Общие сведения о шахтных бурильных установках, Шахтные бурильные установки, Бурильные установки
типу бурильных головок
роду потребляемой энергии
Шахтная бурильная установка состоит из следующих основных сборочных единиц: бурильной головки с податчиком, манипулятора, рамы с ходовой частью, привода, пульта и системы управления.
Рис. 1. Шахтная бурильная установка: 1 — ходовая часть; 2 — привод ходовой части; 3 — гидросистема; 4 — система управления; 5 — позиционер; 6 — манипулятор; 7 — бурильная машина
В настоящее время выпускается большое разнообразие конструктивного исполнения самоходного бурового оборудования. В целях его унификации ГОСТ 20785-83 предусмотрен выпуск шести типоразмеров установок типа УБШ (Установка бурильная шахтная).
Первая цифра после букв — означает размерную группу машин, последующие цифры — означают порядковый номер модификации конструкции.
|
Размерная группа машин |
Зона бурения, м |
|
|
высота |
ширина |
|
|
УБШ1 |
2.0 |
2.2 |
|
УБШ2 |
2.5 |
3.3 |
|
УБШЗ |
3.6 |
4.5 |
|
УБШ4 |
5.0 |
6.0 |
|
УБШ5 |
7.0 |
8.4 |
|
УБШ6 |
10.0 |
9.4 |
Установка бурильная УБШ-221ПМетодика экономического расчета при выборе типа бурильного оборудования приводится в рекламных материалах фирм. В основе ее лежит расчет себестоимости бурения при добыче 1 т полезного ископаемого с учетом всех расходов на бурение.
Подробный расчет приведен фирмой «Крупп» (ФРГ) для бурения в условиях гранитного карьера. В основу расчета взято бурение скважин глубиной 3,5 м и диаметром 89 мм. При этом скорость бурения гидравлической машины принята 30 м/ч, а пневматической — 15 м/ч. Расчет ведут исходя из годовой производительности 2 млн. т (740 тыс. м 3 /год), причем на этот объем требуется 6*104 м скважин, т.е. 33,3 т/м.
Результаты расчета приведены на графике, из которого следует, что; существует область, в которой применение пневматических машин более, рентабельно, чем гидравлических. Объясняется это тем, что стоимость гидравлической машины в 1,5 раза больше, чем пневматической, хотя у гидравлических машин производительность выше. При малом объеме производства это преимущество не проявляется. Зависимость стоимости бурения 1 м скважины от заданного годового объема бурения гидравлическим (1) или пневматическим (2) оборудованием
Гидравлическая буровая установка StopeMaster
Зарубежными фирмами, производящими шахтные бурильные установки, являются: «Атлас Копко» и «Линден Алимак» (Швеция), «Ингерсол Рэнд» и «Гарднер Денвер» (США), «Тамрок» (Финляндия), ЗИГ (Швейцария), «Болер» (Австрия), «Секома» (Франция), «Фуракава» (Япония).
Установки гидрофицированы. В качестве бурильных головок используют гидровращатели, пневматические и гидравлические перфораторы.
Бурильные машины шахтных установок, Бурильная машина
податчики постоянной длины
податчики
типу привода
параметрами
Рис.2. Винтовой податчик постоянной длины: 1- двигатель, 2 — ползун, 3 — тяги, 4 — амортизатор, 5 — бурильная головка, 6 — направляющие салазки, 7 -подвижный люнет, 8 — буровая штанга, 9 — неподвижный люнет, 10 — упор, 11 — гайка, 12 — винт, 13 — рама.
Винтовой податчик постоянной длины —
Люнет является важным элементом бурильной машины. Он должен надежно фиксировать штангу, а при ее замене легко раскрываться.
Рис.3. Цепной податчик постоянной длины: 1- бесконечная цепь, 2 — бурильная головка, 3 — салазки, 4 — натяжная звездочка, 5 — отклоняющая звездочка, 6 — приводная звездочка, 7 -пружинная подвеска.
Цепной податчик постоянной длины
Рис.4. Податчик постоянной длины с гибким тяговым органом и приводом от гидравлического цилиндра: 1- звездочка, 2 — натяжной барабан, 3 — бурильная головка, 4 — салазки, 5 — промежуточный люнет, 6 — рама, 7 — цепь (или канат), 8 — гидроцилиндр.
Податчик постоянной длины с гибким тяговым органом и приводом от гидравлического цилиндра
При подаче масла в поршневую полость корпус цилиндра начинает двигаться вперед, подавая бурильную головку вперед с удвоенной скоростью. Вместе с корпусом цилиндра двигаются промежуточный люнет и натяжной барабан. При обратном ходе рабочая жидкость податчика поступает в штоковую полость гидроцилиндра, и корпус цилиндра с помощью цепи, огибающей звездочку, возвращает подвижные части в исходное положение.
Рис.5. Схема телескопного податчика: 1- нижняя направляющая балка, 2 — верхняя направляющая балка, 3 — бурильная головка, 4 — люнет, 5 — люнет, 6 — фиксатор
Телескопный податчик
Рис.6. Схема телескопного гидравлического податчика: 1- верхняя направляющая балка, 2 — нижняя направляющая балка, 3 — гидроцилиндр.
Манипуляторы бурильных установок
бурильный шахтный гидравлический
манипулятор,
В качестве привода манипуляторов служат гидравлические цилиндры, пневматические цилиндры или двигатели с червячными редукторами и винтами. Неоспоримыми преимуществами гидроприводов являются быстрота действия, жесткость установки элементов манипулятора и малые размеры.
требования
Манипуляторы
перемещение по горизонтали;
- перемещение по вертикали;
- изменение угловой координаты оси инструмента в вертикальной плоскости (наклон бурильной машины);
- изменение угловой координаты оси инструмента в горизонтальной плоскости (поворот бурильной машины);
- перемещение бурильной машины на забой (надвигание и распор);
Эти движения обеспечивают приводы манипуляторов, которые делятся на четыре группы : приводы надвигания (движение бурильной машины на забой), поворота, наклона и вращения.
Известно большое число конструктивных схем манипуляторов и их исполнений.
технологическим свойствам
Специализированные манипуляторы, Универсальные манипуляторы —
управления манипуляторами
Рис.7. Механическая схема управления приводами: 1 — кронштейн, 2,3,4,6 — элементы параллелограмма, 5 — податчик, 7 — привод.
схеме параллелограмма
Рис.8. Гидравлическая схема управления приводами: 1 — кронштейн, 2 — пилот-цилиндр, 3 — штоковая полость цилиндра, 4 — поршневая полость цилиндра, 5 — стрела, 6 — штоковая полость исполнительного цилиндра, 7 — исполнительный цилиндр, 8 — поршневая полость исполнительного цилиндра, 9 — податчик, 10 — звено, 11 — гидроцилиндр, 12 привод вращения стрелы.
При телескопической стреле такая схема неприемлема, нужна схема с гидравлическими связями.
На рис. 8 показана схема манипулятора, состоящего из кронштейна 1, с которым шарнирно соединена стрела 5, связанная звеном 10 с податчиком 9. Вращение стрелы осуществляется приводом 12. При опускании стрелы 5 с помощью гидроцилиндра 11 масло из штоковой плоскости 3 пилот-цилиндра 2 протекает в штоковую полость 6 исполнительного цилиндра 7, а из поршневой полости 4 — в полость 8. При такой схеме сохраняется параллельность податчика.
Описанная выше схема может работать и без пилот-цилиндра. В этом случае гидравлическая связь осуществляется последовательным соединением штоковых полостей цилиндров подъема стрелы и наклона податчика. Необходимым условием для соблюдения параллельности движения податчика является соответствие размеров цилиндра наклона податчика размерам цилиндра подъема стрелы.
Рис.9. Привод вращения манипулятора: 1 — гидроцилиндр, 2 — плунжер с рейкой, 3 — шестерня.
Приводы вращения, Бурильные головки ударно-вращательного и вращательно-ударного действия
Машины ударно-вращательного и вращательно-ударного бурения предназначены для бурения скважин в породах средней крепости и крепких. Бурение этими машинами основано на комбинированном способе разрушения породы, объединяющем основные свойства ударного и вращательного бурения. При этом буровой инструмент в породу внедряется в основном под действием удара, а лучшему скалыванию породы способствует значительный крутящий момент, непрерывно прикладываемый к буровому инструменту мощным вращателем. Вследствие этого в этих режимах появляется возможность значительно уменьшить усилие подачи по сравнению с вращательным способом, что уменьшает истирание бурового инструмента. Кроме того, увеличивается скорость бурения, по сравнению с ударным способом. Машины ударно-вращательного и вращательно-ударного бурения состоят из независимо работающих ударного и вращательного механизмов, смонтированных соответственно в одном корпусе или в разных.
Основная отличительная особенность машин ударно-вращательного действия — наличие специально сконструированного погружного ударного механизма — пневмоударника, перемещаемого в скважине вместе с буровой коронкой и обеспечивающего ей внедрение в породу, в основном, за счет ударов, в то время как у машин вращательно-ударного бурения ударный механизм остается вместе с вращателем вне скважины и выполняет вспомогательную функцию по отношению к основному — вращательному механизму.
В большинстве ударно-вращательных и вращательно-ударных буровых машин ударные механизмы используют пневматическую энергию, а вращательные и подающие — пневматическую, электрическую или гидравлическую. Основные преимущества ударно-вращательных буровых машин — сохранение энергии удара на буровой коронке независимо от глубины скважины и возможность приложения к буровому инструменту большого крутящего момента. У машин ударно-вращательного бурения, которые обычно применяют для бурения глубоких эксплуатационных и разведочных скважин, ударным механизмом служит погружной пневмоударник, которому через штанги передаются крутящий момент и усилие подачи на забой.
Погружные пневмоударники по принципу работы аналогичны перфораторам, но выполняются без встроенного поворотного устройства, вращаются вместе со ставом штанг, вынесенным вращателем, и работают на воздушно-водяной смеси, что значительно упрощает их конструкцию.
Воздухораспределение в пневмоударниках осуществляется с помощью кольцевых клапанов, как и в пневматических перфораторах, и с помощью золотников по схеме «золотник на поршне».
Вращение пневмоударника и подача его на забоймогут осуществляться вращателями и податчиками различного типа.
За рубежом погружные пневмоударники выпускаются в Бельгии, Великобритании, Канаде, США, Франции, ФРГ, Японии. Особенности пневмоударников зарубежных фирм — применение повышенного давления сжатого воздуха и золотникового воздухораспределения по схеме «золотник на поршне».
Машины вращательно-ударного бурения применяются в основном при проведении выработок большого сечения для бурения шпуров и скважин и по принципу действия аналогичны тяжелым колонковым перфораторам с независимым вращением бурового инструмента. Необходимо отметить, что в последние годы в СССР и за рубежом наблюдается стремление использовать машины вращательно-ударного действия и для бурения эксплуатационных скважин. Основная отличительная черта этих машин — большой крутящий момент, развиваемый так же как и у машин ударно-вращательного бурения специальным вращателем, не зависящим от ударного механизма.
Бурильная машина вращательно-ударного действия, состоящая из вращательного и ударного механизмов, скомпонованных в одном корпусе, называется бурильной головкой.
Головка БГА-1М состоит из шестеренного пневмодвигателя с редуктором и ударного узла. Вращатель, осуществляющий независимое вращение бура, состоит из пневмодвигателя и трех пар зубчатых колес, передающих крутящий момент с помощью шпинделя хвостовику. Мощность шестеренного двигателя составляет 1,2 кВт, передаточное число редуктора 34,4.
Вода на забой скважины подается через муфту боковой, промывки 9, хвостовик 10 и буровые штанги.
Конструктивная схема бурильной головки БГА-1М используется фирмой «Тарднер Денвер» (США) для своих перфораторов Р-1000 и Р-2000.
Буровой инструмент машин вращательно-ударного бурения состоит из буровых штанг диаметром 30-32 мм и буровых коронок. В отличие от перфораторного бурения коронки, предназначенные для вращательно-ударного бурения, имеют несимметричную заточку. При этом для бурения мягких и ниже средней крепости пород передний угол заточки лезвия принимается 10-15°, для крепких пород — 20-25°. Угол заточки задней грани составляет 45-60°.
Для армирования коронок используют пластинки металлокерамического твердого сплава ВК8В, ВК10КС и ВК11В.
Литература
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/burovyie-stanki-nkr/
Автоматизированная система диагностики напряжённо — деформированного состояния горного массива. — М.:МГГУ.2005.-76 с.: ил.
Аренс В.Ж. Основы методологии горной науки: Учебное пособие для вузов. — М: МГГУ.2003.-223 с.: ил.
Буровой станок НКР-100М. практикум: Учебное пособие для вузов. — М.:МГГУ, 2006.-83 с.: ил.
Гончаров С.А. Физико-технические основы ресурсосбережения при разрушении горных пород М.: МГГУ.-2007.-211 с.: ил.
Жаров А.И. Закономерности геомеханических процессов при 44 с. бесцеликовых технологических схемах.-2-е изд. стер. — М.:МГГУ,2007.-44 с.
Зайков В.И. и Берлявский Г.П. Эксплуатация горных машин и оборудования: Учебник для вузов. -4-е изд. — М.: МГГУ,2006-257 с.
Зайков В.И. и Берлявский Г.П. Эксплуатация горных машин и оборудования: Учебник для вузов. -3-е изд. — М.: МГГУ, 2001-257 с.
Макаров А.Б. Практическая Геомеханика. Пособие для горных инженеров. — М.: Изд-во «Горная книга», 2006.-391 с.: ил.
Основы гонного дела: Учебник для вузов. -2-е изд. — М.: Изд-во МГУ, 2006.-408 с.
Перед загл. авт.: Егоров П.В., Бобёр Е.А., Кузнецов Ю.Н., Косьминов Е.А., Решетов С.Е., Красюк Н.Н.
Основы гонного дела: Учебник для вузов. — М.: МГГУ,2003.-408 с.
Пучков Л.А. О структуре горных наук. — М.: МГГУ, 1995.-24 с.
Пучков Л.А. и Аюров В.Д. Синергетика горно-технологических процессов. -2-е изд.- М.: Изд-во МГГУ, 2004.-204 с.
