Реферат: Колонковый перфоратор
Заказ №1759
Введение в специальность
Реферат „Колонковый перфоратор„
План
2. Распорные колонки и каретки
3. Давление сжатого воздуха, подаваемого в перфоратор
Введение
Область практической деятельности человека, связанная с извлечением полезных ископаемых из недр Земли. Обычно под горным делом понимают добычу рудных полезных ископаемых, содержащих в качестве ценных компонентов металлы. Однако горная промышленность поставляет также большое количество нерудных и твердых горючих полезных ископаемых, таких, как ископаемый уголь, сера, калийная и каменная соли, строительные материалы, флюсы и многие другие виды минерального сырья.
Выбор способа разработки определяется главным образом размерами, конфигурацией и глубиной положения залежи, а также физическими свойствами полезного ископаемого и вмещающих пород.
При буровзрывной отбойке прежде всего бурят шпуры для размещения в них ВВ. В течение долгого времени стандартным был ручной способ бурения шпуров; он до сих пор применяется при разведочных работах, в малых рудниках и даже на отдельных изолированных участках крупных рудников, где затраты на обеспечение сжатым воздухом и на механическое оборудование неоправданны.
Существуют разные типы механических буровых станков. Большинство операций по бурению в угольных шахтах производится пневматическими или электрическими вращательными установками шнекового типа. В крепких породах обычно используются ударные пневматические поршневые перфораторы, в которых поршень, совершающий возвратно-поступательные движения, наносит сильные удары по хвостовику рабочего органа (бура), эластично закрепленного в патроне на переднем конце перфоратора. В то же время механизм перфоратора предусматривает вращение бура. Перфораторы типа отбойного молотка меньших размеров бывают ручными либо на цилиндрической пневмоподдержке. По мере того, как в процессе бурения рабочий орган перфоратора углубляется, пневмоподдержка поднимается, удерживая положение перфоратора и его рабочего органа на одной линии с пробуриваемым шпуром. Пневматические бурильные молотки большей мощности, называемые колонковыми перфораторами, часто устанавливаются на рамах или колонках, которые, в свою очередь, зажимаются в суппорт на коротком горизонтальном стержне, прикрепленном к вертикальной распорной стойке, закрепленной домкратами между кровлей и почвой горной выработки.
Гидроприводные бурильные устройства вращательного типа позволяют достигать более высоких скоростей бурения и снижения уровня вредных шумов. При проходке больших подземных выработок используются буровые каретки – передвижные устройства, состоящие из нескольких колонковых перфораторов, что ускоряет буровой цикл. Для вертикального обуривания кровли и проходки наклонных скважин применяются пневматические устройства, называемые телескопными перфораторами. В таких системах рабочий орган, сам перфоратор и пневмоцилиндр располагаются на одной линии. Пневматический цилиндр, удерживающий рабочий орган на забое, удлиняется по мере углубления. Буровые станки, монтируемые на передвижных платформах, из-за больших вертикальных габаритов чаще используются на открытых горных выработках. Пневматические перфораторы, применяемые при добыче полезных ископаемых, работают на сжатом (до 860 кПа) воздухе. Для удаления буровой мелочи и подавления пыли используется вода, которая нагнетается к забою через осевой канал поршня-ударника и промывает скважину в пространстве между буром и горными породами
1. Колонковые перфораторы
Описывая особенности конструкции перфораторов конца двадцатых и начала тридцатых годов, А.И. Аристов отмечает, что применявшиеся в тот период колонковые перфораторы (рис. 1) имели диаметр цилиндра 79,19, 88,89 и 101,8 мм или в дюймах, соответственно, 3, 3,5, 4, ход поршня от 63,5 до 88,9 мм (2Ѕ - 3Ѕ in) и массу машин первого типа от 50 до 60 кг, второго - 65 - 70 кг и третьего типа - 85 кг. Перфоратор массой 85 кг обслуживался двумя рабочими и применялся при проведении горных выработок большого сечения в крепких породах.
рис. 1
1 – Колонка, 2 – перфоратор с буром, 3 – винтовой ручной податчик,
4 – бак с водой для подачи воды в шпур.
В двадцатые годы XX века значительно возросли производительность бурения и члена звена, принимавшего участие в процессе бурения .
Колонковые перфораторы выпускали фирмы Ингерсоль-Ранд (L-74, N-75, N-72, S-70, X-71), Кливленд-Рок Дрилл (D-7,В-9), Гарднер-Денвер (7, 17), Чикаго-Пневматик (СР-5, СР-6), Сулливан (Т-5, Т-3, Т-6), Джильман Мануфактуринг Ко (87, 88, 25, 50, 20, 69, 80), Хольман (SL-11, SL-12, SL-16).
В зависимости от условий применения, крепости породы и глубины шпуров перфораторы различались по массе.
К первой группе относяться машины массой до 55 кг (например, L-74), до 65 кг (N-75) и более 65 кг для бурения шпуров глубиной, соответственно, 4,5, 6 и 10 - 11,5 м (S-70). Последние, наиболее тяжелые машины предназначены для бурения скважин в подземных и карьерных работах. Такая классификация соответствовала продукции, выпускавшейся фирмой Ингерсоль-Ранд. Фирма рекомендовала машины первой группы для бурения в породах средней и выше средней крепости, второй группы – в породах выше средней крепости и крепких, третьей группы – в крепких и очень крепких породах.
Характеристика колонковых машин Таблица 1
|
Тип машин бурения |
Породы бурильщик |
f | Производительность, м/ч | Тип машин |
| бурения | ||||
| Штреки | ||||
| Колонковые | Габро и сланец | 4-6 | 1,41 | 1,41 |
| среднего веса | То же | " | 1,3 | 1,3 |
| " | Брекчии | " | 3,16 | 3,16 |
| " | " | " | 3,6 | 3,6 |
| " | Сульфиды | " | 4,5 | 2,025 |
| " | " | " | 4,68 | 2,34 |
| " | Кварц | " | 3,56 | 1,78 |
| " | Кварцевый монзонит | " | 2,53 | 2,53 |
| Колонковые | Сланец | 6-9 | 0,9 | 0,9 |
| тяжелые | Известняк | " | 2,74 | 2,74 |
| " | Кварц | " | 4,5 | 4,5 |
| " | " | " | 1,125 | 1,125 |
| " | Андезиты | 2,0 | 2,0 | |
| " | Сульфиды | " | 1,29 | 1,29 |
| " | Лава | " | 2,85 | 2,85 |
| " | Порфир с кварцем | " | 1,5 | 1,7 1,5 |
| " | Кремнистые породы | " | 1,68 | 2,25 1,68 |
| Квершлаги | ||||
| Легкие | Аргиллит | 4-6 | 2,25 | 2,25 |
| " | Железная руда | 6-9 | 3,56 | 1,78 |
| " | Гранит средней крепости | - | 3,67 | 3,67 |
| " | Кварцевый монцонит | 10-15 | 1,68 | 1,68 |
| " | " | " | 2,18 | 2,18 |
| " | Кварцевый порфир | >15 | 1,83 | 1,83 |
| " | " | " | 2,12 | 2,12 |
| Тяжелые | Твердый сланец | 4-6 | 4,05 | 4,05 |
| " | " | " | 2,12 4,25 | 2,12 4,25 |
| " | Гранит | 6-9 | 2,7 | 2,7 |
| " | Сульфиды | " | 3,75-4,5 | 3,75-4,5 |
| " | " | " | 2,25 | 2,25 |
| " | Трапп | " | 2,25 | 2,25 |
| " | Доломит, известняк | " | 2,62 | 2,62 |
| " | Вязкий порфир | 10-15 | 4,46 | 2,23 |
| " | Очень твердые сульфиды | " | 1,875 | 1,875 |
| " | Твердый кварцит | " | 2,25-3,0 | 2,25-3,0 |
| " | " | " | 3,0-3,75 | 3,0-3,75 |
| " | Серый гнейс | " | 5,57 | 5,57 |
| " | Твердый габро | >15 | 2,36 | 2,36 |
| " | Диабаз | " | 4,92 | 2,46 |
| Тоннели и штольни | ||||
| Сулливан # 2 шт.DR-6 | Конгломерат, диорит | 6-9 | 23-29 | 3,8-3,8 |
| Ингерсоль-Ранд # | Кварцит и сланец | 6-9 | 25,9 | 3,24 |
| GD-17 и IR-72 # | Песчаник, диабаз | 6-9 | 15,6-19 | 2,2-3,73 |
| Каретка на 4 шт.IR-72 и 75 | Известняк, сланец | 6-9 | 24,0 | 3,0 |
| Каретка на 4 шт.IR-72 и Сулливан | Крепкий гранит | >15 | 38,4 | - |
Перфораторы на распорных стойках;
f - коэффициент крепости по шкале проф. М.М.Протодьяконова.
Для колонковых машин в системах воздухораспределения применялись кольцевой, откидной катушечный, трубчатый, подковообразный, трехкатушечный клапаны.
Фирма Джильман к 30-м годам также разработала новую конструкцию клапана, применив пластинчато-подковообразный клапан. Геликоидальный стержень в перфораторе заменен турбинкой, располагавшейся в передней части машины вдоль её продольной оси. Таким образом, фирма вернулась к идее независимого вращения бура, использовавшейся в первых конструкциях перфораторов XIX века.
Характеристика колонковых машин Таблица 2
В таблице:
G - масса машины,кг; Dп - диаметр поршня,мм; h - ход поршня, мм;
nуд - частота ударов поршня в мин.; Qсв - расход сжатого воздуха, м/мин; lп - величина подачи, м; Lм - длина машины,м; dс - диаметр шпура, мм.
Характерно для этого периода внедрение в практику подачи перфоратора на забой от воздушного моторчика. Подача колонкового перфоратора осуществлялась обычно вручную с помощью продольного винта и гайки, а длина салазок перфоратора рассчитывалась на подачу машины до смены бура, 609,6, 762 и 914,4 мм или около этих величин. Воздушная турбинка применялась в машинах марок L-74, N-75, Х-72 и S-70 фирмы Ингерсоль-Ранд. У бурильщика появилась возможность обслуживания не одной, а двух машин. Отмечают, что за счет механической подачи на 12% увеличилась скорость бурения.
Фирма Джильман предусматривала в конструкции своих машин подачу с помощью пневмоцилиндра.
Для этого периода характерно также массовое внедрение автоматических масленок, изобретенных в начале века. Для целей промывки шпуров водой фирмы поставляли специальные баки для воды, располагаемые непосредственно в забое.
Если характеризовать наиболее существенные конструктивные изменения в колонковых перфораторах к концу 30-х годов, то фирмы вместо поршневых машин перешли на изготовление в основном перфораторов молоткового типа, у которых поршень не соединен жестко с буром. В результате снизилась масса машины, увеличились число ударов поршня и производительность бурения. До тридцатого года фирма, например, Ингерсоль-Сержент выпускала перфораторы массой от 46 до 182 кг, с диаметром цилиндра от 50 до 90 мм, ходом поршня от 125 до 175 мм и числом ударов всего 300-500 в минуту. Однако уже в этот период компания Ингерсоль-Ранд производила тяжелые перфораторы молоткового типа марок 18 и 26 массой 67 и 43 кг с диаметром цилиндра 64 и 57 мм, ходом поршня, соответственно, 76 и 64 мм и числом ударов поршня больше 1500 в минуту.
В тот период фирма Ингерсоль-Ранд задалась целью приспособить перфораторы тяжелого типа для подземной разведки, бурения скважин глубиной до 20 - 30 м. Фирма разработала машину S-80 с независимым вращением бура с помощью воздушной турбинки. Для мощного перфоратора отдельный привод для вращения бура был рациональнее использования для этих целей геликоидального стержня. Таким образом, известная идея применения в перфораторе независимых приводов использована в новом качестве, при конструировании мощных тяжелых машин.
К восьмидесятым годам конструкция перфораторов настолько изменилась, что появилась потребность в их новой классификации. В крупной работе по конструкции и теоретическим основам конструирования перфораторов приводится следующая классификация конструктивных схем машин.
По устройству схем воздухораспределения авторы различают: клапанное (К), золотниковое (З), беззолотниковое (Б), комбинированное (КБ), например, клапанно-беззолотниковое, и с механическим приводом распределительного органа (М), например, от пневмомотора.
По устройству вращения бура различают:
1) без вращателя,
2) с геликоидальным вращателем от ударника (или с геликоидальным стержнем или со спиральными шлицами на переднем и заднем штоке ударника),
3) с независимым приводом от отдельного двигателя. При вращении от отдельного двигателя могут применяться схемы:
а) возвратно-поступательного или возвратно-поворотного действия (прерывистое вращение инструмента);
б) вращательного действия.
4) с комбинированным приводом от геликоидального стержня и мотора. У колонковых перфораторов получили распространение схемы с независимым приводом. У перфоратора ПК-60 и ПК-75 вращатель - высоко моментный пневматический мотор планетарно-роторного типа, а у перфораторов фирмы Ингерсоль Рэнд Д 475 и 550 вращение бура осуществляется от шестеренчатого мотора на хвостовик бура через две пары зубчатых колес и ведущую втулку. Аналогичного типа вращатели приняты у колонковых перфораторов фирмы Гарднер-Денвер РR-1231 , PR-1331. PR-1431 (Рис. 2).
Рис. 2.
1 - шестеренчатый пневмомотор,
2, 7 – пары зубчатых колес,
5 – внешний телескопный вал, передающий вращение через зубчатые колеса поворотной буксе,
6 – ударник,
3, 4 – пусковой кран и золотник.
А, Б, В, Г – камеры и воздушные каналы.
Все выпускавшиеся пневматические перфораторы имели, как правило, следующие технические решения: ударник имел удлиненную форму, распределительный механизм - бесклапанный, выхлоп воздуха производился через кожух-глушитель, отработанный сжатый воздух для смазки податчика подавался через редуктор вращателя на направляющие податчика.
Наиболее полно имевшиеся в восьмидесятые годы тенденции проектирования были представлены в перфораторах серии СОР 900 фирмы "Атлас Копко". Эти тенденции следующие:
1. Воздух в ударник подается без масла, поршень движется в цилиндре с зазором. Стержень поршня ударника движется в опорных втулках, смазываемых воздушно-масляной эмульсией, подаваемой по рукаву. Смазка подается также к заднему торцу поршня ударника, который благодаря этому всегда впереди и готовый к запуску машины.
2. Машина оснащается поршнем-податчиком, прижимающим инструмент к забою и воспринимающим импульсы отраженной волны. Сжатый воздух подается под поршень от смазочного рукава через обратный клапан.
3. Смазка шестеренчатого пневмодвигателя вращателя производится воздушно-масляной эмульсией, и расход масла снижается.
4. Выхлоп двигателя вращателя производится через редуктор и втулку хвостовика, надежно защищенную по этой причине от попадания в неё грязи.
5. При изменении диаметра штанги меняется длина рабочего хода и, следовательно, энергия и частота удара.
2. Распорные колонки и каретки
Первые далеко несовершенные бурильные машины конструировались и изготавливались значительной массой (весом). Так, бурильная машина Соммелера имела массу около 200 кг, Ферру - 125 кг, перфоратор фирмы Ингерсоль-Ранд, используемый значительно позже, в 1911 г., имел массу 90 кг. Для бурения подобной машиной в забое требовалось соответствующее приспособление. Распорные колонки уже широко применялись для установки вращательных аппаратов, приводимых в действие мускульной силой человека, для бурения в некрепких породах, и требовалось только приспособить их для бурения перфораторами, работавших на сжатом воздухе и другой энергии.
Конструкция распорных колонок, представляли собой винтовой домкрат, состоящий из труб и гайки винтового распора на конце трубы. Длина колонки соответствовала линейному размеру сечения выработки. Применялись вертикальные (рис. 3) и горизонтальные колонки, получившие как первые, так и вторые одинаковое распространение в практике. Горизонтальные колонки применялись при совмещении операций бурения и уборки породы.
С увеличением сечения выработки и длины колонки больше 2,5 м они становились тяжелыми, неудобными в работе, а закрепление на них машины становилось ненадежным.
Перфоратор на колонке закрепляли или непосредственно на трубе колонки или при использовании вертикальной колонки на консоли (ручке) с помощью хомута, позволяющего перестанавливать машину вдоль колонки. Расстояние колонки от забоя обычно рекомендовалось 0,5 - 0,6 м при бурении шпуров до 1 м и до 1,8 м, и 0,7 - 1 м при глубине шпуров в 2 - 3,5 м. Это расстояние устанавливалось в зависимости от разницы в длине буров в комплекте с расчетом их замены без перестановки перфоратора на колонке.
Колонки применялись двух типов: с одним домкратом для установки на них легких машин и с двумя домкратами - для более тяжелых машин.
Рис. 3. Распорные колонки.
Колонки нашли широкое применение в практике бурения шпуров и используются до сих пор.
С помощью колонок был осуществлен ряд рекордных проходок тоннелей и горизонтальных выработок на рудниках , где обеспечивалась высокая производительность бурения и бурильщика.
В горной практике России распорная колонка дала термин перфораторам, устанавливаемым на ней и каретках. В бывшем СССР к колонковым перфораторам относили машины массой более 30 кг.
Колонки сначала изготавливались кустарно, в мастерских рудников, а затем их изготовление было освоено многими фирмами, разработавших ассортимент колонок.
Фирма Ингерсоль-Ранд выпускала колонки с диаметром от 75 до 115 мм и массой от 56 до 136 кг .
Распорные колонки фирмы Ингерсоль-Ранд Таблица 3
Несмотря на простую конструкцию колонок и их дешевизну, они при бурении в забое имели существенные недостатки: большое время на подготовительные и вспомогательные операции при бурении, нетранспортабельность по причине их большой массы, ненадежность закрепления тяжелой машины на колонке и самой колонки в забое.
Для надежности закрепления стойки между стенками или кровлей и почвой выработки применяли контрстойки, хомуты для крепления машины стягивали болтами большого диаметра, гайки которых часто затягивались ручными ключами с рычагами длиной до 1 м. Делались попытки, например, фирмой Кливленд, применять гидравлические стойки, но они оказывались слишком тяжелыми, до 300 кг, громоздкими и дорогими.
Каретки.
Одной из первых, специально изготовленных для проходки данной горной выработки была каретка , примененная при проходке тоннеля Монт-Сени. Примерно такая же конструкция каретки применялась при бурении вращательными машинами Брандта в забое тоннеля С.Готтар .
Применение специально конструируемых для проходок тележек (кареток) было не единственным путем их изобретения. Имея в забое рельсовые пути, для облегчения доставки в забой и более надежной установки стоек их стали располагать на тележке, часто используя для этих целей раму от вагонетки. Колонки на подобной тележке крепили на вытянутых к груди забоя консолях и дополнительно распирали во время бурения домкратами (рис. 4).
Перфоратор крепился на каретке на нужной высоте и с требуемым его углом наклона к груди забоя. Сжатый воздух и вода подводились к каждой машине гибкими шлангами. Бурильные машины крепились при помощи специальных болтовых стержней впереди и сзади рамы.
Она представляла собой коробчатую пространственную раму, склепанную из котельного железа и поставленную на рельсовый ход.
Вода подавалась из бака, располагаемого рядом с бурильной тележкой или колонкой.
Рис. 4.
Таким образом, колонки трансформировались в каретки. На рудниках и в шахтах практически до тридцатых годов каретки при проведении выработок не применялись. В дореволюционной России выдано значительное количество патентов на конструкции кареток, но все они не технологичны в применении и не могли конкурировать с бурением с колонок, а затем, ручными перфораторами.
При проходке тоннелей, при высоте выработки больше 3 м широко использовались многоярусные помосты, рамные каретки на рельсовом ходу, подаваемые к забою с уже установленными и закрепленными на них перфораторами. На каретке все бурильные машины крепились с расчетом бурения серии горизонтальных параллельных друг другу шпуров.
В тоннельной практике начала первой половины ХХ века фирмы не специализировались на серийном изготовлении кареток. Они изготавливались по индивидуальным заказам (проектам) специально для проходки данного тоннеля, а часто делались в рудничных мастерских и, в общем, применялись редко.
Каретку, применявшуюся в выработке сечением 12 м2 в тридцатых годах ХХ века, более сложную по конструкции, чем первые тележки. Каретка перемещалась у забоя выработки по специальным путям с шириной колеи 3,34 м. Каркас каретки сварен из толстостенных труб диаметром 50 мм и укреплен на фермах фигурными цапфами так, что мог поворачиваться вокруг горизонтальной оси на 900, освобождая основной рельсовый путь для прохода к забою погрузочной машины. На каретке в разных местах на семи горизонтальных поперечных балках расположены 36 тарельчатых захватов для крепления перфораторов в 16 местах их возможного положения, обеспечивая бурение различных комплектов шпуров. На каретке обычно устанавливали от 8 до 14 - 16 бурильных машин на автоподатчиках вибрационного типа, обслуживаемых 4 - 8 бурильщиками. На каретке монтировались коллекторы для труб сжатого воздуха. Для закрепления её в забое, кроме крепления за рельсы, применялись пневматические распорные колонки. На доставку каретки в забой тратилось 2 - 4 мин. При бурении с такой каретки в песчаниках чистая скорость составляла 23 см/мин (13,8 м/ч), а при бурении ручными перфораторами она была в пределах 8 - 12 см/мин (4,8 - 7,2 м/ч). Производительность бурения забоя в сланцах достигала 46,16 м/ч, а бурильщика - 11,5 м/ч.
В конце тридцатых и сороковых годах каретки стали конструировать и выпускать сериями различные фирмы.
Американская каретка Смелтон и Рифайн имела рельсовый ход и снабжена выдвижной консольной балкой, на конце которой монтировались колонки с держателями для перфораторов. Балка выдвигалась на 1,4 м. Каретка такой конструкции могла применяться в выработках сравнительно небольшого сечения (8 - 12 м2).
4. Буры и головки буров
Буры из углеродистой стали. Проблема совершенствования инструмента для бурения шпуров существовала всегда и особенно обострилась с увеличением мощности машин, силы удара на бур.
При применении буров из углеродистой стали для бурения шпуров в крепких породах расходовалось огромное количество буров.
При проведении выработок по крепким песчаникам в начале ХХ века на метр шпура расходовали от 11 до 23 буров, а на один шпур глубиной 0,4 м от 5 до 9 буров. При двухсменной работе забой такой выработки продвигали за месяц на 4 - 5 м из расчета в среднем 46 смен и до 92 выходов рабочих.
Чтобы уменьшить массу буров, регулярно доставляемых в забой и из забоя, увеличить стойкость буров и скорость бурения при традиционном использовании в горной промышленности США и Канады колонковых машин, там еще в двадцатых годах перешли на бурение съемными коронками из легированной стали. Уже было освоено производство твердого сплава "стеллит", изобретенного в 1907 г американцем Хайнес. В состав сплава входили кобальт, хром, вольфрам, кремний и др. Стеллит наплавлялся на рабочую поверхность резца.
Углеродистая сталь стала поступать на горные предприятия с содержанием углерода в пределах 0,7 - 0,95%, содержание марганца допускалось в ней в пределах 0,2 - 0,35%, для увеличения упругости буров в сталь добавлялся кремний в количестве 0,1 - 0,2% и не допускалось содержание фосфора и серы более 0,5%. Улучшилась, как он отмечает, обработка центрального канала бура, он стал более гладким. В американской практике диаметр центрального отверстия был принят 6,3 мм и 7,9 мм. Длина прутков стали для буров принята 6 - 8 м.
Большое внимание в этот период уделялось технологии заправки буров на специальных станках горячей ковки с последующими процессами закалки и отпуска металла головки и хвостовика буров, выбору рациональных параметров головки бура. Так, утверждается , что качественная закалка и заправка уменьшает затупляемость бура в 5 раз, а производительность бурения увеличивается почти в два раза .
С внедрением бурозаправочных станков (Рис. 5) была снижена острота проблемы заправки буров. При ручной заправке буров кузнец с подручным, имея в своем распоряжении горн, наковальню и ванну для закалки буров, заправляли за смену 60 - 100 буров. На бурозаправочном станке типа Лейнера фирмы Ингерсоль-Ранд в смену заправляли 250 - 350 буров.
Рис. 5.
Стандартной головкой считалась крестовая форма головки с углом приострения лезвий от 90 до 1050 в зависимости от крепости породы. Толщина пера лезвия рекомендовалась не менее 13 мм при диаметре штанги бура 22 - 25 мм и 16 мм при диаметре буровой стали 32 мм.
Съемные коронки в этот период применялись как крестовые, так и трехперые, долотчатые и даже шестиперые, а буровая сталь в сечении: круглая, гексагональная, ортогональная, крестообразная, от ⅞ до 1ј in (от 22,2 до 31,75 мм) в диаметре.
Следующим крупным шагом решения проблемы совершенствования конструкции буров было применение карбидо-вольфрамо-кобальтовых твердых сплавов.
Сплав Видиа наиболее успешно применялся при вращательном бурении. Отмечается, что в 1932 г. одной коронкой диаметром 200 - 300 мм, армированной таким сплавом, пробурили скважину по углю длиной 95 м.
3. Давление сжатого воздуха, подаваемого в перфоратор
Характеристика энергии сжатого воздуха, подаваемой для бурения шпуров в забой, в значительной степени влияют на производительность процесса бурения. От давления сжатого воздуха, подаваемого в забой, в прямой зависимости растет чистая скорость бурения перфоратором.
Первые конструкции перфораторов, получивших применение во второй половине Х1Х века, работали в основном на давлении сжатого воздуха до 5 атм. Упоминавшаяся нами выше одна из первых конструкций перфораторов Шумана работала на сжатом воздухе с рабочим давлением всего в 2 атм., что считалось одним из её преимуществ при эксплуатации.
Тем не менее, к концу Х1Х века уже ставился вопрос о бурении перфораторами с повышенным давлением сжатого воздуха, как одного из факторов увеличения чистой скорости бурения , но в то же время отмечалось, что подавать в забой сжатый воздух с повышенным давлением экономически не целесообразно.
В ХХ веке перфораторы изготавливались с расчетом подачи в них при бурении сжатого воздуха с давлением 5 атм.
Степень увеличения чистой скорости бурения ручным перфоратором коронкой диаметром 53 мм характеризуется следующими коэффициентами :
Давление сжатого воздуха у забоя, Н/м2*105 5 6 7 8 9 10 11
Относительный коэффициент скорости бурения 1,0 1,27 1,46 1,59 1,64 1,67 1,7
Скорость бурения колонковыми перфораторами также увеличивается в среднем в 1,5 раза с повышением давления сжатого воздуха у забоя с 5*105 до 7*105 Н/м2 (с 5 до 7 атм.).
Кроме увеличения чистой скорости бурения, при повышении давления сжатого воздуха снижается его расход на 1 м3 отбитой горной массы и удельный расход буровой стали, работа перфоратора характеризуется устойчивостью режима, резкими ритмичными ударами поршня, равномерным вращением бура.
Однако при имеющемся в тот период техническом оснащении с повышением давления сжатого воздуха у забоя выше 8 атм. наблюдались отрицательные стороны: перфораторы, шланги, буры при таком давлении не выдерживали длительной работы, машины быстро перегревались, буры ломались, шланги лопались. Увеличивался шум в забое и вибрации, отрицательно влияющие на организм человека.
Очевидно для перехода на бурение с давлением сжатого воздуха выше 8 атм. необходимо коренное переоборудование пневматического хозяйства, переход на более экономичные при высоком давлении компрессоры, высокопрочные трубопроводы и шланги, перфораторы, буры и коронки, рассчитанные на работу с высоким давлением сжатого воздуха. По существу для перехода на бурение с высокими параметрами сжатого воздуха необходимо создание новой технологии и производства оборудования. Поэтому, как считается в конце ХХ века, экономически оправданным повышение давления сжатого воздуха у забоя до 7 - 8 атм.
Заключение
Технический прогресс в технологии проведения тоннелей и других горных выработок буровзрывным способом в крепких породах в Х1Х и ХХ столетиях практически целиком зависел от совершенствования бурения шпуров (скважин).
В результате совершенствования технических средств за все периоды развития технологии производитеьность бурильщика (оператора) возросла в сотни и тысячи раз.
Характерной особенностью в истории развития технологии является скачкообразное изменение отдельных параметров процесса бурения и, соответственно, его производительности.
Первый существенный скачок производительности бурения произошел в Х1Х века после изобретения и внедрения в практику поршневых перфораторов. В двадцатых годах ХХ века значительный скачкообразный рост параметров процесса бурения произошел за счет применения колонковых Лейнеровского типа перфораторов, съемных коронок бура и твердых сплавов, рамных и стреловидных кареток, а в конце 40-х годов - гидравлических кареток. В начале шестидесятых годов революционное изменение параметров процесса бурения произошло при внедрении в практику гидравлических перфораторов. Скачек чистой скорости бурения гранита характеризуется, в частности, увеличенм этого параметра с 0,6-0,8 до 1-1,2 м/мин, а в дальнейшем до 3-3,5 м/мин.
При внедрении гидравлических полуавтоматических кареток время перехода от бурения одного шпура к другому сократилось с 2 мин до 6-10 с. (12-20 раз).
За весь период развития технологии наблюдалась устойчивая тенденция замены тяжелого ручного труда на механизированный, облегчения условий труда бурильщика (оператора).
Применение гидравлических кареток, увеличение глубины шпуров, подачи на эту глубину без операции замены бура и резкое повышение производительности бурения с кареток позволило перейти изобретателям и конструкторам на решение проблемы автоматизации процесса бурения.
Эта проблема начала активно решаться практически сразу с появлением на рынке первых ГП. В начале 80-х годов произошло соединение в бурильной установке гидравлики и компьютера.
Автоматические каретки успешно использовались при проведении тоннелей и на рудниках.
Автоматизация процесса бурения шпуров открывает широкие перспективы совершенствования технологии буровзрывных работ. Она ведет к освобождению оператора от рутинного постоянного наблюдения за работой машины, к повышению уровня безопасности труда и, в перспективе, выводу бурильщика из забоя, бурению забоя без присутствия в нем человека.
При бурении с автоматических установок с компьютером на борту растет производительность бурения и бурильщика.
Используемая литература
Каннегисер И.С. Туннельные работы. СПБ: вып.1. Общие туннельные работы. 1899. - 96 с., 218 илл.
Алямский А.М. Бурение при разработке рудных месторождений.М,-Л.-Новосибирск:Гос.научно-техн.изд., 1933.- 80 с.
Вовк А.А.Взрыв. Киев: Наукова думка, 1979.- 176 с.
Трушков Н.И. О скорости прохождения штреков. // Горный журнал, 1913, N 1-2, Раздел "Горное и заводское дело". С. - 1 - 39.
Аристов А.И. Проведение горизонтальных подготовительных выработок на металлических рудниках. М.-Грозный-Л.-Новосибирск. 1934. - 284 с.
Пневматические машины ударного действия для проходки скважин и шпуров. Новосибирск: Наука, 1980. - 216 с.
Федотов А.Н., Король Л.Б. Перфораторы на пневмоподдержках. М.:Недра, 1965. - 220 с.
Скоростная проходка дренажного тоннеля (реф. из "Eng. and Min. J.", 1939, N 12, p.34). // Новости техники, 1940, N 13 - 14. - С. 31 - 32.
Справочник по каменоугольному делу. Горные работы и крепление. / Ред.проф.А.А.Скочинского. Харьков: Донуголь, 1928. - 336 с.
Крестьянинов С.П. Американские перфораторы в горно-рудном деле. М.-Л.: Гос.научно-техн.изд., 1931. - 100 с.