Добыча каменных материалов ведется как обычными строительными машинами, так и специально предназначенными для работы в карьерах. К ним относятся бурильные машины, разбуривающие шпуры и скважины в наиболее прочных скальных массивах для разрушения их взрывом, карьерные одноковшовые экскаваторы -прямые лопаты (рис. 6.1) и драглайны (рис. 6.2), разбирающие прочную взорванную и более слабую невзорванную породы, а также самоходные фрезы (рис. 6.3), сконструированные для переработки в щебень известняковых массивов.
Бурильные машины для разрушения горной породы (рис. 6.4) используют ударные, вращательные, ударно-вращательные и нетрадиционные способы действия. Ударные машины применяются для бурения крепких и средних пород, вращательные - средних и мягких пород, ударно-вращательные - очень крепких и крепких пород.
Нетрадиционными называются способы бурения, успешно прошедшие лабораторные и полевые испытания, удачно реализованные в конструкторских разработках, но не нашедшие мас-
Рис. 6.1. Карьерный экскаватор на разборке взорванной горной породы
Рис. 6.2. Схема эскаватора-драглайна
Рис. 6.3. Фреза для переработки мягких горных пород в щебень
сового применения по организационным, экономическим или иным причинам. К ним относятся:
термический способ бурения, при котором порода прожигается плазмой, подаваемой со скоростью до 2 000 м/с при температуре 2500...3500 °С;
гидродинамический способ бурения, при котором порода разрушается струей воды, подаваемой под давлением не менее 50 МПа;
электрогидравлический способ бурения, при котором порода разрушается высокочастотными гидравлическими ударами, сопро-
Бурильные установки
| Назначение |
| я | |
| ft | S |
| м | и |
| э | м и |
Способы бурения
| и | |||
| Я | |||
| л | |||
| ш | |||
| н | |||
| Я | я! | И | |
| X О | я | ||
| ft | л | ||
| я | и | ш | |
| л | н | ||
| С- | Он | Ж Оч | |
| И Е | и Ј | а | « |
Рис. 6.4. Классификация буровых установок
вождающими кавитацию жидкости, возникающую в результате электрических микроразрядов;
способ ультразвуковой эрозии, при котором порода разрушается абразивными частицами (в том числе и продуктами разрушения), беспорядочно двигающимися под действием ультразвука в суспензии, подаваемой в забой.
Установки ударного бурения делятся на перфораторы для бурения шпуров диаметром до 75 мм и глубиной до 9 м и станки ударно-канатного бурения для бурения скважин диметром до 300 мм и глубиной до 40 м.
Перфораторы. Перфораторы являются инструментом ударно-поворотного действия и применяются для бурения крепких пород и пород средней крепости (рис. 6.5). Перфораторы обычного типа работают с частотой до 30 Гц, быстроударные - с частотой от 35 Гц и выше. Ручные легкие и средние перфораторы используют при горизонтальном бурении или бурении сверху вниз. Легкие перфораторы массой до 18 кг применяются для бурения пород с коэффициентом крепости до 10, средние перфораторы массой до 25 кг - не выше 15; тяжелые ручные перфораторы массой не более 35 кг - до 20.
^Колонковые перфораторы используют для бурения пород средней крепости и крепких. Они устанавливаются на распорных колонках, буровых каретках (рис. 6.6) и манипуляторах погрузочных и специальных машин. Телескопные перфораторы применяют при бурении снизу вверх вертикально и с отклонением до 45° пород
Перфораторы
любой крепости. Установки отличаются обязательным наличием устройства принудительной осевой подачи бурового инструмента. Устройство и принцип работы перфоратора независимо от типа и размера (рис. 6.7) определяются характером используемого энергоносителя (сжатый воздух или масло) и особенностями распределительных устройств.
Работает перфоратор следующим образом. При движении поршня вниз воздух из-под него выходит через канал 2, пока стенка поршня не перекроет отверстие. Продолжая двигаться по инерции вниз, поршень вытесняет воздух через канал 8 в камеру 7, из-за чего заслонка 5 закрывает канал 4. В результате упругого удара бойка о хвостовик бура поршень отбрасывает вверх. При движении вверх его стенка
| Быстроударные |
Частота ударов
Способ применения
| >s | ||
| т | ||
| о | ||
| « | к | |
| у | ч | |
| >"i | о | |
| Он | « | |
| ____ 1 | ||
| « | « | |
| >s | Я | |
| X tn <L> Ч | о. и | I OS |
| Боковая промывка и про |
Способ очистки шпура
Рис. 6.5. Классификация перфораторов
Рис. 6.6. Колонковый перфоратор на самоходной бурильной каретке
снова закрывает канал 2, воздух над поршнем сжимается и открывает канал 4, закрывая заслонкой 5 канал 8. Затем цикл повторяется.
Ударно-поворотными перфораторы называются потому, что благодаря специальному храповому колесу бур после удара о породу поворачивается на небольшой угол. Это обеспечивает равномерный износ инструмента и концентричность пробуриваемого отверстия, что исключает заклинивание инструмента в шпуре.
| Рис. 6.7. Устройство и работа пневматического перфоратора: 1 - корпус цилиндра перфоратора; 2 -канал, связывающий цилиндр с атмосферой; 3 - поршень с бойком; 4 - канал подачи воздуха в цилиндр; 5 - двухпо-зиционная клапанная заслонка; 6 — канал подачи сжатого воздуха от компрессора; 7 - воздухораспределительная камера; 8 - канал для подачи воздуха, перебрасывающего заслонку; 9 — бур |
Бур перфоратора состоит из коронки, являющейся разрушающей частью инструмента, непосредственно взаимодействующей с породой, стержня, на нижний конец которого надевается или наваривается коронка, и хвостовика, закрепляемого в перфораторе и воспринимающего удары его бойка. На рабочем торце коронки привариваются твердосплавные долота (рис. 6.8), которые и разрушают породу. Звездчатые и крестовые коронки применяются при бурении весьма крепких пород, двухдолот-чатые •- при бурении трещиноватых пород и однодолотчатые - в осталь-
nvypw,u, и идпидили гчатые — в остальных случаях. Стержни буров изготавливаются из высококачественных углеродистых сталей и имеют осевое отверстие по всей длине.
Рис. 6.8. Расположение твердосплавных долот на рабочей поверхности коронок
буров перфораторов (вид снизу):
а - однодолотчатая; б - двухдолотчатая; в - крестовая; г - звездчатая; / - долото; 2 - тело
коронки
Отверстие служит для подачи в зону бурения промывочной жидкости или сжатого воздуха, которые выносят из шпура или скважины продукты разрушения и одновременно охлаждают инструмент.
При необходимости создания дополнительного осевого усилия подачи при бурении перфоратором наклонных шпуров используются пневмоподдержки. Общим для этих механизмов является телескопическая трубчатая конструкция, устанавливаемая в забое под нужным углом и при раздвижении с помощью сжатого воздуха осуществляющая осевую подачу перфоратора.
Станки ударно-канатного бурения. При ударно-канатном бурении порода разрушается от ударов, наносимых периодически падающим на дно скважины буровым снарядом (рис. 6.9). Буровой снаряд состоит из долота, навинчиваемого на нижний конец штанги снаряда, и канатного замка, обеспечивающего надежное соединение снаряда с подъемным канатом и навинченного на верхний конец штанги.
По форме ударной части долота различают плоское (с головкой в форме зубила) долото, применяемое для бурения нетрещиноватых пород, крестовое (с одинаковыми и разновысокими головками) долото, используемое при бурении трещиноватых пород, и фасонное (копытное), с седловидной рабочей поверхностью. При ударе о дно скважины долото крошит породу, выбивая в ней ка-
Рис. 6.9. Схема станка ударно-канатного бурения:
1 - буровой снаряд; 2 - грузоподъемный канат; 3 - направление движения грузового
каната; 4 - головной блок; 5 - мачта; 6 - подкос; 7 - оттяжной блок, 8 - направление
вращения кривошипного колеса; 9 - подъемный барабан; 10 - направляющий блок;
11 - кривошипное колесо, 12 — шатун
навку, затем, поднимаясь, оно немного поворачивается и следующий удар образует канавку рядом с первой. Куски породы, оказавшиеся между канавками, скалываются, благодаря чему и происходит углубление скважины. Продукты разрушения удаляются из скважины промывочной жидкостью, подаваемой с поверхности и вычерпываемой так называемым желоночным устройством.
Буровой снаряд ударяется о дно скважины с частотой до 1 Гц, благодаря оттяжному блоку, соединенному с шатуном ударного кривошипно-шатунного механизма. В ходе этих колебаний снаряд поднимается над дном скважины на высоту 0,6... 1,3 м, падает вниз и снова поднимается. Общая длина каната регулируется подъемным барабаном таким образом, чтобы при неподвижном снаряде долота не доставали до дна скважины на 20... 50 мм. Благодаря этому канат все время находится в натянутом состоянии и испытывает меньшие динамические нагрузки при подъеме бурового снаряда, так как работает в режиме «подъем с веса». Станки ударно-канатного бурения устанавливаются на рамах с полозьями или самоходных, чаще гусеничных шасси, и оснащаются приводом от двигателя внутреннего сгорания или от стационарной электрической сети. Поскольку эти установки не перебрасываются собственным ходом на значительные расстояния, к их ходовой трансмиссии и движителю серьезных требований не предъявляется.
Производительность станков ударно-канатного бурения (Пуд) измеряется в сантиметрах скважины, пробуренной в единицу времени, поэтому размерности величин, входящих в формулу для ее расчета, не всегда совпадают с единицами измерения, предусмотренными СИ:
| (6.1) |
42тснйпод"уА
где гасн - масса бурового снаряда, приходящаяся на 1 мм диаметра скважины, кг/мм (для слабых пород - 2, для пород средней крепости - 4, для крепких пород - 6,5); /гпод - высота подъема бурового снаряда, м; иуд - частота ударов снаряда о дно забоя в минуту; ke -коэффициент использования времени смены; а - удельная работа, затрачиваемая на разрушение 1 м3 породы (табл. 6.2); rfCKB - диаметр скважины, см.
Таблица 6.2
