Файл: Петухов С.М. Бурильщик.pdf

вести слишком далеко от предыдущего удара, порода будет разрушена только под. инстру­ ментом. Следовательно, для достижения наи­ лучших результатов бурения необходимо ве­ личину угла поворота долота (бура) согласо­ вывать с энергией удара. На практике это

Рис. 1. Схема разрушения забоя

а — при ударном способе бурения; б — при ударио-вращатель- ном способе бурения; в — при вращательно-ударном способе бурения; г — при вращательном способе бурения; А — ударная нагрузка; Р — осевое усилие; Т — окружное усилие; 1 — раз­ рушение за счет среза; 2 — разрушение ударной нагрузкой

обычно осуществляется путем подбора типа перфоратора в соответствии с физико-механи­ ческими свойствами горных пород. У большин­ ства перфораторов для поворота бура служит геликоидальная пара, которая поворачивает ударный инструмент при обратном ходе поршня.

Благодаря небольшому весу и высокой про­ изводительности перфораторы получили широ-

11

кое распространение для бурения шпуров и скважин в строительстве.

При малом осевом давлении и независимом вращении (независимо от хода поршня) буро­ вого инструмента осуществляется ударно-вра­ щательный способ бурения (рис. 1,6). При та­ ком способе бурения инструмент во время вра­ щения будет отделять от забоя нарушенную при ударе, но не отделившуюся часть породы. Этот способ бурения используется в буровых агрегатах с погружными пневмоударниками,

пневмодвигателя через став штанг передается пневмоударнику, который независимо от пово­ рота наносит удары по забою скважины. Для бурения этим способом созданы перфорато­ ры с независимым вращением. Применение независимого вращения дает возможность увеличить глубину производительногобу­ рения.

При увеличении осевого давления инстру­ мент не отделяется от забоя, его внедрение в породу происходит как за счет осевого усилия, так и за счет ударной нагрузки. В этом случае будет осуществлен вращательно-ударный спо­ соб бурения (рис. 1,в). Так как при враща­ тельно-ударном способе бурения значительная часть породы разрушается за счет резания, то инструменту придают вид резца с обратным углом' резания. Современные машины враща- тельно-ударного действия имеют осевое давле­ ние 800— 1200 кГ и крутящий момент 2500— 3000 кГ-см. Машины указанного типа приме­ няют для бурения горных пород крепостью от 6 до 14 по шкале проф. М. М. Протодьяконова. При бурении в более крепких породах паблю-

12

Дается чрезмерный износ бурового инстру­ мента.

Для вращательного бурения применяют резцы, которые внедряются в породу за счет осевого усилия и вращаются в результате приложения крутящего момента. Резец при вращении как бы снимает стружку (рис. 1,г). Вращательное бурение применяют в основном для бурения сравнительно слабых пород кре­ постью от 1 до 8 по шкале проф. М. М. Протодьяконова. Бурение резцами осуществляют при помощи различных электросверл. Для бурения крепких пород вращательным способом ис­ пользуют алмазный или шарошечный буровой инструмент.

Описание способов бурения с характерны­ ми признаками приведено в табл. 2 .

Наиболее распространенными машинами, применяемыми для бурения шпуров в строи­ тельстве, являются перфораторы. Характерной особенностью их и достоинством является не­ значительный вес, что позволяет обслуживать их одним человеком. Простота устройства, малая энергоемкость и универсальность поз­ воляют использовать перфораторы для буре­ ния шпуров и скважин в различных породах.

Машины вращательно-ударного действия в строительстве находят применение при про­ ходке турГНелей и подземных выработок в креп­ ких породах. Буровые агрегаты, предназначен­ ные для бурения скважин большого диаметра, обычно па строительных работах находят ма­ лое применение, не считая работ, связанных с предварительным опробованием грунтов. По­ этому остановим внимание на устройстве пер­ фораторов, как наиболее широко применяемых бурильных машинах.

И

При бурении и мягких пародах применяют электросверла. Здесь приводятся краткие све­ дения о конструкции сверл и бурового инстру­ мента к ним.

IV. ПЕРФОРАТОРЫ ДЛЯ БУРЕНИЯ ШПУРОВ

ИСКВАЖИН

1.Типы перфораторов и их устройство

Принцип работы перфоратора заключается в том, что поршень-ударник 1, перемещаясь вдоль цилиндра, периодически наносит удары по буру 2 (рис. 2). Возвратно-поступательное

Рис. 2. Принцип работы перфоратора

движение поршня-ударника в цилиндре осу­ ществляется при помощи воздухораспредели­ тельного устройства.

Энергия от поршня-ударника передается буру без его поворота. При обратном ходе поршень-ударник поворачивается вследствие прохождения поворотной гайки 3 поршня по пазам заторможенного храповым устройством 4 геликоидального стержня 5. Поворот порш­ ня-ударника при этом передается буру при помощи поворотной втулки 6.

Применение первых перфораторов относит­ ся к 1839 г., когда их использовали при про­ ходке шахтного ствола глубиной 20 м. В 1857 г.

15

ииж. Соммелье переоборудовал паровую ма­ шину в буровую, приводящуюся в действие сжатым воздухом.

Высокая эффективность применения пер­ вых перфораторов послужила толчком к даль­ нейшему совершенствованию этих машин: за 28 лет — с 1849 по 1877 г. — было запатентова­ но около 80 конструкций перфораторов. Так, в 1851 г. появился поршневой перфоратор, у которого коронка была жестко соединена с поршнем. Геликоидальная пара в перфораторе была применена в 1874 г. Годом раньше за­ патентовано устройство, в котором воздухораспределение осуществлялось золотником на поршне.

Храповой механизм с геликоидальным стержнем, вынесенный в заднюю головку, поя­ вился в 1876 г.

В России первые американские перфорато­ ры заводов «Ранд» стали применять в 1878 г. на Богословском медном руднике, а с 1907 г.

ив Донбассе.

С1910 г. перфораторы начали выпускать во всех странах, имеющих тяжелую индустрию.

В СССР производство перфораторов регла­ ментируется государственными стандартами. В зависимости от условий применения и веса перфораторы подразделяют на три группы (ГОСТ №750—64 и ГОСТ 10797—64): ручные, телескопные и колонковые.

Ручные перфораторы используют как для бурения с рук (обычно при нисходящих шпу­ рах), так и для бурения с поддерживающих колонок, которые значительно облегчают труд бурильщика.

Перфоратор состоит из следующих основ­ ных частей (рис. 3): цилиндра 1, в котором

16

движется поршень 2 со штоком 3, задней го­ ловки 4 с устройством для управления маши­ ной и промывочным устройством, механизмов воздухораспределения 5 и поворота бура (по­ воротная букса 6).

17

В теле цилиндра расположены каналы 7 дли подачи воздуха в нижнюю часть цилиндра при обратном ходе поршня, для подачи масла к некоторым трущимся частям машины, а так­ же каналы 8 для вых'ода отработанного воз­ духа.

Устройство для управления машиной рас­ положено на задней головке 4 и состоит из пат­ рубка 9 для подачи сжатого воздуха и пробко­ вого крана 10 с внутренней полостью 11. Проб­ ковый кран соединен с рукояткой 12. Послед­ няя может быть установлена в следующих трех положениях: «стоп» — подача воздуха в ци­ линдр прекращается и перфоратор останавли­ вается, «тихий ход» — воздух в цилиндр посту­ пает в небольшом количестве и перфоратор совершает небольшое число ударов небольшой мощности, «полный ход» — отверстие крана открыто полностью и перфоратор работает на полную мощность, величина которой зависит от давления сжатого воздуха в трубопроводе.

На задней головке расположен также водя­ ной патрубок 13, по которому вода подается через специальное переходное устройство в трубку 14 (иногда ее называют иглой), откуда вода попадает в осевой канал бура и далее в шпур.

Устройство для поворота бура состоит из храповой буксы 15, которая на внутренней по­ верхности имеет зубцы. С этими зубцами в по­ стоянном зацеплении находятся собачки 16, расположенные в головке геликоидального стержня 17 и распираемые специальными пру­ жинами 18. Геликоидальный стержень необхо­ дим для осуществления поворота поршня 2 при его обратном ходе, а вместе с ним и бура. Для этого винтовая геликоидальная нарезка вхо­

18