Таранов П.Я. Буровзрывные работы

Подождите немного. Документ загружается.

Порода

Коэффициент

крепости

пород, /

Скорость вра-

щения резца

об/мин

Осевое усилие

иа резец, кГ

Ожидаемая

скорость бу-

рения, см/мин

Каменный уголь и антрацит

Глинистый сланец.................

Песчаник средней крепости

Крепкий песчаник..................

1,5—2 3

—4 6

8—10

600—

1500

600—400

450—300

350—200

40—120

150—450

600—800

900—

1100

200—600

200—150

100 30

—50

§ 44. Принцип и теория ударного бурения

В породах с коэффициентом крепости f>6 по шкале проф. М. М.

Протодьяконова применяется преимущественно ударное бурение

шпуров. При ударном бурении рабочим инструментом яв-

ляется бур — стальной стержень диаметром 22—32 мм, имеющий

плоский затыльник с одного конца и коронку с заостренным лезвием с

другого. Принцип ударного бурения состоит в следующем. При ударе

по затыльнику бура лезвие сминает породу и внедряется в нее на

глубину h, образуя щель (рис. 84, а). При сильном ударе энергия его

может через смятую породу передаться на боковые поверхности щели

и вызвать скалывание породы сбоку щели. Но-в шпуре при малой

поверхности забоя, порода зажата и скалывание

ее по бокам щели очень мало (рис. 84, аиб).

После первого удара бур поворачивается на

некоторый угол со и снова наносится удар по

буру, при этом лезвие делает в. породе новую

борозду (рис. 84, в). При достаточной силе

удара и глубине разрушения h секторы

породы в пределах угла о> скалываются в

момент образования второй борозды.

Образовавшаяся породная мелочь удаляется

из шпура водой или воздухом.

Как видно из рис. 84, значительная часть

площади забоя шпура (ближе к центру)

подвергается повторным ударам, вызы-

вающим переизмельчение породы. Чем

меньше угол поворота бура после каждого^

удара, тем большая часть площади забоя

будет подвергаться бесполезным повторным

ударам. Однако угол поворота со не должен

быть очень большим, иначе порода не будет

скалываться, а будет сминаться лезвиями

бура при следующем цикле поворотов его.

■ Л. А. Шрейнер [15] считает, что при удар-

ном бурении порода разрушается только

вследствие вдавливания долота и что других

факторов, вызывающих разрушение породы, нет. Сопротивление

породы в таком случае характеризуется динамической твердостью, т.

е. сопротивлением породы вдавливанию инструмента при ударном

характере приложения внешних сил. Динамическая твердость породы

(кварцитов и известняков) приблизительно в 8—9 раз меньше, чем их

статическая твердость [15].

Поверхность забоя при ударном бурении шероховата, вследствие

чего величина сопротивления вдавливанию является переменной.

Роль трения в процессах ударного бурения во много раз меньше, чем

при бурении долотами режущего типа, что повышает к. п. д.

разрушения и уменьшает износ долот.

Вследствие сложности процесса разрушения горной породы при

ударном бурении до сих пор еще нет общепризнанной теории

Рис. 84. Схемы разруше-

ния породы при ударном

бурении

этого процесса. Ряд рабочих гипотез и теорий созданных советскими и

зарубежными учеными, хотя и не исчерпывают полностью всех

вопросов механизма разрушения породы, но частично освещают

отдельные вопросы [22, 23].

Процесс ударного бурения прерывистый (порода разрушается

только в момент удара), а вращательного — непрерывный. Вследствие

этого вращательное бурение (в тех породах, где оно применимо) более

производительно, чем ударное. Энергетические затраты на единицу

объема шпура или скважины при вращательном бурении, при котором

порода разрушается главным образом за счет скалывания, меньшие,

чем при ударном бурении. Если учесть еще, что ударное бурение

шпуров осуществляют пневматическими буровыми машинами,

которые потребляют более дорогую энергию, чем электрические

машины вращательного бурения, то преимущества •последнего будут

еще заметнее.

§ 45. Принцип и теория ударно-вращательного бурения

Ударно-вращательное бурение является в принципе вращательным

бурением, но таким, при котором буровой инструмент, кроме

воздействия большого статического осевого усилия и крутящего

момента, подвергается еще воздействию динамических нагрузок —

ударов. Благодаря этому резец (коронка) лучше внедряется в породу и

снимает более толстую стружку. В результате этого произво-

дительность ударно-вращательного бурения (в породах с коэффи-

циентом крепости / = 6-J-14) больше, а энергетические затраты на

единицу длины или объема шпура меньше, чем при вращательном или

при ударном бурении.

Если статическое осевое усилие Р значительно превосходит силу

отдачи, возникающую в момент удара, то резец будет внедряться в

породу не только в момент удара, но и на протяжении всего интервала

между смежными ударами, и поверхность забоя в этом интервале

будет наклонной (рис. 85, а). Если статическое осевое усилие

достаточно лишь для преодоления сил отдачи, то поверхность забоя в

интервале между соседними ударами не будет иметь наклона (рис. 85,

б). В первом случае имеет место ударно-вращательное б>рение, во

втором — вращательно-ударное. Последний вид бурения менее

производителен, чем первый. Применять его можно в породах очень

крепких (f > 14), где статическое осевое усилие, практически

достижимое при бурении шпуров (Р «* 1500 кГ), не может обеспечить

внедрение резца в породу. В этом случае в целях уменьшения трения

и износа коронок осевое усилие устанавливают в 300—500 кГ,

крутящий момент сохраняют на уровне 2500 — 3000 кГсм, а энергию

удара целесообразно увеличить до 7— 9 кГм [25].

Рациональная область применения ударно-вращательного бурения

— породы с коэффициентом крепости / = 6ч-14. В породах менее

крепких более экономично вращательное бурение электрическими

буровыми машинами. В породах с коэффициентом крепости

f > 14 ударно-вращательное бурение превосходит ударное бурение по

скорости бурения на одну машину, но приблизительно равноценно

ему по производительности труда бурильщика и по стоимости

бурения 1 ж шпура [25].

Р+р

уд

P*P

ув

Рис. 85. Схемы, поясняющие принцип ударно-вращательного

- . вра'щательно-ударного бурения

Г л а в а XI БУРОВОЙ

ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ БУРЕНИЯ ШПУРОВ

§ 46. Буровой инструмент для вращательного бурения шпуров

Буровые штанги изготовляют из прутков углеродистой стали

марок У8, У9 и У10. Прутки витые длиной. 5—7 м; форма попереч-

ного сечения прутков ромбическая с притуплёнными ребрами (рис.

86), размеры сечения 18 X 36 мм. Витками при бурении выдается из

шпура измельченная порода.

Буровые штанги нарезают длиной от 0,7 до 5 ж с интервалом 0,7 м

при бурении колонковыми электросверлами. Для бурения ручными

электросверлами применяют штанги длиной 1,2 и 3 ж.

Штанга с одного конца имеет хвостовик для закрепления в пат-

роне буровой машины, а с другого конца — гнездо для закрепления

резца.

Для получения ровных и прямолинейных шпуров и хорошего

удаления в процессе бурения буровой мелочи длина шага витка штанг

должна быть 60—90 мм, а соотношение между диаметрами резцов и

буровых штанг должно находиться в пределах 1,1—1,2. При

истирании штанг о стенки шпура это соотношение постепенно

увеличивается, достигая 1,4. Такие штанги становятся непригодными

к работе: они плохо выдают буровую муку и заштыбовываются в

шпуре, а шпур при бурении получается неровным, извилистым, что

затрудняет его заряжание.

В породах с коэффициентом крепости />5 целесообразно при-

менять мокрое бурение, т. е. бурение с непрерывной подачей через

канал буровой штанги воды в шпур для удаления буровой мелочи.

При мокром бурении повышается производительность буровой ма-

шины и стойкость резцов.

Рис. 86. Витая сталь для буровых штанг -160-

Рис. 87. Усгройство для бакового подвода воды к буровой

штанге:

/ — патрон; 2 — промывочная муфта; 3 — накндные гайки; 4 — буровая

штанга; 5 — резиновые обтюраторы; 6 — штуцер промывочной муфты; 7 —

ниппель водяного шланга

При мокром бурении применяют пустотелые штанги из стальных

труб или из прутков шестигранной 'пустотелой буровой стали. Вода в

канал штанги подается через промывочную муфту, надеваемую на

патрон (рис. 87) или непосредственно на хвостовик буровой штанги

(см. рис. 109).

Резцы. Съемные резцы изготовляют ковкой или штамповкой из

тех же сортов углеродистой стали, что и буровые штанги. Резец

^ имеет два пера и хвос-

товик для соединения

со штангой. Каждое

перо со стороны перед-

ней рабочей грани ар-

мируют пластинкой

твердого сплава ВК-6

или ВК-8 толщиной 3—

4 мм. Пластинка

твердого сплава выдер-

живает от 8 до 15 за-

точек, в зависимости от

степени затупления

резца.

Геометрическая форма

резца, так же как твердость и

вязкость металла, оказывает большое влияние на устойчивость резца

против истирания и поломок и на скорость бурения.

Рис. 88. Формы резцов:

: б-с

а — с положительным передним углом заточки 1

отрицательным передним углом заточки f