевое усилие на буровой став.

Зубчато-реечные механизмы подачи состоят из двух зубчатых реек и входящих с ними в зацепление шестерен. Рейки укреплены по всей длине мачты, а вал шестерен связан с вращателем бурового става. Вращение шестерен вызывай Перемещение вращателя и бурового става.

В процессе работы бурового станка к вращающемуся буровому ставу необходимо подавать сжатый воздух, воду. Для этих целей служит вертлюг — механизм, позволяющий подавать сжатый воздух и воду от невращающихся рукавов к вращающемуся буровому ставу, а также для поддержания верхнего конца вращающейся штанги при бурении и при подъеме бурового става из скважины. На станках комбинированного бурения в вертлюг встраивается устройство для подвода рабочих компонентов (керосина, кислорода).

Вращатели и механизмы подачи работают совместно, поэтому чаще их называют вращательно-подающими механизмами (ВПМ). Они бывают трех типов: патронные, шпиндельные и роторные. В зависимости от силовой схемы нагружения бурового става привод вращения может размещаться внизу (в машинном отделении) или наверху (на подвижной каретке — траверсе бурового става).

По характеру нагружения штанги осевым усилием различают схемы с нижним приложением нагрузки и с верхним, действующим на всю длину штанги.

Вращательно-подающий механизм патронного типа (рис. 3.7) состоит из неподвижного вращателя 1, закрепленного на платформе станка, гидропатрона 2 и поршневого гидравлического механизма подачи.

Двигатель Д1 через редуктор вращает полый многогранный шпиндель 4, проходящий через ведущую шестерню 5 редуктора. Через внутреннее отверстие шпинделя проходит буровой став 6, который через кулаки 7 гидропатрона 2 получает вращение от шпинделя. Усилие подачи на буровом ставе создается с помощью гидроцилиндров 3, которые перемещают траверсу 8 вместе с гидропатроном и шпинделем на длину хода цилиндров с периодическим перехватом става.

Операции по подъему бурового става осуществляются обычно канатной лебедкой.

Вращательно-подающий механизм патронного типа с поршневой подачей применен на станке шарошечного бурения 2СБШ-200.

Наибольшее распространение получили вращательно-подающие механизмы шпиндельного типа. В этих механизмах привод вращателя располагается на подвижной каретке или траверсе, а осевое усилие передается на всю длину бурового става. Механизм подачи при этом может быть канатный, цепной, канатно-полиспастный, канатно-поршневой, зубчато-реечный.

Кинематическая схема вращательно-подающего механизма шпиндельного типа с канатным механизмом подачи станка 1СБР-125 показана на рис. 3.8. Момент от электродвигателя Д1, установленного на вращателе, через муфту и редуктор 1 передается буровому ставу 2. Принудительная подача става на забой осуществляется канатом 3, наматываемым на барабаны 4 и 5 лебедки. Привод барабанов лебедки производится от двигателя Д2 через муфту, редуктор 6, фрикцион 7, звездочки 8—11. Подъем вращателя выполняется канатом 12 с помощью лебедки 13. Включение лебедки осуществляется фрикционом 14, а торможение барабана 15. Компенсационный канат наматывается на барабан 16, который соединяется с валом с помощью фрикциона 17.

Рис. 3.7. Схема вращательно-подающего механизма Рис. 3.8. Кинематическая схема вращательно-подающего Рис. 3.9. Кинематическая схема вращательно-подающего механизма шпиндельного типа с канатно-полиспастным механизмом подачи Схема вращательно-подающего механизма шпиндельного типа с цепной подачей реализована на станке СБУ-125 (см. рис. 2.5). Вращатель 3, установленный на плите 4, перемещается по направляющим мачты с помощью двух втулочно-роликовых цепей 5. Привод цепей осуществляется через редуктор от двигателя 8.

Цепная подача применяется на всех отечественных станках пневмоударного бурения и станке вращательного бурения 2СБР-125.

Кинематическая схема вращательно-подающего механизма шпиндельного типа с канатнополиспастным механизмом подачи показана на рис. 3.9. Вращение бурового става осуществляется от двигателя Д1 через редуктор 1 и муфту 2. Осевое усилие на буровой став 3 передается через опорный узел 4 двумя канатами 5, образующими 5-кратные нижние полиспасты. Подвижные блоки 6 полиспастов установлены на paмe опорного узла, а неподвижные 7 закреплены на мачте. Канаты 5 огибают барабаны 8 и 9 лебедок подачи. Далее эти канаты образуют верхние 5-кратные полиспасты, неподвижные блоки 10 которых установлены на мачте, а подвижные нижние блоки — на вращателе. Привод лебедок подачи при бурении осуществляется от гидромоторов ДЗ, а при спуско-подъемных операциях — от электродвигателей Д2. Такая система подачи, позволяющая развивать большие осевые усилия (до 0,6 МН), применяется на станке СБШ-320.

Кинематическая схема вращательно-подающего механизма шпиндельного типа с канатнопоршневым механизмом подачи станка шарошечного бурения СБШ-250МН показана на рис. 3.10.

Вращение бурового става осуществляется от электродвигателя постоянного тока Д1 через редуктор 1 и муфту 2. Осевое усилие на буровой став передается через опорный узел 4 от нижних канатов механизма подачи, закрепленных на ползунах 5 опорного узла. Каретки 6 вращателя движутся по направляющим 7 мачты. Электродвигатель с вращателем и блоком 8 подвешен на канатах 9 и 10. Каретка вращателя через полиспастную систему соединена со штоком одного из гидроцилиндров подачи 11. Канатно-поршневой механизм обеспечивает непрерывную подачу вращателя на длину штанги (8 м) при ходе поршня, равном 2 м, и состоит из двух гидроцилиндров 11, верхних 12 и нижних 13 канатов, концы которых соединены с кареткой вращателя. При движении штоков гидроцилиндров вверх происходит натяжение нижних канатов, и вращатель движется вниз. При опускании штоков натягиваются верхние канаты, и происходит подъем вращателя. Натяжение канатов регулируется с помощью винтовых устройств 14 и 15.

Рис. 3.10. Кинематическая схема вращательно- Рис. 3.11. Кинематическая схема вращательно-подающего подающего механизма шпиндельного типа с канатно- механизма шпиндельного типа с зубчато-реечным мехапоршневым механизмом подачи низмом подачи Вращательно-подающий механизм шпиндельного типа с зубчато-реечным механизмом подачи (рис. 3.11) имеет на подвижной каретке вращатель 1 с двигателями Д1. Подача осуществляется с помощью замкнутой цепи 2, перемещаемой звездочкой 3, связанной через редуктор 4 с двигателем Д2. Две звездочки 5 установлены для увеличения угла обхвата и снижения усилий на зубья подвижной звездочки 6, расположенной на валу 7. Две шестерни 8, расположенные на концах вала 7, перекатываются по неподвижным рейкам 9, укрепленным по всей длине мачты. Для ускоренного подъема и опускания подвижной каретки установлен двигатель ДЗ, с помощью которого создается весьма высокая скорость холостого хода, что значительно сокращает время вспомогательных операций. Такая схема вращательно-подающего механизма применяется на зарубежных станках 60-R и 61-R фирмы «Бюсайрус-Ири» (США).

Вращательно-подающий механизм роторного типа (рис. 3.12) состоит из вращателя, лебедки подачи, гидроцилиндра подачи и вертлюга.

Вращатель имеет нижнее расположение и состоит из электродвигателя постоянного тока Д1, конического редуктора 1 и ротора 2. Крутящий момент от редуктора передается ротору через упругую муфту и вал-шестерню 3. Ротор вращает ведущую штангу 4 профилированного сечения, а также служит для свинчивания и развинчивания штанг.

Механизм подачи состоит из следующих узлов: гидроцилиндра подачи 5, опорного вертлюга 6, встроенного в подвижную траверсу 7, двух подвижных и неподвижных 9 блоков, барабана подачи 10 с храповым устройством 11, редуктора привода 12 с двигателем Д2. На барабан 10 наматывается канат 13, один конец которого закреплен на штоке гидроцилиндра 5.

Подача цикличного действия с непрерывным ходом штока гидроцилиндра 1 м (подача инструмента при этом равна 0,5 м). Во время бурения барабан заторможен храповым устройством.

По окончании единичного цикла непрерывного бурения приводится во вращение барабан подачи, который при возврате штока гидроцилиндра в исходное положение выбирает слабину каната. В дальнейшем цикл повторяется до полного погружения штанги в скважину.

Рис. 3.12. Кинематическая схема вращательно- Рис. 3.13. Кинематическая схема гусеничного хода бурового После проходки скважины на глубину, равную длине ведущей штанги, процесс бурения прекращается, штанга извлекается из скважины, долото свинчивается, штанга устанавливается в кассету. Из кассеты выводится круглая штанга, на ее нижний конец навинчивается долото, после чего она опускается в пробуренную скважину. После этого на круглую штангу навинчивается ведущая штанга, и процесс бурения продолжается.

Для выполнения операций по подъему и опусканию става в скважину применяется вспомогательная лебедка 14 с канатом 15 и системой неподвижных 16 и подвижных 17 блоков, образующих двукратную полиспастную систему.

Такая схема вращательно-подающего механизма применена на станке БАШ-250.

§ 3. Ходовое оборудование Ходовое оборудование является опорой станка и служит для его перемещения.

Общие требования к ходовому оборудованию буровых станков:

надежно воспринимать нагрузки от веса станка и на рабочем оборудовании в процессе бурения и при передвижении;

высокие проходимость, маневренность и устойчивость;

способность преодолевать подъем до 30°;

малые сопротивления при передвижении;

достаточные прочность и долговечность;

простота устройства, малая масса и удобство в эксплуатации.

В настоящее время применяются следующие типы ходового оборудования на буровых станках: гусеничное, пневмоколесное, шагающее.

Отечественные буровые станки всех типоразмеров выполняются в основном на гусеничном ходу, за исключением станков СБУ-100Н и 1СБР-125, которые выполняются соответственно на пневмоколесном и шагающем ходу.

Гусеничное ходовое оборудование буровых станков представляет собой самоходную двухгусеничную тележку, состоящую из двух гусеничных рам, соединенных между собой поперечными балками, на которых установлена рама станка. Привод — индивидуальный на каждую гусеницу (рис. 3.13). Крутящий момент от электро- или гидромотора Д1 передается к ведущей звездочке 1 через редуктор 2 и цепную 3 или зубчатую передачу. Для торможения и разворота станка при одной заторможенной гусенице привод хода снабжается электромагнитным тормозом 4.

На большинстве станков шарошечного бурения используются унифицированные ходовые устройства от карьерных одноковшовых экскаваторов.

Пневмоколесное ходовое оборудование применяется только на станке СБУ-100Н и представляет собой неприводное индивидуальное шасси. В качестве ходового оборудования буровых станков может быть использовано также и стандартное автомобильное шасси.

Шагающее ходовое оборудование применяется на станке вращательного бурения 1СБРМеханизм шагания кривошипно-крейцкопфного типа (см. рис. 3.8) состоит из коленчатого вала 18 и стойки 19 с башмаком 20. Привод механизма шагания осуществляется включением кулачковой муфты 21 через звездочки 22, 23 и втулочно-роликовую цепь. При вращении коленчатого вала стойка 19, шарнирно соединенная с шейкой вала, приходит в движение. При этом верхний конец ее, связанный с рамой механизма шагания посредством направляющей втулки 24, смещается вверх в направлении продольной оси стойки, а нижний — за четверть оборота вала поднимается вверх на длину кривошипа и смещается вперед. За следующую четверть оборота нижний конец стойки передвигается еще на половину шага вперед и опускается вниз, а башмак 20 опускается на почву. За вторую половину оборота вала башмак остается неподвижным, при этом коленчатый вал будет перемещаться вверх, что повлечет за собой подъем задней части станка. Станок будет иметь три точки опоры: башмак стойки и концы полозьев передней или задней части станка. При дальнейшем смещении вала в направлении шагания происходит скольжение концов полозьев станка по почве и перемещение его вперед.

Разворот станка производится в положении, когда задний конец рамы максимально приподнят. При этом шаровая опора обеспечивает свободный поворот станка в любом направлении.

§ 4. Силовое оборудование Под силовым оборудованием буровых станков понимается энергетический комплекс, обеспечивающий привод всех видов, оборудования и механизмов. В качестве исполнительных двигателей на станках используются пневматические, гидравлические и электрические. Электрические двигатели, в свою очередь, бывают переменного и постоянного тока.

На буровых станках широкое применение нашли асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором единой серии в защищенном исполнении, а также обдуваемые и многоскоростные двигатели в закрытом исполнении. В приводе ходовых и подъемных механизмов часто применяют асинхронные двигатели в крановом исполнении с короткозамкнутым и фазным роторами. Для привода главных механизмов используют краново-металлургические двигатели постоянного тока в защищенном исполнении с независимым возбуждением. Асинхронные двигатели применяют преимущественно с частотой вращения 1000—1500 мин-1; двигатели постоянного тока — с частотой вращения 600—900 мин-1.

При применении асинхронных двигателей регулирование производится ступенчато с помощью редуктора или переключением числа пар полюсов электродвигателя. Электропривод постоянного тока выполняется по системе генератор — двигатель с электромашинным усилением (Г — Д — ЭМУ) и по системе магнитный усилитель — вентильный преобразователь — двигатель (МУ — ВП — Д). Ведутся разработки тиристорного электропривода по системе тиристорный преобразователь — двигатель постоянного тока (ТП — ДПТ).

Электропривод вспомогательных механизмов применяется только на переменном токе.

Все буровые станки питаются от сети переменного тока напряжением 380 В. Подвод питания от передвижных трансформаторных подстанций производится посредством гибких кабелей, присоединяемых к вводной коробке станка, откуда напряжение поступает на вводный автомат.

Управление силовым оборудованием большинства станков ведется с трех пультов: основного, расположенного в кабине, и двух выносных. С основного пульта производится управление процессом бурения и технологическими операциями, связанными с бурением. Выносные пульты служат для дублирования управления некоторыми операциями и управления механизмом хода станка.

§ 5. Гидро- и пневмосистемы Гидравлические системы (гидросистемы) буровых станков могут обеспечивать выполнение следующих операций: вращение бурового става, создание осевого усилия и перемещение бурового става вверх и вниз, свинчивание и развинчивание штанг и долота, разбор и наращивание бурового става, горизонтирование станка с помощью гидродомкратов, подъем мачты в рабочее (вертикальное или наклонное положения) и опускание в транспортное положение, поворот кассеты при сборке и разборке бурового става, перемещение элементов пылеулавливающей установки.

Компонуются гидросистемы из стандартных элементов и узлов, используемых в силовом и объемном гидроприводе: насосов, гидромоторов, цилиндров, распределителей, золотников и др. В качестве энергоносителя применяется масло «индустриальное 20А».

Пневматические системы (пневмосистемы) буровых станков обеспечивают подачу сжатого воздуха к буровому ставу для удаления буровой мелочи из скважины (за исключением станков типа СВР) к пневмоударнику и пневмоцилиндрам центратора и захвата штанг (станки типа СБУ), к пневмодвигателю механизма подачи (станок СБУ-125), к вибраторам и пневмоци линдрам затворов пылеулавливающих установок.

Питание пневмосистемы может осуществляться от собственных компрессоров, передвижных компрессорных станций или от карьерной пневмосистемы.

Комплектуются пневмосистемы из стандартных элементов и узлов.

§ 6. Оборудование для удаления и улавливания продуктов разрушения В процессе бурения на карьерах буровая мелочь из скважины удаляется шнеками, шнекопневматической очисткой и продувкой. Первые два способа применяются на станках вращательного бурения резцовыми коронками. При бурении скважин погружными пневмоударниками, термобурами и шарошечными долотами используется продувка. На станках ударного бурения удаление породы из скважины производится желонками.

Для очистки скважин удобно применять воду, но при этом усложняется работа станков зимой.

Выдача буровой мелочи шнеками из вертикальной скважины возможна только в том случае, если частота вращения шнека больше критической частоты вращения. Движение породы вверх по шнеку будет происходить, если частицы породы будут вращаться вокруг оси шнека с меньшей скоростью, чем сам шнек.

На рис. 3.14 показана схема устройства для продувки скважины и сухого улавливания пыли при шарошечном бурении. Воздух в скважину подается от двух компрессоров 1. Под давлением до 0,7 МПа он поступает в воздухосборники 2 и далее по трубопроводу 3 через вентиль 4 и регулятор давления 5 по рукавам поступает в вертлюг 6 и во внутренний канал штанги 7, откуда направляется в забой скважины. Выходит воздух по зазору между штангой и стенками скважины. Скорость движения воздуха в зазоре должна быть достаточной, чтобы выносить частицы породы из скважины. Устье скважины закрыто кожухом 8, из-под которого воздух отсасывается вентилятором 9.

Величина подачи вентилятора превышает величину подачи компрессоров, и поэтому запыленный воздух не будет выходить в атмосферу через зазоры между кожухом 8, почвой и штангой, а, наоборот, атмосферный воздух будет засасываться через эти зазоры внутрь кожуха. Из-под кожуха запыленный воздух по рукаву 10 большого диаметра попадает в циклон 11, где крупные частицы породы отделяются и осаждаются в бункере 12, а мелкие вместе с воздухом через отводной патрубок выбрасываются в атмосферу. Бункер имеет внизу люк с затвором, через который удаляется порода. Вынос породы из скважины происходит вследствие того, что давление восходящей струи воздуха на частицы породы больше их веса.

скважины, подводится под давлением вода или эмульсия. Образующаяся воздушно-водяная эмульсия, поднимаясь по затрубному пространству, увлекает за собой частицы разбуренной породы и поднимает их в из скважины порода сдувается в сторону от станка возРис. 3.14. Схема пневматического транспортиро- душным потоком специального вентилятора. Количество подаваемой в скважину воды регулируется вентивания буровой мелочи станком шарошечного § 7. Элементы теории рабочего процесса Горные породы по глубине залегания и толщине слоев изменяются случайным образом, что приводит к переменному характеру их физико-механических свойств. А это, в свою очередь, вызывает резкое изменение нагрузок двигателей в приводах главных механизмов.

В общем случае расчеты режимных параметров в зависимости от способа бурения сводятся к определению значений усилия подачи, мощности приводов механизмов подачи и вращателя, скорости бурения, расхода сжатого воздуха, производительности станка и др.

Исследования в области физики горных пород, а также опыт создания буровых станков позволяют с достаточной точностью по упрощенным формулам определить режимные параметры станков.

В табл. 3.4 приведены некоторые расчетные зависимости, позволяющие определить режимные параметры.

Здесь — отношение времени обратного хода поршня к времени рабочего хода; для пневмоударников типов МП-3, П-105, П-125, М-32К это отношение составляет 1,3—1,5; nп — число ударов поршня в минуту; А — энергия удара поршня, Дж; т — масса поршня, кг; mшт — масса штанг, кг; µ1 — коэффициент трения между штангой и породой; — угол наклона буримой скважины, град; MТР — момент трения в направляющих станка, НМ; lн — расстояние между направляющими, по которым перемещается плита вращателя, м; µТ— коэффициент трения плиты вращателя о направляющие; D1—диаметр скважины, м; f — коэффициент крепости породы по М. М.

Протодьяконову; под—скорость подачи, м/с; под — к.п.д. механизма подачи; h3 — глубина внедрения зубьев шарошки, м; zш— число шарошек; Ктр =1,15 — коэффициент, учитывающий трение в подшипниках шарошек и буровой колонки о стенки скважины; ск — предел прочности породы на скалывание, МПа; пшн — частота вращения шнека, мин-1; бур — скорость бурения, м/с; бур — предел прочности породы при механическом бурении, МПа; Lшн — максимальная длина шнека, м;

П — плотность породы, кг/м3; kр= 1,11,2 — коэффициент разрыхления породы; вр— угловая частота вращения долота, рад/с; вр— к. п. д. трансмиссии вращателя; S — площадь сечения затрубного пространства, м2; d — максимальный размер частиц, м; см — плотность воздуха и частиц породы, кг/м3; б.т — техническая скорость бурения, м/мин; в— плотность воздуха, кг/м3; µп = 4060— весовая концентрация частиц породы в сжатом воздухе или воздушной смеси, %; kб — коэффициент, зависящий от показателя буримости Пб, при Пб =10 —14 kб=1; при П=15—17 kб= 1,05; при Пб = 18—25 kб=1,1; kф — коэффициент, учитывающий форму буровой коронки (для трехперых коронок kф=1, для крестовых kф =1,1); dn — диаметр буровой коронки пневмоударника, м; DK — диаметр резцовой буровой коронки, м; пв — частота вращения бурового става, мин-1 ; Пб — показатель буримости. Полученные результаты сравниваются с паспортными данными станков, что позволяет делать выводы о возможности применения станка в каждом конкретном случае.

Расчет зависимости для определения некоторых режимных параметров буровых станков.

Расчетная схема механизма подачи, кВт теля, Нм вращателя, кВт м3/с рения, м/ч Пример. Определить усилие подачи и мощность двигателя механизма подачи, вращающий момент и мощность двигателя привода вращателя станка шарошечного бурения при следующих условиях: диаметр шарошечного долота (скважины) D1=0,2 м, Скорость подачи долота под = 0, м/с, частота вращения долота nдол = 120 мин-1, число шарошек zm=3, глубина внедрения зубьев шарошки h3 = 310-3 м, к. п. д. механизма подачи под = 0,65, к. п. д. трансмиссии вращателя вр = 0,65.

Бурение ведется по породам с коэффициентом крепости f=14 по шкале проф. М. М. Протодьяконова, имеющим предел прочности на скалывание ск = 30 МПа.

Сначала определяем усилие подачи:

NПОД=7fD1104 = 7140,2104= 19,6104Н.

Затем находим мощность двигателя механизма подачи:

Определяем момент на валу вращателя и мощность двигателя привода вращателя Глава 4. Производительность и эксплуатация § 1. Производительность буровых станков Производительность буровых станков зависит от многих факторов, из которых основными являются: горно-геологические условия (вид, крепость, абразивность, трещиноватость породы, наличие влаги, глины и т. д.), глубина скважины, принятая технология бурения, организация труда, квалификация бурильщика.

Буровой станок — машина цикличного действия. Сменная производительность бурового станка V (м/смену) определяется по формуле где Тс — продолжительность смены, мин; kИ — коэффициент использования станка по бурению в течение смены, обычно равный 0,5 (иногда 0,8); tб и tB— удельные затраты времени соответственно на бурение и выполнение вспомогательных операций (на 1 м скважины), мин/м; б.т — техническая скорость бурения, м/мин.

В свою очередь, величина tB может быть определена по формуле где t1 = 0,381,44 — удельные затраты времени на переезд от скважины к скважине с учетом установки и снятия станка с домкратов, мин/м; t2— то же, на замену долота, приходящееся на 1 м скважины; t3 — то же, на подъем бурового става со скоростью п (м/мин); t4 — то же, на перехват гидропатрона; для шпиндельной схемы t4 = 0; t5 — то же, на сборку и разборку бурового става.

Для современных станков tB = 2 мин/м, следовательно, их производительность при kи = 0, не может превышать 100— 150 м/смену, а при достижении предельных значений tB мин она не превысит 200—300 м/смену.

Как видно из формулы, производительность бурового станка V зависит от затрат времени на выполнение вспомогательных операций tв и наиболее полного использования времени смены Тс, что отражается коэффициентом использования станка по бурению в течение смены kИ.

Предположим, что производительность бурового станка составляет 128 м/смену (табл. 4.1, вариант 1).

«Министерство Образования Азербайджанской Республики Западный Университет Банковский маркетинг и банковский менеджмент Учебное пособие Утверждено в качестве учебного пособия Ученым Советом Западного Университета от 28 ноября 2009 года (протокол №4) Баку 2010 1 Составители: к.э.н., доцент Курбанов П.А. к.э.н., преподаватель Абасов Э.А. Научный редактор: д.э.н., профессор Гусейнова Э.Н. Технический редактор: Касимова Т.Ю. Учебное пособие рекомендуется для студентов финансовых специальностей и. »

«Юрий Анатольевич Александровский. Пограничные психические расстройства Учебное пособие. Оглавление Об авторе Предисловие Раздел I. Теоретические основы пограничной психиатрии. Общее понятие о пограничных формах психических расстройств (пограничных состояниях). 6 Краткий исторический очерк Системный анализ механизмов психической дезадаптации, сопровождающей пограничные психические расстройства. Основные подсистемы единой системы психической адаптации Барьер психической адаптации и. »

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Российский государственный университет нефти и газа им. И.М. Губкина Кафедра физики Комплект учебных пособий по программе магистерской подготовки НЕФТЕГАЗОВЫЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ Часть 6. И.Н. Евдокимов, А.П. Лосев РАЗЛИЧНЫЕ ВИДЫ НАНОТЕХНОЛОГИЙ – ПРИНУДИТЕЛЬНАЯ СБОРКА АТОМНЫХ И МОЛЕКУЛЯРНЫХ СТРУКТУР И САМОСБОРКА НАНООБЪЕКТОВ Москва · 2008 УДК 622.276 Е15 Евдокимов И.Н., Лосев А.П. E 15 Комплект учебных пособий по. »

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.

Источник