Горные машины. Телескопные перфораторы

При проходке подземных  выработок горизонтальные и наклонные шпуры в крепких породах можно бурить колонковыми перфораторами (ПК), имеющими значительную мощность и массу 100 кг и более. Для бурения ПК монтируют на распорных колонках, специальных поддерживающих устройствах (манипуляторы) или на буровых установках.

Мотоперфораторы используют для бурения нисходящих или наклонных шпуров преимущественно в процессе проходки открытых горных выработок. Масса мотоперфораторов составляет 30 кг.

Каждый класс делится на типы, определяемые массой и мощностью перфоратора. Отдельные конструкции (модели) перфораторов имеют марку или индекс, каждая выпускаемая машина имеет очередной заводской номер. Перфораторостроительные заводы переходят на серийный выпуск единых моделей, соответствующих утвержденным стандартам, при максимальной унификации деталей и узлов.

При бурении пневматическими перфораторами применяют вспомогательное установочное оборудование. Ручные перфораторы устанавливаются на пневматических поддерживающих колонках, телескопные перфораторы – на пневматических подающих механизмах (телескопах). Колонковые перфораторы монтируются на подающих механизмах, установленных на винтовых распорных колонках или манипуляторах буровых кареток, или на ходовой части погрузочных машин. Погружные (забойные) перфораторы, входящие в скважину, крепятся на колонне штанг, закрепляемой в патроне подающего механизма, установленного на кронштейне распорной колонки или на буровой каретке.

Менее распространены при  проведении разведочных выработок сверла, основная причина этого — затрудненность или невозможность бурения шпуров в крепких породах.

Электрические сверла разделяют  на ручные (масса до 24 кг) и колонковые, монтируемые на распорных колонках, манипуляторах или буровых каретках (масса колонковых электрических сверл достигает 130 кг).

Ручные электросверла (рис. 1, а) применяют при проходке выработок небольшого сечения в породах крепостью, не превышающих f = 4 по шкале проф. М.М. Протодьяконова, главным образом в условиях, где применение более совершенных средств бурения не возможно или экономически нецелесообразно. Глубина шпуров при бурении ручными электрическими сверлами редко превышает 2,5 м, диаметр шпуров 36-43 мм.

При бурении шпуров по антрацитам и породам средней  крепости применяют ручные электросверла с принудительной подачей. Для этого в забое устанавливается распорная стойка, к которой с помощью крюка крепится стальной тросик, а с помощью механизма подачи электросверла осуществляется обуривание забоя.

Электрические сверла (рис. 1,б) изготавливают во взрывобезопасном исполнении и применяют в шахтах, опасных по газу и пыли.

Пневматические сверла (рис. 1, в) применяют для бурения шпуров диаметром 36-43мм, где основным видом энергии является пневматическая. Пневматические сверла практически не применяют при проведении горных выработок в процессе геологоразведочных работ, они используются в основном на угольных шахтах, в выработке которых выделяются горючие газы и пыль, образующие с воздухом взрывоопасные смеси.

 

 

 

 

 

а)

б)

в)

 

Рисунок 1. Ручные горные сверла: а – электрическое; б – электрическое с канатной подачей; в – пневматическое

Сверла с  двигателями внутреннего сгорания (мотобуры) применяют при проведении открытых горных выработок в мягких некрепких породах; эти ручные бурильные машины имеют массу до 15 кг.

При больших объемах  проходческих работ, осуществляемых в крепких породах, в процессе проведения подземных горизонтальных выработок применяют мощные пневматические машины вращательно-ударного действия, монтируемые на бурильных установках.

 

Раздел 2.  Горные машины перфораторы

2.1  Конструкция пневматического перфоратора

При конструировании пневматических перфораторов принимаются за основу две кинематические схемы: перфоратор с поворотным винтом и без поворотного винта. Первый вариант кинематики имеет преимущественное распространение.

Независимо от класса и типа все пневматические перфораторы имеют следующие основные узлы (рис. 2): ударно-поворотный механизм (12), который наносит удары по хвостовику бура (13) и поворачивает его; воздушный пусковой кран (10); воздухораспределительное устройство (11); промывочное устройство (9); буродержатель (8); масленку перфоратора (6).

Если снять стяжные болты (3), то перфоратор распадается на три части: головку (2), цилиндр (4) и патрон (7). Выхлопное окно цилиндра иногда имеет кран (5) для прямой продувки шпура. В головке перфоратора имеется ручка (1) для удерживания машины при работе. При бурении на патрубок воздуховпускного крана крепится шланг, питающий перфоратор сжатым воздухом, а на штуцер промывочного устройства – шланг, подводящий воду.

Сжатый воздух через полость в пробке пускового крана (10) по каналу а в головке (2) и дальше по каналу б в корпусе храпового кольца попадает в кольцевое пространство (в), имеющееся внутри воздухораспределителя. Дальше сжатый воздух клапаном (или золотником) по каналам в корпусе цилиндра направляется в нижнюю (г) или верхнюю (д) полости цилиндра.

При поступлении сжатого воздуха в полость цилиндра (д) осуществляется ход поршня перфоратора вперёд, при этом поворотный винт поворачивается на некоторый угол. В конце хода поршень наносит удар по торцевой плоскости хвостовика бура. При движении поршня вперед, в начале хода воздух из полости (г) выходит в атмосферу через выхлопное окно и через зазоры в шлицевом сопряжении штока поршня с поворотной буксой. При дальнейшем движении поршень перекрывает выхлопное окно и сжимает воздух, оставшийся в полости цилиндра (г).

Рисунок 2.  Общий вид  пневматического перфоратора

Сжимаемый воздух через каналы в теле цилиндра устремляется в воздухораспределитель и перебрасывает клапан в положение, при котором сжатый воздух направляется в нижнюю полость цилиндра. В этом случае произойдет ход поршня назад. При этом ходе поворотный винт стопорится храповым механизмом и поршень поворачивается вместе с поворотной буксой и буром.

При бурении обязательным условием является постоянная промывка шпура промывочной жидкостью.

Характеристика  работы пневматического перфоратора

Основными показателями, характеризующими технико-эксплуатационные качества пневматических перфораторов являются:

мощность, развиваемая  перфоратором, кВт                                N

кинетическая энергия  поршня, кДж                                             А_о

частота ударов поршня в 1 мин                                                     u

величина максимального  крутящего момента, Н·м                    М_кр

угол поворота бура после удара, градус                                       β

число оборотов бура в 1 мин                                                          п

расход воздуха в 1 мин, м3/мин                                                     Q

отдача перфоратора  и соответствующее ей усилие подачи, кН С

уровень шума перфоратора  при работе, дБ                                  J

коэффициент использования  перфоратора                                   η

себестоимость единицы  бурения, руб                                          S

Пневматические бурильные машины ударно-поворотного действия различаются:

• по роду потребляемой энергии – пневматические, гидравлические;

• по конструктивным особенностям механизма поворота – с зависимым и независимым приводом;

• по способу применения (угла наклона шпуров) – ручные и колонковые (для бурения горизонтальных и нисходящих шпуров), телескопные (для бурения шпуров по восстанию);

• по массе – лёгкие (до 18 кг), средние (20…25 кг) и тяжёлые (более 30 кг);

• по способу очистки шпуров от буровой мелочи – с осевой промывкой, с боковой промывкой, с отсосом от пыли.

 

2.2 Переносные, колонковые и телескопные перфораторы

Перфораторы наибольшее применение получили при строительстве  стволов и при проведении горизонтальных выработок в породах высокой крепости по шкале проф. М.М. Протодьяконова. Бурильные молотки ударно-вращательного действия в зависимости от условий применения подразделяются на три группы: ручные, телескопические и колонковые. По роду применяемой энергии их подразделяют на пневматические, гидравлические, электрические. Для геологоразведочных работ применяют мотоперфораторы с двигателями внутреннего сгорания. В шахтном строительстве наибольшее распространение получили пневматические перфораторы.

Переносные  перфораторы имеют массу от 24 до 36 кг и предназначены для бурения шпуров диаметром 30-56 мм и глубиной до 2-4 м. Их устанавливают на пневматических поддержках (пневмоподдержках) или легких распорных колонках. При бурении нисходящих шпуров каких-либо поддерживающих установок не требуется. Переносные перфораторы делят по массе на легкие, средние и тяжелые.

На рис. 3 приведена принципиальная схема устройства переносного перфоратора.

Рисунок 3. Схема ручного перфоратора

Он состоит из цилиндра 5, передней головки 12, крышки 3, воздухораспределительного устройства, ударно-поворотного механизма и устройства для подвода сжатого воздуха и воды. Внутренняя часть поворотной муфты имеет шестигранную форму в соответствии с формой хвостовика бура.

Воздухораспределительное  устройство состоит из направляющей втулки 6, воздухораспределительной коробки 7, кольцевого клапана 20 и крышки клапана 18. Крышка перфоратора имеет приливы для рукоятки 1 и пускового крана 4. В крышку вставляется также наконечник для подвода воды, которая через каналы в крышке, промывную трубку 2, проходящую по оси перфоратора, и канал в буре поступает в шпур. Крышка, цилиндр и передняя головка стянуты болтами 23.

Перфоратор работает следующим образом. Сжатый воздух через  пусковой кран 4 и отверстия в  храповом кольце, направляющей втулке и воздухораспределительной коробке поступает в кольцевое пространство 19, из которого он подается в заднюю часть А цилиндра и давит на поршень. Поршень движется вправо и наносит удар по буру 14. Воздух, находящийся в передней части Б цилиндра, выходит через выхлопное отверстие 10 в атмосферу.

При движении вперед поршень  перекрывает выхлопное отверстие, воздух в передней части цилиндра сжимается и по каналу 15 в корпусе  цилиндра поступает в левую часть  кольцевого пространства 19, давя на клапан. Как только поршень 16 при дальнейшем движении вперед вновь откроет выхлопное отверстие, давление в задней части цилиндра, а также в правой части кольцевого пространства снижается и клапан 20 перемещается вправо, перекрывая кольцевое отверстие 17. Сжатый воздух начинает поступать в переднюю часть цилиндра по каналу 15, заставляя поршень двигаться влево. После перекрытия поршнем - выхлопного отверстия воздух в задней части цилиндра сжимается и давит на клапан.

Как только вновь откроется  выхлопное отверстие, давление воздуха в передней части цилиндра и, следовательно, в левой части кольцевого пространства снижается почти до нормального, а клапан под воздействием избыточного давления справа перемещается в крайнее левое положение. Ход клапана составляет всего 0,5-0,6 мм. Затем воздух вновь поступает в заднюю часть цилиндра и процесс повторяется. Ежеминутно поршень наносит около 2000 ударов по буру.

При движении поршня вперед (рабочий ход) он перемещается поступательно  без поворота, а поворотный винт поворачивается на определенный угол, зависящий от шага спиральной нарезки. При обратном (холостом) ходе поршня собачки препятствуют повороту винта и поворачивается поршень. Вместе с поршнем поворачивается ведущая муфта, которая при помощи кулачков передает вращение поворотной муфте. Так как поворотная муфта соединена с буром, то последний также поворачивается. Следующий удар бур нанесет уже в новом месте забоя шпура.

Основное достоинство  ударно-поворотного бурения —  возможность бурить породы любой крепости. К недостаткам следует отнести периодичность воздействия инструмента на породу, причем время, затрачиваемое на удар, в десятки раз меньше времени на движение инструмента но направлению к забою, отскок и поворот. Кроме того, для этого способа характерны значительное пылеобразование, шум и вибрация при работе. Ударно-поворотное   бурение шпуров и скважин осуществляется с помощью пневматических перфораторов и станков ударно-канатного типа.

Колонковые  перфораторы устанавливают на распорных колонках. В этом случае для подачи перфоратора применяют цепные или винтовые автоподатчики. Распорная колонка вместе с бурильным молотком и автоподатчиком представляет собой бурильную установку. Распорная колонка устанавливается вертикально между кровлей и почвой выработки (или горизонтально между ее боками). С помощью кронштейна к ней крепится автоподатчик с молотком. Автоподатчики обеспечивают с помощью пневматического двигателя (мощностью 0,5-4,8 кВт) усилие подачи 6 - 9,8 кН и ход подачи 1200-1400 мм. В промышленности используются колонковые бурильные установки КБУ-50 и КБУ-80 с перфораторами соответственно ПК-60 и ПК-80.