Повышение эффективности бурения шпуров при проведении горизонтальны
..pdfПЕРМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
К а ф е д р а т е х н о л о г и и и к о м п л е к с н о й м е х а н и з а ц и и
д о б ы ч и п о л е з н ы х |
и с к о п а е м ы х |
Л ы хин П . |
А . |
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ БУРЕНИЯ ШПУРОВ
ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК
Ч а с т ь П И з д а н и е 2 - е , п е р е р а б о т а н н о е
У ч еб н ы е п о с о б и я по к у р с у " Т е х н о л о г и я и к о м п л е к с н а я м е х а н и з а ц и я
п р о в е д е н и я и к р е п л е н и я г о р н ы х в ы р а б о т о к " д л я с п е ц и а л ь н о с т е й 0 2 0 2 и 0 2 0 1
Редакционно-издательский отдел ППИ
Пермь • 1971
I . ПОВЫШЕНИЕ ПРОДЗВОДИТЕШССТИ БУРЕНИЯ
Инструмента для бурения шнуров
Скорость бурения шпуров во многом зависит от правильного вы бора инструмента# материала бура, формы его головки, технологии изготовления. Материалы и конструкция инструмента долины COOTBJT- отаовать условиям бурения и способствовать повышение производи тельности.
С изменением тш а машин меняется рациональная конструкция ин струмента* Примером тому являются изменения, происшедшие в послед ние годы в ассортименте буровой стали. Тело бура до последнего времени изготовлялось из углеродистой стали. Из этой же стали из готовлялось до применения твердых сплавов и лезвие коронки. Дости» гаемая в этом случае твердость лезвия при небольшой длине бура и
относительно маломощных |
бурильных машинах компенсировала |
такие |
не |
достатки, как хрупкость |
и относительно высокая стоимость |
стали. |
|
С широким применением твердых сплавов для бурения шпуров |
из |
углеродистой стали продолжали изготовлять тело бура, хотя условия бурения изменялись: возросла мощность.машин и, как рледстаие-сила удара поршня, увеличилась длина бура, повысилось давление сжатого воздуха - все э?о при использовании хрупкой углеродистой стали приводило к частой поломке буров и к снижению производительности бурильщика. Поэтому вместо необходимой твердости сталь по своим качествам должна была противостоять значительным изгибающим уси лиям, быть упругой и в то же время жесткой, хорошо работать» ца усталость.
В Советском Союзе взамен углеродистой стали предложены марки 35С2, 9 5 Ш , I8XFT, ЗОХГХ. Критерием для выбора стали являлиоь показатели усталостной прочности, а также х.рошей обрабатываемос ти и необходимой пластичности. 'Сталь 5502, например .обладает вдвое
более высоким пределом выносливости, в несколько раз более высо
кой |
стойкостьх, а стоимости буров, изготовленных из нее» |
ниже, |
чем |
из стали У*7# |
|
|
Зарекомендовала себя сталь марки 95ХМА. Ойа обладает в |
три |
раза |
более высоким пределом выносливости, чем обычная сталь |
У-7. |
Несмотря на более высокую стоимость (примерно на 30# по сравнению со сталью 7-7) новой марки стали внедрение ее позволяет получить значительную экономию.
Замена буровой углеродистой стали сталью, подобной рессориопрухинной марки 55С2, позволяет повысить производительность труда рабочего и снизить стоимость бурения шпуров даже относительно не
большой глубины. Без использования подобной стали |
невозможно, бу |
|
рить шпуры глубиной 3-4 м на один бур с буровых кареток. |
||
Для бурения электросверлами с промывкой шпуров водой применя |
||
ют сталь, |
используемую при бурении перфораторами, |
а при сухом пыле |
удалении - |
витые штанги. |
|
Резпы |
и коронки. Для буренияэлектросверлами, |
перфораторами, |
вращательно-ударными машинами применяются коронки бура различной конструкции» а-а
Рис; I 1; |
Резец для |
Pic* £» Резец для |
Рис. 3. Коронка тор- |
|
бурения |
угля |
бурения породы |
цового |
'резания |
|
|
РШ»7ЦБ |
|
|
При бурении ручными и~ колонковыми электросверлами |
по углР * |
мягкой породе применяются реэдо типа РУ-4, при бурении по пороДО* типа РП (рис.1,2, табл.1).
Технические |
данные резцов диаметром WLMM |
|
1кблида I |
|||
|
|
|||||
|
Показатели |
|
РУ4М |
Типы резиов |
|
|
|
|
РУ-13 |
РП7 |
РП7ЦБ |
||
|
|
|
||||
Коэффициент крепости |
Мягкий |
1,5-4 |
Меньше 8 |
|
||
пород |
С f ) |
|
уголь |
8 |
||
|
|
|||||
Средняя стойкость,м |
|
17,5 |
0,65 |
0.7 |
||
до |
гатупления |
|
М |
|||
до |
амортизации |
|
126 |
96 |
- |
- |
Форма пластинки |
твердого |
Г35 |
Г34 |
Г32 |
Г32 |
|
сплава (ГОСТ 880-62) |
Для оснащения буровых резцов используется металлокерамический твердый сплав ВК-8 пли ВК4В (резец РУ4М)
Для бурения колонковыми сверлами с осевыми усилиями на инст
румент |
от 1500 до 12000 к Г |
иконе труированы |
коронки |
торцевого |
бу |
|||
рения. |
Они предназначены для вращательного |
бурения абразивных по-» |
||||||
род с коэффициентом крепости от 6 до |
12 (рис.З). И*астинк1 твер |
|||||||
дого сплава расположены в них по хордам и работают,в |
осно. ;ом, на |
|||||||
сжатие, что значительно повышает их прочность |
при бурении и поз |
|||||||
воляет повысить удельное давление на забой. Коронки выполняются |
||||||||
долотчатой и крестовой |
формы и имеют резьбовое соединение (табл.2^е |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
Таблица |
2 |
|
Технические |
данные коронок торцевого резанья |
|
|||||
|
Показатели |
|
Диаметр коронок. мм |
|
||||
|
|
42 |
60 |
|
90 |
105 |
|
|
Тип коронки |
|
Долотча |
К |
р |
е с т |
о в а я |
|
|
|
|
|
тая |
|
||||
Число пластинок твердого |
4 |
8 |
|
8 |
12-16 |
|
||
епдява |
|
|
|
|
||||
Марка сплава |
|
ВК-8 и |
ВК8М |
|
ВК8В |
ВК8В |
|
|
|
|
|
ВКбм |
и ВК6М |
ВК9 |
ВК9 |
|
|
Осевое |
усилие, к Г |
|
1500- |
3000- |
|
4500- |
юооо. |
|
|
|
|
2200 |
4500 |
|
8000 |
12000 |
|
Число |
оборотов в минуту |
80-180 |
80-150 |
80-100 |
6CU80 |
|
дительность бурения уменьшается за счет застревания бура в шпуре.
Этого недостатка лишены резьбовые соединения штанги с корон кой бура. За рубежом получили распространение штанги с канатной резьбой, «вкатанной по всей длине штанги. При износе резьбы под
коронкой эта часть штанги отрезается и штанга продолжает служить дальше.
Рис. 7. Коронки для бурения скважин: диаметром 1 6 5 ^ (а) и 400 мм (б>
Конструктивные особенности коронки и производительность бу рения, В различных породах и условиях бурения на производитель ность бурения влияют следующие конструктивные особенности коронок: диаметр коронки, число лезвий, их взаимное.расположение! относи тельная толщина лезвий, число и расположение на коронке отверстий для промывки шпуров водой, износоустойчивость коронки,
G увеличением диаметра коронки скорость бурения уменьшаемся обычно в квадратичной зависимости.
Скорость бурения изменяется также в зависимости от количест ва лезвий коронки. Сравнивать можно .естественно, коронки одинако вой конструкции. Скорость бурения уменьшается не пропорционально увеличению числа лезвий. Так, при сравнении долотчатой и кресто вой коронки отмечается уменьшение скорости бурения крестовой ко ронкой по сравнению с долотчатой на 20**30$.
Однако при удачной конструкции многолезвийной коронки ско рость бурения может не уменьшаться. Например, при сравнении долот чатой коронки с трехперой на первый взгляд должна быть аналогия с вышеуказанными соотношениями, в которых для трехперой коронки доляно соответствовать число, среднее между долотчатой и крестовой ко ронкой, но трехперая коронка при бурении лучше центрируется в шпу ре, а длина лезвия у нее относительно меньше за счет центрального отверстия. Поэтому в некоторых случаях трехперая коронка может обеспечить большую производительность, чем долотчатая со сплойным лезвием.
На* про; подительность бурения оказывает влияние относительная толщина лезвия, т .е . отношение толщины перьев к диаметру коронки. При увеличении этого отношения увеличивается площадь поперечного сечения шпура за счет перехода от трехугольной формы к круглой, улучшаются условия работы коронки; при шпуре круглой формы устра няются динамические удары коронки о стенки шпура и, как следствие, увеличиваются износоустойчивость коронки и скорость бурения. Прак тически относительная толщина перьев должна находиться в пределах 1,5^2.
Взаимное расположение лезвий коронки также влияет на произво дительность бурения. Одним из путей дальнейшего усовершенствования коронки является создание коронок крупного скола.
Предложено значительное количество коронок, работающих по этому принципу. Среди них коронки с несимметричным расположением лезвий (рис.8). Подобные коронки обеспечивают не только повышение скорости бурения, но и снижение пылеобразования за счет уменьше ния в буровой муке частиц мелких фракций.
Производительность бурильщика и скорость бурения в значитель ной степ е » зависит от затупления коронки и величины ее пробега. Износ коронки зависит от крепости породы, давления сжатого возду ха, формы коронки, глубины бурения и тесно связан с диаметром ко ронки. Э.О^Ыиндели установлено, что пробег коронки обратно пропор ционален кубу ее диаметра. Производительность бурильщика наиболь
шая в |
том случае, когда время, затрачиваемое на замену коронки, |
|||
равно |
дополнительному времени на |
бурение |
затупленной коронки. Ис |
|
следования показали, что ширина площадки |
затупления лезвия корон |
|||
ки не |
должна |
превышать 2 ,2 -2 ,5 мм |
для пород с коэффициентом кре |
|
пости .17 и 3 |
# 3,5лгл/ для пород с |
коэффициентом крепости 10-12. |
Рис. 8. Коронка с несимметричным расположением лезвий
Для бурения шпуров диаметром 65-85 мм рационально применять коронки с опережающим лезвием (за исключением бурения в очень креп ких породах).
Предложено много конструкций коронок с «передо |
|
|
вым лезвием, скорость бурения которых до 38# больше |
|
|
по сравнению с долотчатой. Конструкция коронок с пе |
|
|
редовым лезвием показана на рис.9. При бурении этими |
|
|
коронками по сравнению с обычными помимо увеличения* |
|
|
производительности пылеобразования сниюется в 2-3 |
|
|
раза. |
|
|
По сравнению с долотчатыми коронками большого |
12СГ |
|
диаметра коронки с передовым лезвием характеризуют |
||
|
||
ся высокой износоустойчивостью и высоким коэффици |
|
|
ентом полезного сечения шпуров, достигающим 0,98-1. |
Рис.9. Ко- |
|
Таким образом, при бурении электросверлами реко- |
ронка с опе- |
|
мендуется применять резцы РУ-^м по углю, РУ-13 и РП7ПБ режающим |
||
по породам; при бурении ручными перфораторами - корон- |
лезвием |
ки типа ВД£ а при бурении в крепких породах колонковыми перфорато рами ш крестовые коронкитипа КК.
При бурении глубоких ннурав и шпуров увеличенного диаметра ос новными типами долин£Гявлиться хорошей с опережающим лезвием.
Бурение с промывкой шпуров водой
Бурение с водой - одна из основных мер борьбы с рудничной пылью и одновременно существенный резерв повышения производительности тру да бурильщика.
При перфораторном бурении применяется два способа-подачи воды в шпур: через бурильную машину (осевая промывка) и через муфту, на детую на штангу бура (боковая прош вка).
Оба опособа при правильном их осуществлении обеспечивают эф фективное осаждение пыли при бурении. Однако при боковой прошвке за счет трения обтюратора муфты о бур производительность бурения снижается, особенно при бурении в крепких породах. Поэтому бурение с боковой промывкой применяется чаще в относительно некрепких поро дах. 6 крепких породах предпочтение отдают-осевому способу подачи воды, который при достаточно высокой культуре бурения обеспечива ет повышение производительности труда бурильщика до 20% по сравне нию с бурением с продувкой шпуров сжатым воздухом. Однако при нерегламентированном процессе бурения вода может попадать в перфо ратор и вымывать смазку из машины, что отрицательно сказывается на скорости бурения. Поэтому бурение с промывкой шпуров водой должно производиться в строгом соответствии с инструкциями.
Большое практическое значение для борьбы с пЫлью имеет внедре ние перфораторов с пылеотсосом*
При использовании электросверл применение воды имеет И& мень шее значение для подавления пыли, чем при перфораторном бурении. (too необходимо как средство подавления пыли, как мера улучшения ус ловий труда проходчика.
Давление сжатого воздуха у забоя и скорость бурения
Повышение давления сжатого воздуха у забоя в определенных пре делах является мощным резервом увеличения скорости и производитель
ности бурения шпуров. Конструкция перфораторов рассчитана на бурение при давлении сжатого воздуха не ниже 4,5-5*7777 .
Повышение давления сжатого |
воздуха |
у |
забоя до 7-8 от |
|
привод |
|||||||||
дит к повышению чистой скорости |
бурения |
шпуров в |
1,5 |
раза |
и более, |
|||||||||
к снижению расхода сжатого воздуха |
|
на I м 3 |
отбитой горной массы |
|||||||||||
и удельного расхода буровой стали. При повышении давления сжатого |
||||||||||||||
воздуха у забоя наблюдается улучшение работы перфораторов |
(устой |
|||||||||||||
чивый режим, резкие ритмичные удары поршней, равномерное вращение |
||||||||||||||
■бура). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При скоростных проходках горизонтальных Bbipai6oroK в |
забой |
по |
||||||||||||
давался |
сжатый воздух давле |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нием не ниже 6 -6 ,5*7^7? , а при |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
проведении выработок с рекорд- | |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
ной скоростью (более |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
давление сжатого воздуха у за- * |
|
А |
|
|
/ |
V |
|
A0/1*t |
|
|||||
боя достигало в ат. |
|
|
|
|
|
|
||||||||
Степень увеличения ско |
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
) |
|
|
к |
N s |
\ |
|
m. |
|
|
|||
рости бурения с повышением |
|
' |
|
A |
|
|
|
|||||||
давления сжатого воздуха |
опре |
|
|
|
/ |
|
ь |
u »JUPU |
|
|
|
|||
|
|
A |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
делялась многими исследователя |
|
|
/ |
> |
|
|
|
|
|
|
||||
ми. По мнению ряда авторов она |
|
|
|
|
N *6a |
|
|
|
|
|
||||
|
|
/ |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
изменяется в зависимости |
от |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
) |
|
<f |
• |
Sam |
|
|
|
|
|
|||||
типа перфоратора, диаметра |
|
|
|
|
|
:I S l |
A |
IS |
|
|||||
о |
|
as |
|
to |
|
& |
|
|||||||
шпура, |
крепости породы. |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
сШ |
, |
, |
, |
|
|||
Значительное влияние на |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
№ |
Ш |
|
& 5 Ш |
575 690 |
9Ц5 |
л |
||||||
степень |
увеличения'.скорости |
Усилие, раэ&Аиемос пнебмзподатчикан. м г |
||||||||||||
бурения |
оказывает осевое |
дав* |
Рис. 10. Нзменение скорости бурения |
|||||||||||
ление на бур (рис.Ю ). |
Если |
от давления сжатого воздуха |
и усилия |
|||||||||||
бурение осуществляется с |
уси |
|
|
|
|
|
|
подачи |
|
|
|
|
лием подачи, меньшим оптималь ного, то повышение давления сжатого воздуха может не привести к увеличению сжорооти бурения,
О.Э.Миндели на основании исследований лаборатории буровзрыв ных работ Инотитута горного, дела им.А.А.Скочинского и данных дру гих авторов делает вывод о том, что для ручных перфораторов кре
пость порода, тип |
бурильных машин, форма и диаметр коронок, а так |
же глубина шпуров |
не оказывают существенного влияния на зависи |
мость между скоростью бурения и давлением сжатого воздуха. По этим