Оборудование для добычи каменных материалов

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 (П_уд) 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)

42т_снй_под"уА

где га_сн - 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); /г_под - высота подъема бурового снаряда, м; и_уд - частота ударов снаряда о дно забоя в минуту; k_e -коэффициент использования времени смены; а - удельная работа, затрачиваемая на разрушение 1 м³ породы (табл. 6.2); rf_CKB - диа­метр скважины, см.

Таблица 6.2