Удельная работа разрушения для разных пород

 

Крепость	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X
породы
Удельная
работа

Станки вращательного бурения. Станки вращательного бурения (рис. 6.10) выгодно отличаются высокой производительностью, отсутствием пыли и низким уровнем шума при работе, а также лег­костью механизации и автоматизации основных и вспомогательных рабочих операций. Они рассчитаны на бурение скважин диамет-

 

Рис. 6.10. Установка для вертикального вращательного бурения с пневмати­ческим приводом бурильного снаряда и гидравлической осевой подачей

ром от 100 до 300 мм и глубиной до 40 м и более. Рабочим органом станка является буровой снаряд, погруженный в скважину.

Порода на дне скважины разрушается буровыми коронками -твердосплавными, шарошечными, дробовыми или алмазными (рис. 6.11). Для бурения скважин больших диаметров в крепких по­родах вместо коронок с долотами применяют трубчатые буры, ре­жущая кромка которых армирована твердосплавными резцами или алмазной крошкой.

При правильном выборе типа коронки станок может бурить породы любой крепости. Осевая подача бурового снаряда в сква­жину может происходить под действием его собственной массы, либо осуществляться принудительно механизмом подачи. Встре­чаются гидравлические, пневматические, реечные, винтовые и ка-натно-блочные механизмы подачи. От бурового снаряда на поверх­ность выходит полая буровая штанга, через которую в забой зака­чивается промывочная жидкость (обычно - глинистый раствор с плотностью, близкой к плотности разрушаемой породы), вода или воздух, очищающие скважину от продуктов разрушения. Некото­рые типы бурильных станков удаляют продукты разрушения из

скважины спиральной штангой (вариант вертикального винтового конвейера) либо извлекают породу в виде цилиндрического образ­ца ненарушенной структуры (керна), используемого для исследо­вания геологического строения участка.

При бурении глубоких скважин в непрочных или нестабильных породах используют обсадные трубы, предохраняющие стенки скважины от оседания или обрушения, что чревато защемлением бурильной штанги и потерей бурильного снаряда. В последние годы широкое применение нашли небольшие буровые установки направ­ленного бурения наклонных скважин под естественными прегра­дами и искусственными сооружениями для бестраншейной проклад­ки различных коммуникаций (рис. 6.12).

Станки ударно-вращательного бурения применяются для буре­ния крепких и очень крепких пород. Внедрение долот бурового снаряда в породу происходит под воздействием осевого усилия, возникающего в результате удара, и тангенциального сдвигающе­го усилия, возникающего в результате принудительного вращения буровой коронки. Благодаря совместному действию этих факто­ров процесс бурения ускоряется.

 

 

Рис. 6.11. Коронки и долота, используемые при вращательном бурении

2345

ас. 6.12. Станок наклонного вращательного бурения для бестраншейной

прокладки коммуникаций:

1 - комплект штанг для бурения длинных скважин; 2 - буры-фиксаторы, заворачиваю­щиеся при работе в грунт и позволяющие создавать напорное усилие; 3 - гидромотор привода штанги; 4 - захват бурильной штанги, перемещающийся по направляющим;

5 - бурильная штанга

 

Шестопало»

 

 

Рис. 6.14. Схема щековой камнедробилки с простым качанием щеки: I - станина неподвижной щеки; 2 - дробя­щая плита неподвижной щеки; 3 и 4 - рас­порные плиты; 5 - регулировочный клин; 6 -станина дробилки; 7 — регулировочные под­кладки; 8 — маховик с кривошипом; 9 — ша­тун; 10 — подвижная щека; 11 - дробящая плита подвижной щеки; 12 - боковые клинья; А, Б, В - направления движений

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ КАМЕННЫХ

МАТЕРИАЛОВ

Фракционный состав каменных материалов, т. е. процентное со­держание кусков различных размеров в общей массе, добытых взры­вом или разборкой массива одноковшовыми экскаваторами, но­сит случайный характер, а размеры их кусков могут отличаться друг от друга в десятки, сотни и тысячи раз. Исключение составляет материал, добываемый самоходными фрезами, но этот способ мало известен и пока пригоден только при разработке известняков.

Выравнивание фракционного состава каменных материалов на первом этапе осуществляется дроблением наиболее крупных их кусков. Различают крупное, среднее и мелкое дробление. При круп­ном дроблении получаются куски размером не более 300...70 мм, при среднем - 70...20 мм и мелком - 20... 1 мм. Степень измель­чения каменного материала оценивается отношением попереч­ного размера кусков материала до дробления к такому же раз­меру кусков продукта дробления. При крупном дроблении эта величина составляет не более 8, при среднем и мелком - не бо­лее 12.

Фракции щебня, применяемые в транспортном строительстве, мм

.До 5

Высевки.

Каменная мелочь.............................................................. 5... 10

Клинец........................................................................... 10... 15

Щебень:

мелкий...................................................................... 15... 25

средний..................................................................... 25... 40

крупный.................................................................... 40... 70

гигантский (изверженных пород)................................ 70... 120

гигантский (осадочных пород).................................... 80...150

Установки, измельчающие каменные материалы до размеров щебня, называются камнедробилками, и используется для получе­ния щебня, размеры кусков которого позволяют подвергнуть его дальнейшей сортировке и обогащению. По принципу действия и устройству различают щековые, конусные, молотковые, ударные и валковые камнедробилки.

Щековые камнедробилки. Щековые камнедробилки (рис. 6.13) используются для крупного и среднего дробления пород средней крепости и крепких. Щековые дробилки с простым качанием щеки (рис. 6.14) раздавливают куски породы, загружаемые в клиновид­ный зазор между подвижной и неподвижной щеками. Все точки подвижной щеки и закрепленной на ней дробящей плиты движут­ся по концентрическим дугам с центром в точке подвески щеки. По мере измельчения куски породы опускаются под действием соб-

 

Рис. 6.13. Внешний вид щековой камнедробилки

ственной массы к разгрузочно­му отверстию. Минимальный размер кусков раздробленного материала определяется зазо­ром между нижними кромками дробящих плит при макси­мальном отходе подвижной щеки.

Щековые дробилки со слож­ным качанием щеки (рис. 6.15) отличаются сложной траекто­рией движения подвижной дробящей плиты. Ось подвески подвижной щеки движется по окружности с центром, лежа­щим на оси вращения эксцент­рикового вала, а нижняя кром­ка дробящей плиты движется по дуге с центром в точке упо­ра распорной плиты в клино­вой механизм. Благодаря тако­му устройству каждая точка подвижной дробящей плиты, лежащая выше ее нижней кром­ки, описывает траекторию в

 

виде вытянутого эллипса. При этом куски породы, загруженные в клиновидный зазор между под­вижной и неподвижной щеками, не только раздавливаются, но и истираются, а направление дви­жения подвижной щеки способ­ствует затягиванию дробимого материала в сужающуюся часть зазора.

Рис. 6.15. Схема щековой камнедро­билки со сложным качанием щеки: / - станина неподвижной щеки; 2 - дро­бящая плита неподвижной щеки; 3 и 4 -распорные плиты; 5 - регулировочный клин; 6 - станина дробилки; 7 - регулиро­вочные подкладки; 8 - маховик с криво­шипом; А - направление движения

Внутренние боковые поверх­ности камеры дробления за­щищены от соприкосновения с породой клиньями, которые од­новременно прижимают непод­вижную дробящую плиту к ста­нине машины. Подвижная щека защищена подвижной дробя­щей плитой, которая прижи­мается к ней клиновидными на­кладками, фиксируемыми бол­тами.

Крупность дробления регу­лируется изменением величины

зазора между нижними кромками дробящих плит, для чего щеко-вые дробилки оснащаются специальными регулировочными уст­ройствами. В них используются регулировочные подкладки или клиновые механизмы, меняющие положение опорной подушки относительно станины, а также сменные распорные плиты разной длины.

Производительность щековой дробилки (П_щ) определяется по формуле

,)'

Лиир1

(пор

+ S,

(6.2)

п,„ =

2tgoc

где е_мт - минимальный зазор между нижними кромками щек; ⁵ход - ^ход подвижной щеки; Ь_шир - ширина подвижной щеки на уровне загрузочного отверстия дробилки; со_вал - угловая скорость эксцентрикового вала дробилки; k_pux - коэффициент разрыхле­ния материала при дроблении (0,65); у_пор - объемная масса дроб­леного материала; а - угол между дробящими плитами (угол за­хвата).

Конусные камнедробилки. Конусные дробилки (рис. 6.16) под­разделяются на дробилки с крутым конусом для крупного дробле­ния и пологим - для среднего и мелкого. Коническая внутренняя

поверхность дробильной камеры дробилки с крутым конусом об­ращена раструбом вверх.

В одном из конструктивных вариантов (рис. 6.17) дробящий конус, обращенный юбкой вниз, закреплен на вертикальном валу, расположенном в центре дробильной камеры. Верхний конец вала дробящего конуса, выступающий над дробильной камерой, подве­шен к траверсе, относительно которой может свободно вращаться я покачиваться. Нижний конец вала дробящего конуса, продолжа­ющийся под дробильной камерой, свободно входит в находящий­ся под ней стакан, вертикальная ось которого сдвинута от оси вра­щения.

 

Рис. 6.16. Устройство конусной дробилки;

1 - маховик

ik клиноременной передачи; 2 - конический редуктор; 3 - опорная пята (, вала конуса; 4 - вал конуса; 5 - стакан-эксцентрик; 6 - дробящий конус; 7 - предохра­нительные пружины, пропускающие недробимые предметы; 8 - загрузочный бункер

Рис. 6.17. Схема конусной дробилки с крутым конусом: 1 - неподвижный конус; 2 - дробя­щий подвижный конус; 3 - пята вала подвижного конуса; 4 - вра­щающийся подпятник-эксцентрик; 5 - траверса крепления вала; 6 -шарнир крепления вала; А - на­правление вращения подпятника

Вращение стакана, приводящегося механической трансмиссией от элект­рического двигателя, заставляет ниж­ний конец вала двигаться по окружно­сти, центр которой смещен от оси вала на величину эксцентриситета. Все точ­ки поверхности дробящего конуса так­же двигаются по концентрическим ок­ружностям с эксцентриситетом, умень­шающимся по мере приближения к ме­сту подвески вала. Вследствие этого зазор между вращающимся дробящим конусом и стенкой дробильной каме­ры постоянно меняется. Когда в дро­бильную камеру загружается измель­чаемая порода, конус начинает пере­катываться по ее кускам, прижимая их к неподвижным стенкам дробильной камеры и, вследствие этого, разрушая. По мере перекатывания конуса щель между стенкой камеры и конусом увеличивается, разрушаемая порода по мере измельчения опускается вниз и высыпается из камеры дробления. В другом конструктивном варианте ось конуса движется по окружности, со­храняя вертикальное положение, бла­годаря цилиндрической эксцентрико­вой втулке, вращающейся относитель­но неподвижной оси. Производительность конусной дробилки (П_кон) с крутым конусом можно рассчитать по уравнению

' '

(6.3)

Z7tw_KOHr_3KC

(tgCG, + tg(X₂

где d_KOH - диаметр основания дробящего конуса; г_экс - эксцентри­ситет эксцентрикового вала или втулки; с1_щеп - минимальное рас­стояние между поверхностям стенки камеры дробления и кону­са в момент их сближения; &_раз - коэффициент разрыхления дроб­леной породы; k_s - коэффициент использования времени смены; оо_вал - угловая скорость эксцентрикового вала или втулки; а, - ос­трый угол между стенкой камеры дробления и вертикалью; ос₂ -острый угол между образующей поверхности дробящего конуса и осью вала.

Дробилки с пологим конусом (рис. 6.18) отличаются увеличен­ным углом между образующей конуса и осью вала. Верхний ко-

 

Рис. 6.18. Схема конусной дробилки с пологим конусом: / - дробящий подвижный конус; 2 - не­подвижный конус; 4<он - диаметр основа­ния дробящего конуса; dmca - минималь­ный размер щели между дробящим и не­подвижным конусом; /щел - длина парал­лельной части зазора между конусами

нец вала дробящего конуса та­ких дробилок не закреплен, по­этому все нагрузки восприни­маются его нижней частью, ко­торая гораздо длиннее и разме­щена в более высоком эксцент­риковом стакане. Особенно­стью дробилок с пологим кону­сом является параллельность поверхности дробящего конуса стенке камеры дробления в ниж­ней ее части, благодаря чему готовый щебень отличается бо­лее равномерным фракционным составом.

nd

л 'щел ^раз

Производительность дро­билки с пологим конусом (П_пол) можно рассчитать по формуле

(6.4)

кон шел щ

«вал

где u?_koh - диаметр основания дробящего конуса; <5?_щел - ширина щели в параллельной зоне; /_щел - длина параллельной зоны; А:_раз -коэффициент разрыхления дробленой породы; k_B - коэффициент использования времени смены; со_вал- угловая скорость эксцент­рикового стакана.

Молотковые и ударные камнедробилки. Молотковые дробилки (рис. 6.19) и дробилки ударного действия применяют при дробле­нии малоабразивных довольно крепких и крепких пород на мел­кие фракции щебня. Изменяя форму и массу молотков, дробилки можно приспособить для дробления материалов любой твердости и структуры. Преимуществом этих машин также являются высо­кая степень измельчения и нетребовательность к предварительно­му измельчению породы. Твердость и сопротивляемость породы влияют на энергоемкость процесса дробления этими машинами зна­чительно меньше.

Куски породы, попадая в камеру дробления (рис. 6.20), разби­ваются ударами молотков, шарнирно или неподвижно закреплен­ных на роторе с частотой вращения до 2000 мин"¹. Камни, разбива­емые молотками, отбрасываются ими же на колосниковую решет­ку или бронированную стенку дробильной камеры с силой, доста­точной для еще большего их измельчения. Часть стенки камеры дробления выполнена в виде колосниковой решетки, через кото­рую достаточно измельченный щебень проваливается в приемный бункер. Остающаяся в камере дробления порода подвергается даль-

 

Рис. 6.19. Внешний вид молотковой ударно-отражательной дробилки со сварной

станиной. Загрузочное отверстие закрыто цепным пологом, предотвращающим

вылет рикошетирующих камней

 

П

Дробимый материал

Рис. 6.20. Схема однороторной молотковой дробилки:

/ - свободно подвешенный молоток; 2 - воздуховод для отсоса пыли; 3 - станина дро­билки; 4 - днище камеры дробления в виде колосникового грохота; 5 - ротор; 6 - стенка камеры дробления, играющая роль отражательной плиты

цейшему измельчению, так как зазоры между молотками и корпу­сом дробилки не оставляют «мертвых» зон, в которых могут скап­ливаться нераздробленные куски.

Различают одно- и двухроторные дробилки с однорядными и многорядными реверсивными и нереверсивными роторами и сво­бодно подвешенными или жестко закрепленными молотками. В дро­билках с нереверсивными роторами используются реверсивные мо­лотки, которые можно переворачивать другой стороной по ходу вращения ротора при предельном износе первой.

Фракционный состав готового продукта зависит от скорости вращения ротора (или роторов), а также формы и массы молотков, которая колеблется в диапазоне от 3 до 150 кг.

(6.5) (6.6)

Для ориентировочной оценки часовой производительности мо­лотковых дробилок (П_мол) можно воспользоваться формулами:

-^ ' ^

или

-р. _ "иез"рот'рот^рот

^мол" 3600(}с-1)

где й?_рот - диаметр наружной окружности вращения молотков ро­тора; /_рот - длина ротора; А:_нез - коэффициент, отражающий влия­ние конструкции дробилки и твердости дробимого материала (/с_нез = 0,2); л_рот - частота вращения ротора, мин'¹; % - степень дроб­ления.

Валковые камнедробилки. Рабочими органами валковых кам­недробилок являются два параллельно расположенных цилиндри­ческих барабана с гладкими, ребристыми или кулачковыми повер­хностями (рис. 6.21) и независимым или механически согласован­ным приводом. При работе валки вращаются навстречу друг дру­гу так, что порода затягивается в зазор между ними, где раздавли­вается валками.

Подшипниковые узлы одного из валков закреплены на раме машины неподвижно, узлы второго установлены в скользящих опо­рах, позволяющих валку отходить при попадании в зазор крупно­го недробимого предмета и допускающих регулировку зазора меж­ду валками. Дробилки с гладкими вальцами позволяют получать Щебень более мелких фракций, но из-за малого сцепления дроби-Мой породы с металлом вальцев степень измельчения у них неве­лика. Для улучшения этого показателя поверхности вальцев дела­ют ребристыми или кулачковыми. Степень измельчения при этом повышается, но увеличивается фракционная неоднородность дроб­леного продукта.

Валковые дробилки применяют для мелкого дробления в каче­стве установок второй ступени при многоступенчатой организа-

Дробимый

Рис. 6.21. Схема валковой дробилки с зубчатыми валками: 1 - дробящий зубчатый валок на неподвижных опорах; 2 - дробящий зубчатый валок на скользящих опорах; 3 - фиксатор скользящей опоры; 4 - пружина сжатия, позволяющая валку отодвигаться при попадании между валками недробимого предмета; 5 - подшип­никовая опора, скользящая в направляющих; 6 - элемент станины дробилки

ции процесса дробления, так как они характеризуются относитель­но небольшой степенью дробления. Производительность валковых дробилок (П_вал) можно рассчитать по формуле

(6.7)

«ва

где й?_вал - диаметр вальца; й?_щел - зазор между вальцами; /_вал - длина вальца; k_pa3 - коэффициент неполноты загрузки и разрыхления дроб­леной породы (0,1... 0,4); k_E ~- коэффициент использования време­ни смены; со_вал - угловая скорость вальцев.

Характеристики отечественных дробилок приведены в табл. 6.3 и 6.4.

Дробящие органы и внутренние поверхности дробильных ка­мер всех типов дробилок относятся к тяжело нагруженным дета­лям, так как испытывают большие деформирующие нагрузки, под­вергаются сильным ударам и интенсивному износу. Поэтому их изготавливают из сталистых чугунов, кованых высокоуглеродис­тых, специальных и износоустойчивых марганцовистых сталей, обеспечивающих надежную и безотказную работу машин в тече­ние длительного времени.

Серьезной проблемой, сопровождающей измельчение каменных материалов, является пылеобразование. Камнедробилки - мощные источники пыли, опасной для людей, живой природы и машин. Для борьбы с пылью пылящие зоны закрываются кожухами, воздух из них отсасывается и очищается, а дробимый материал и зоны дробления увлажняются распылением воды, тумана или насыщенного пара.

Таблица 6.3