Файл: Миндели, Э. О. Разрушение горных пород учебное пособие.pdf

иизменении крепости горной породы скорость подачи инструмента автоматически меняется: увеличивается при бурении мягких пород

иуменьшается при бурении крепких пород.

Втабл. 8 приведены характеристики колонковых электросверл

ивращательных бурильных машин с электроприводом, применяю­ щихся в горной промышленности.

Вращательные бурильные машины КБМ-3 и БУЭ-2 представляют собой длинноходовые сверла, в литой корпус которых вмонтирован планетарный редуктор с вращателем, имеющим гнездо под штангу. Бурильная машина КБМ-3 имеет электродвигатель мощностью 7 кВт. Корпус двигателя, защищенный от попадания воды и масла, снизу имеет прилив с гайкой под ходовой винт податчика. При ра­ боте машины расходуется воды 16—18 л/м при давлении 8—10 кгс/см2. Бурильные машины КБМ и БУЭ устанавливаются на буровых ка­ ретках, предназначенных для проведения горизонтальных выработок площадью 8—17 м2 по крепким породам.

50

Г л а в а I V

УДАРНОЕ БУРЕНИЕ ШПУРОВ И СКВАЖИН

Пневматические бурильные машины (перфораторы) предназна­ чены для бурения шпуров, реже скважин преимущественно в крепких и очень крепких породах. Бурильные машины ударно-поворотного действия различаются:

по частоте ударов — на обычные с числом ударов до 2000 1/м и быстроударные — с числом ударов более 2000 1/мин.

по принципу вращения — с зависимым и независимым приводом; по способу применения — на ручные, колонковые и телескоп­

ные; по весу — на легкие (до 18 кг), средние (20—25 кг) и тяжелые

(более 30 кг); по способу очистки шпура — с осевой промывкой, с боковой

промывкой, с отсосом пыли.

Режим работы перфораторов характеризуется энергией одиноч­ ного удара, числом ударов в минуту, углом поворота бура и уси­ лием подачи.

§ 11. Основные сведения из теории ударного бурения

При ударном способе бурения энергия поршня бурильной ма­ шины, совершающего поступательно-возвратные движения, пере­ дается разрушаемой породе через бур и твердосплавный инструмент за время, исчисляемое тысячными долями секунды. В течение этого времени породоразрушающий инструмент внедряется на некоторую глубину.

При достаточной энергии, переданной в виде ударного импульса, внедряющееся лезвие бура оставляет на поверхности забоя шпура разрушение в форме лунки (см. рис. 1, а). Следующий удар наносится под некоторым углом к предыдущему. При определенных соотноше­ ниях энергии удара и утла поворота бурового инструмента прои­ сходит скалывание секторов породы между соседними лунками. Выбуренная порода транспортируется из забоя шпура водой или сжатым воздухом.

Процесс ударного (ударно-канатного) бурения скважин в крепких породах заключается в следующем. Буровой снаряд, состоящий из долота и ударной штанги или из желонки с ударной штангой (при тяжелых желонках ударная штанга не применяется), ударным меха­ низмом бурового станка периодически поднимается на некоторую высоту (обычно до 1,2 м) над забоем и сбрасывается, совершая при падении разрушение породы.

Чтобы в породе получалось отверстие круглого сечения, после каждого удара долото поворачивается на некоторый угол (25 до 35°). Угол поворота должен быть тем меньше, чем больше диаметр сква­ жины, чем тверже и вязче порода и чем слабее удар снаряда.

Разрушенная при бурении порода извлекается на поверхность периодически с помощью желонки или вымывается непрерывно циркулирующей водой пли глинистым раствором.

При бурении в неустойчивых породах стенки скважины закреп­ ляются обсадными трубами, которые обычно опускаются вслед за инструментом.

Скорость проходки при ударно-канатном бурении зависит от свойств горных пород и режимов бурения, массы снаряда, высоты его сбрасывания на забой и частоты ударов.

Массу снаряда ориентировочно определяют по относительной массе инструмента q, представляющей собой массу снаряда, прихо­ дящуюся на 1 см длины лезвия долота. Относительная масса прини­ мается для мягких пород 20—25, для твердых 30—40, для крепких 40—50 и для весьма крепких 50—70 кг/см. Масса снаряда опреде­ ляется по формуле

Q = qD,

где D — длина лезвия долота, см; q — относительная масса инстру­ мента, кг/см.

Высоту сбрасывания снаряда принимают в пределах 0,4—1,2 м. Нижнее значение — для очень твердых пород, верхнее — для менее твердых пород.

Прп ударном механическом бурении высота сбрасывания s и число ударов в 1 мни пу связаны между собой.

Высоту сбрасывания снаряда в скважину определяют по формуле

где Ъ — ускорение падения снаряда в скважине, м/с2; <с — время падения снаряда, с.

В простейшем случае время падения снаряда определяют по формуле

. _ 30

Zr, — Пу •

Тогда

6302 s 2л*

и

На выбор высоты сбрасывания и на число ударов оказывают влияние условия движения снаряда в скважине и, в частности,

52

ускорение движения снаряда Ь, что следует из приведенной выше

формулы.

Удар долота по забою будет более эффективным, если долото перед началом его подъема не касается забоя из расчета 1,5—3,0 мм на 1 м глубины скважины. При падении долота вследствие движения

R = 2F cos ^ -— 2N tg cp cos .

Сила удара расходуется на преодоление реакции со стороны породы и на трение долота при внедрении, поэтому после преобра­ зований получим

Р = У + R = 2N cos - f ( tg | - + tg Ф) .

Если h0 — глубина внедрения долота при ударе; D — диаметршпура; о — сопротивление породы раздавливанию при ударном

5S

бурении, то сила У расходуется на преодоление сопротивления по­ роды сжатию — раздавливанию

У = aS0,

где S 0 — проекция опорной площадки долота на породу при ударе

S0= aD;

и — ширина площадки, равная 2h0tg -тр.

Тогда

Л ^ - Х - ^ В о - Ц . , 2sm-^- cos_2

а выражение для величины удара может быть записано в виде

Р = 2h0Da (tg -у + tg cp) = 2h0Dok,

где

* = tg-|- + tg(p.

Коэффициент трения tg ср при ударном бурении колеблется от

0,15 до 0,4.

Сила, действующая на поршень бурильной машины при рабочем ходе, вычисляется по формуле

Л = т ( d i - d l ) ( Pl~ p 0),

тде P i и р 0 — соответственно давление сжатого воздуха при впуске в цилиндр молотка и противодавление в передней части цилиндра молотка; д.г и d2 — диаметр соответственно штока поршня и гели­ коидального стержня, мм.

Оптимальный угол поворота бура после каждого удара инстру­ мента подсчитывается по эмпирической формуле

Р = а (0,064—0,0060764* + 0.00024А3),

где ку — коэффициент полезного действия удара.

54