Классификация горных машин для открытой разработки полезных ископаемых
По роду выполняемой работы машины подразделяются на 7 классов:
машины подготовки горных пород к выемке (буровые станки, машины для зарядки и забойки скважин);
выемочно-погрузочные машины (экскаваторы);
выемочно-транспортирующие машины (бульдозеры, скреперы);
отвалообразователи;
дробильно-сортировочные машины;
машины для вспомогательных работ (проветривание, поливка карьеров и т.д.);
машины для гидромеханизации.
Машины каждого класса дополнительно подразделяются на группы по особенностям работы.
Группы могут подразделяться на типы по конструктивным признакам.
Каждая машина состоит из:
- рабочего оборудования (это та часть машины которая служит для выполнения технологической операции)
- силового оборудования (привода), назначение которого приведение в действие оборудования
- механического оборудования, назначение – связать рабочее оборудование с силовым (редукторы, трансмиссии)
- системы управления. Назначение – включение и выключение отдельных механизмов (муфты, фрикционы)
- ходового оборудования. Назначение – перемещение машины.
- несущих конструкций. Назначение – быть общей для монтажа всех элементов машины, их взаимной связи (шасси).
Физико-механические свойства горных пород
Основные свойства горных пород можно подразделить на следующие две группы:
1. Физические свойства — плотность, пористость, влагоемкость, теплопроводность, проводимость звука, электрического тока и др.
.2. Механические свойства — прочность, упругость, пластичность, крепость, твердость, контактная прочность, абразивность.
Твердость – свойство породы препятствовать внедрению в нее твердого недеформируемого тела (например лезвие бурового инструмента).
Упругость — свойство горной породы восстанавливать свои первоначальные форму и объем по прекращению действия внешних сил. Упругие свойства характеризуются модулем упругости и коэффициентом Пуассона.
Пластичность - свойство породы деформироваться под действием нагрузки без нарушения сплошности и сохранять полученную форму после снятия нагрузки.
Хрупкость – способность породы разрушаться под действием внешней нагрузки без пластических деформаций. Породы более прочные при сжатии, обычно более хрупкие.
Вязкость – сопротивляемость породы силам, стремящимся разъединить ее частицы. Она зависит от пластичных свойств породы и предела прочности.
Плотность – это отношение массы образца к его объёму g=m/V
Абразивность - способность горной породы изнашивать
Разрыхляемость – свойство горных пород увеличивать объем при дроблении
Буримость – скорость бурения горной породы в определенных условиях
Контактная прочность – свойство породы оказывать сопротивление деформации в поверхностном слое при местных контактах.
3. Способы бурения горных пород (ударное бурение; ударно-вращательное бурение; вращательно-ударное бурение).
Ударное бурение. При ударном способе бурения разрушение горной породы производится лезвием бурового инструмента внедряющегося в породу под действием удара Руд.
После удара буровой инструмент поворачивается и по нему наносится очередной удар и т.д. осевая нагрузка на инструмент Рос или отсутствует (станки ударно-канатного бурения) или небольшая (перфораторы). Величина Мкр незначительная. Область применения применяется для бурения пород средней крепости, крепких и весьма крепких. Достоинство: возможность бурения крепких абразивных пород. Недостаток: сравнительно низкая скорость бурения из-за периодического воздействия инструмента на породу.
.Ударно-вращательное бурение. При ударно-вращательном бурении по непрерывно вращающемуся буровому инструменту наносится значительная ударная нагрузка Руд. Инструмент прижимается к забою сравнительно небольшим усилием Рос под действием небольшого крутящего момента Мкр. Область применения: крепкие абразивные горные породы с f=8-20. Достоинства: возможность бурения глубоких скважин.
Недостатки: те же что и при ударном бурении.
.Вращательно-ударное бурение. При вращательно-ударном бурении разрушение породы происходит под действием на буровой инструмент значительной по величине осевой нагрузке Рос, ударной нагрузке Руд, и крутящего момента Мкр.
Разрушение породы осуществляется за счет резания. Ударная нагрузка способствует улучшению условий внедрения инструмента в породу. Область применения: неабразивные породы средней крепости крепкие f =6-14. Достоинства: высокая бурения. Недостатки: низкая прочность бурового инструмента
4. Новые методы бурения (вибрационное бурение; ультразвуковое бурение)
. Вибрационное бурение. Сущность вибрационного метода заключается в том, что при обычном вращательном способе бурения на породоразрушающий инструмент накладываются колебания определенной частоты и амплитуды, создающейся специальным вибратором.
Действие вибратора основано на эффекте центробежной силы, возникающей при вращении неуравновешенных масс (эксцентриков) на горизонтальном валу. Горизонтальные составляющие центробежной силы уравновешиваются, а вертикальные складываются и воздействуют на породоразрушающий инструмент.
Инструмент вращается с помощью специального вращателя.
Процесс разрушения при вибрационном бурении носит усталостный характер, при котором под действием знакопеременной нагрузки в зоне контакта с инструментом порода разрушается более интенсивно, чем при вращательном способе бурения.
Механические вибраторы создают колебания частотой 100-250Гц. Применяется в геологоразведке при бурении трубчатым инструментом по слабым горным породам с отбором керна.
Ультразвуковое бурение
Если через катушку проволоки, намотанной на стержень, изготовленного из ферромагнитного материала, пропустить переменный ток высокой частоты, то стержень начнет сжиматься и растягиваться с такой же частотой, что и частота тока.
При этом конец стержня будет излучать ультразвуковые колебания частотой 10000-20000 Гц. При бурении горной породы в зону разрушения (под стержень) подается суспензия абразивов в жидкости, а инструмент подается на забой с небольшим усилием.
С помощью скоростной киносъемки установлено, что разрушение происходит вследствие забивания зерен абразивов в материал торцом инструмента.
Разрушаемый материал должен быть хрупким.
Скорость бурения 2- мм/мин (очень низкая), для бурения горных пород этот способ пока не перспективен.