Файл: Техника бурения при разработке месторождений полезных ископаемых..pdf

Забойная мощность от вращателя

ствия, так как у него ударная забойная мощность составляет 95% всей мощности, расходуемой на забое.

Условимся относить в группу машин, реализующих ударный способ бурения, все машины, у которых ударная забойная мощность составляет 90% и более общей мощности, расходуемой на забое, т. е. у них

N y ^ i 0 N B.

При вращательно-ударном бурении режущая часть коронки внедряется в породу под действием осевого усилия и ударной на­ грузки с одновременным вращением инструмента, за счет чего про­ исходит скалывание породы.

Такой вид бурения позволяет подвести к забою наибольшее количество энергии, в силу чего вращательно-ударное бурение отличается высокой производительностью. В машинах вращательно­ ударного действия мощность механизма вращения значительно больше ударного. Для такого вида бурения справедливо соотноше­ ние N B> N y.

Вращательно-ударное бурение применяется для пород кре­ постью от 6 до 14*.

При бурении пород более высокой крепости разрушение проис­ ходит преимущественно за счет ударной нагрузки. На вращение инструмента при этом затрачивается меньшая мощность, а осевое усилие приходится уменьшать, так как большое осевое усилие в таких породах не способствует внедрению в нее инструмента и вызы­ вает повышенный его износ. Таким образом, вращательно-ударное бурение в крепких породах становится ударно-вращательным далее ударным.

При ударно-вращательном бурении буровой инструмент за счет энергии вращения производит очистку забоя от разрушенных, но не отделившихся от массива частиц породы и разрушение небольшой части породы резанием.

Типичной машиной ударно-вращательного действия является станок НКР-100М. У него мощность ударного механизма равна 3,1 кВт, а мощность вращателя 2,8 кВт. Учитывая, что 30% мощ­ ности тратится на вращение штанг и коэффициент передачи равен 0,8, забойная мощность вращателя N B составит 1,57 кВт. Таким образом, N y >7VBи машину НКР-100М следует отнести к классу машин ударно-вращательного действия.

* Здесь и далее по тексту коэффициент крепости пород приводится по шкале проф. М. М. Протодьяконова.

9

В соответствии с изложенным способы бурения шпуров и сква­ жин можно распределить следующим образом:

N B= f[M(p)] \

_ q I вращательный

N B^>Ny— вращательно-ударный,

N y^>NB— ударно-вращательный,

N у 10N B— ударный.

Картина разрушения пород забоя скважины или шпура при раз­ личных способах бурения показана на рис. 2, на рис. 3 — относи­ тельные значения крутящего момента, осевого усилия и ударной нагрузки на инструмент.

2. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБОВ БУРЕНИЯ, ИХ ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ

Вращательный способ бурения. Вращательное бурение резанием осуществляется сверлами и станками вращательного действия. Указанное оборудование изготовляется с электрическим, гидравли­ ческим или пневматическим приводом. Наибольшее распространение получили электрические приводы. Электрическая энергия, как более

10

дешевая (в 15—20 раз), предпочтительнее пневматической. Однако применение пневматического привода оправдывается в шахтах, опасных по внезапным выбросам угля и газа. В особо опасных усло­ виях, например при добыче нефти подземным способом, при необхо­ димости бурения глубоких скважин применяются станки с гидравли­ ческим приводом. Вода под давлением к таким станка* подается по трубам от насосов, которые устанавливаются в местах, опреде­ ляемых правилами безопасности.

Электрические вращательные буровые машины применяются для бурения пород слабых и средней крепости (коэффициент крепости не выше 6—7). Ведутся исследования по применению указанных машин для бурения в более крепких породах.

Буровые машины, применяемые для бурения шпуров резцами в соединении с витыми штангами, называются сверлами. По виду применяемой энергии сверла подразделяются на электрические (электросверла), пневматические и гидравлические.

Электросверла подразделяются на ручные и колонковые. Колон­ ковые электросверла имеют механическую или гидравлическую подачу. Заводы выпускают все электросверла во взрывобезопасном исполнении.

Наибольшее распространение в горной промышленности полу­ чили ручные электросверла, которые применяются для бурения шпу­ ров глубиной 1,5—3 м по углю и слабым горным породам с коэффи­ циентом крепости не более 3 (каменная соль, сланцы). Диаметр шпу­ ров 40—45 мм. Ручные электросверла выпускаются массой от 12 до 24 кг, скорость вращения шпинделя колеблется от 400 до 1200 об/мин. Мощность электродвигателя не превышает 1,6 кВт.

При бурении ручным электросверлом подача инструмента на за­ бой осуществляется рабочим вручную, величина усилия подачи при этом составляет 20—25 кгс. Скорость бурения составляет 200— 1000 мм/мин.

Для бурения шпуров и скважин большей глубины (до 10 м) или в более крепких углях (антрацитах) и породах применяются колонковые электросверла. Масса таких электросверл колеблется от 28 до 140 кг (без колонн и бурового инструмента). Мощность электродвигателя 1,4—4,8 кВт. Скорость вращения шпинделя сверла при наличии сменных шестерен варьирует в широких пределах (50—1000 об/мин). Ход подачи колонковых электросверл с принуди­ тельной подачей колеблется от 0,88 до 2,88 мм на один оборот шпин­ деля. Современные подающие устройства развивают усилие подачи до 1600 кгс.

Заводами выпускаются пневматические сверла массой от 10 до 15 кг, мощность на шпинделе 1,5—2,0 кВт и вращающим момен­ том от 250 до 500 кгс*см. Сверла выпускаются для бурения с руки и с пневмоподдержки.

Для бурения скважин применяются буровые станки.

Станки вращательного бурения применяются для бурения сква­ жин в слабых породах, коэффициент крепости которых не более

11

6—7. Станки выпускаются с электрическим или пневматическим приводом. Масса станка колеблется в пределах от 200 до 400 кг. Скорость вращения шпинделя 150—200 об/мин. Мощность двига­ теля 3—6 кВт. Осевое усилие 60—150 кгс. Глубина бурения скважин диаметром 60—80 мм равна 60—70 м.

Для бурения резцами в мягких породах может быть при необхо­ димости применен любой станок, предназначенный для дробового или алмазного бурения.

Для бурения алмазами применяются специальные станки. Ко­ ронка для сплошного или кернового бурения, армированная алма­ зами, при своем вращении разрушает породу забоя скважины, кото­ рая затем выносится на поверхность водой. Алмазная коронка подается на забой с помощью буровых штанг, вращение и осевое перемещение которым передается от станка. Станки для алмазного бурения отличаются портативностью, большой скоростью вращения (450—3300 об/мин), мощность двигателя равна 2,5—12 кВт, масса станка 50—300 кг. Такими станками бурят скважины диаметром 33—93 мм, глубиной до 100 м.

На открытых горных работах при вращательном бурении реза­ нием применяется инструмент из резцовых коронок с шнековым бу­ ровым ставом. Диаметр скважин 115—160 мм. Для бурения скважин диаметром 115 мм применяются легкие станки массой до 2 т с ходо­ вым устройством шагающего типа. Для бурения скважин диаметром 125—160 мм применяются станки типа 1СБР-125, СБР-160 или СВБ-2М. Станки оборудованы гусеничным ходом, масса станка до 12 т. Мощность вращателя 40 кВт. Скорость вращения бурового инструмента 120—200 об/мин.

Станки для бурения долотами шарошечного типа с воздушной очисткой скважин нашли наибольшее распространение в горной про­ мышленности. На открытых горных работах такими станками бурят скважины диаметром 160—320 мм, глубиной до 40 м, скорость вра­ щения долота 80—200 об/мин. Масса станка колеблется от 20 до 130 т. Применяются такие станки для бурения взрывных скважин

полезных ископаемых наибольшее распространение имеет ударное бурение ручными перфораторами с пневмоподдержками, телескоп­ ными и колонковыми перфораторами. Колонковые перфораторы производительнее ручных, но требуют большего времени на их установку. При проведении горизонтальных выработок колонковые перфораторы монтируются на буровых каретках. Число перфорато­ ров, устанавливаемых на каретках, изменяется обычно в пределах от 2 до 6.

12