Г. 1ТЭО-20
Задание:
Законспектировать лекцию.
2. Ответить на контрольные вопросы.
Лекция 16. Понятие о шпурах и скважинах. Способы бурения шпуров.
1. Понятие буровзрывных работ.
2. Понятие о шпурах и скважинах.
3. Способы бурения шпуров.
Буровзрывные работы — совокупность производственных процессов по отделению скальных горных пород от массива с помощью взрыва. Термин буровзрывные работы возник с целью подчёркивания неразрывности, взаимосвязи и взаимозависимости процессов бурения, заряжания взрывчатых веществ и непосредственно взрыва. При проведении буровзрывных работ производится планирование буровых работ (виды скважин, их диаметр, расстояние между скважинами, глубина и т. д.), подготовка к взрыву (заряжание взрывчатых веществ, забойка скважин, монтирование взрывной сети и т. д.), инициирование и произведение взрыва.
Буровзрывные работы применяются в горном деле, а также при строительстве.
При буровзрывном способе проведения выработок выделяют основные и вспомогательные операции (виды работ), которые определяют содержание того или иного рабочего процесса. Процесс бурения шпуров в забое можно расчленить на несколько операций: подготовительно-заключительные, основные и вспомогательные.
К подготовительно-заключительным операциям относится подготовка рабочего места и оборудования к работе в начале процесса и по его завершению перед взрывными работами.
Основные операции непосредственно связаны с бурением шпуров бурильными машинами, а вспомогательные сопутствуют им и заключаются в разметке шпуров, замене бурового инструмента и др.
Технологический комплекс сооружения горной выработки можно рассматривать как совокупность отдельных процессов и операций, которые выполняются в определенной последовательности (очередности). Рассматривая сооружение выработки при: буровзрывном способе, можно выделить следующие основные процессы: бурение шпуров, заряжание шпуров ВВ и взрывание зарядов, проветривание выработки после взрыва, уборка породы и возведение постоянной крепи. К вспомогательным процессам относят настилку временных и постоянных рельсовых путей, проведение водоотливной канавки, навеску вентиляционных труб, прокладку коммуникаций (труб сжатого воздуха и воды, электрических кабелей, сигнализации) и наладку освещения.
Под шпуром подразумевается цилиндрическая полость в горной породе, имеющая глубину до 5 м и диаметр до 75 мм, предназначенная для размещения зарядов BB и для других целей.
Скважиной называется горная выработка цилиндрической формы глубиной более 5 м и диаметром более 75 мм, пройденная в горной породе или полезном ископаемом для разных целей.
Бурение шпуров и скважин может производиться разными способами: механическим, термическим и др. В условиях подземной разработки угольных месторождений механический способ является основным. Он подразделяется на вращательный, ударный (ударно-поворотный и ударно-канатный), ударно-вращательный и вращательно-ударный.
Вращательное бурение шпуров производится по углю, а также по мягким и средней крепости породам.
Вращательное бурение производится бурильными машинами вращательного действия — сверлами.
По роду потребляемой энергии сверла подразделяются на электрические, пневматические и гидравлические. Они характеризуются толщиной снимаемой стружки, силой подачи, крутящим моментом и мощностью электродвигателя. Все электросверла выпускаются но взрывобезопасном исполнении, они могут применяться в шахтах, опасных по газу или пыли. Электроэнергию подводят к электросверлам по гибкому четырехжильному кабелю. Одна из жил служит для заземления корпуса электросверла путем присоединения его к заземляющей сети. Для обеспечения безопасности рукоятка электросверла изолирована слоем резины. В мягких углях бурение ведут стальными резцами, а для бурения крепких углей резцы армируют пластинами из твердых сплавов.
Электросверла в зависимости от массы и способа установки в забое разделяют на ручные и колонковые.
Ручные электросверла выпускают различных типов: СЭР-19М (рис. 1), ЭР-18ДМ, ЭР-14ДМ, ЭРП-18ДМ и др.
Рис.1 
Ручные электросверла имеют массу 12—20 кг, мощность электродвигателя 1—1,4 кВт, скорость вращения шпинделя при бурении по углю 500—740 об/мин и при бурении по породе 330—350 об/мин.
Для того чтобы бурить шпур на глубину 1,8—2 м без смены буровых штанг и освободить рабочего от необходимости поддерживать ручное электросверло при работе, применяются длинноходовые податчики, которые перемещают сверло с инструментом по неподвижным направляющим. Применение длинноходовых податчиков электросверл увеличивает (за счет сокращения времени па смену буров) производительность труда в 1,5—2 раза по сравнению с использованием ручных электросверл, снижает утомляемость рабочего и повышает безопасность работ.
Ударно-поворотное бурение шпуров. Сущность этого способа бурения состоит в следующем. При ударе поршня бурильной машины по хвостовику бура его лезвие, имеющее клиновидную форму, внедряется в породу, оставляя в ней углубления. После каждого удара лезвие выходит из породы и поворачивается вокруг оси бура на 10—15°. При последующих ударах происходит смятие и скалывание породы по всей площади шнурового забоя. Буровая мелочь удаляется из шпура с помощью воды или сжатого воздуха.
Бурение шпуров по породам средней крепости и крепким при проведении горизонтальных и наклонных выработок, а также бурение шпуров по породам различной крепости при проходке вертикальных стволов осуществляется машинами ударно-поворотного действия.
Эти машины приводятся в действие сжатым воздухом, их называют пневматическими бурильными молотками или перфораторами.
Шахтный перфоратор
В зависимости от условий эксплуатации и массы пневматические бурильные машины разделяются на три группы: ручные (массой от 10 до 30 кг), колонковые (массой от 40 до 60 кг) и телескопные (массой от 30 до 50 кг).
По частоте ударов бурильные машины делятся на обычные (с числом ударов до 2000 в 1 мин) и быстроударные (с числом ударов более 2000 в 1 мин), по способу очистки шпура от буровой мелочи — с осевой промывкой и продувкой, с боковой промывкой и с центральным пылеотсосом сжатым воздухом.
Ручные бурильные машины предназначены главным образом для бурения вертикальных и наклонных шпуров. При бурении горизонтальных шпуров применяют специальные устройства для поддержания машины во время работы и уменьшения утомляемости бурильщика.
Для удобства работы бурильными машинами применяют специальные установочные средства: колонки, пневмоподдержки, манипуляторы, автоподатчики и буровые тележки.
Буровая тележка (каретка) представляет собой передвижной установочно-подающий механизм, на котором установлены два—пять несъемных манипуляторов с перфораторами. Буровые тележки могут быть как на колесном, так и на гусеничном ходу. Применение буровых тележек позволяет сократить время, затрачиваемое на бурение шпуров, а также использовать более тяжелые, чем при ручном бурений, типы бурильных машин, обеспечивающих бурение шпуров большей глубины с большей скоростью. Одной буровой тележкой можно обслужить несколько забоев. Применение буровых тележек дает наибольший эффект при проведении протяженных выработок большого поперечного сечения (10 м2 и более).
Буровой инструмент для ударно-поворотного бурения. Исполнительным органом бурильных молотков является бур, применяемый в бурильных машинах. Бур состоит из буровой коронки 1 (рис. 38, а), которая непосредственно разрушает породу, штанги 2, буртика 3 и хвостовика 4, который вставляют во втулку бурильной машины. Буры делают сплошными (см. рис. 38, а) с закаленной коронкой и с коронкой, армированной пластинками твердого сплава, а также составные (рис. 38, б) со съемной закаленной коронкой и со съемной коронкой, армированной твердым сплавом. Применение съемных коронок позволяет уменьшить расход буровой стали, увеличить производительность труда, упростить снабжение бурами, так как в забой доставляют только одни коронки.
Для бурения различных горных пород разработано большое число форм буровых коронок (рис. 38, в): однодолотчатых, двухдолотчатых, крестовых, а также типов буровых штанг.
При ударно — канатном бурении буровой снаряд наносит удары но забою скважины и разрушает лезвием долота породу. Буровой снаряд состоит из долота, штанги и канатного замка. При подъеме бурового снаряда и поворачивании его на некоторый угол (15—60°) происходит разрушение породы по всей площади забоя.
Ударно-вращательное бурение шпуров. Сущность этого способа бурения состоит в том, что поршень-боек наносит удары по непрерывно вращающемуся буру, который находится под осевым давлением. Этот способ характеризуется высокой скоростью бурения даже в очень крепких породах. Ударно вращательное бурение шпуров производится в настоящее время высокопроизводительными бурильными машинами ударно-вращательного действия. В последних соединены два принципа разрушения горных пород: ударный и вращательный. Для этих машин характерно независимое вращение буровой штанги и нанесение по ней ударов с определенной частотой и энергией. Основными узлами буровых машин ударно-вращательного действия являются ударный механизм и вращатель, объединенные в одном корпусе.
Самоходная бурильная установка СБУ-2М предназначена для бурения шпуров в горизонтальных выработках высотой от 2 до 5 м в породах крепостью до 12. Бурильная установка состоит из следующих основных узлов: двух бурильных машин ударно-вращателыюго действия 1, двух манипуляторов 2, левой и правой верхних тележек 3, левой и правой станин 4, гусеничного хода 5 и пульта управления 6.
Машиностроительными заводами серийно выпускаются бурильные установки КБМ-3, БУЭ-1, БУЭ-3, БКГ-2 и др.
Установка СБУ2М
Контрольные вопросы:
1. Чем отличается шурф от скважины?
2. Опишите принцип работы перфоратором.
3. В каких условиях применяютударно-вращательное бурение шпуров.