Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный индустриальный университет» Кафедра открытых горных работ и электромеханики ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ РАБОТ Методические указания к выполнению лабораторной работы Новокузнецк 2022 УДК 622.61|(07) -224 Составител : Морев Алексей Иванович Курдюков Михаил Олегович Рецензент кандидат технических наук, доцент . . Коряга -224 Оборудование для подземных горных работ : методические указания / М-во науки и высш. образования Российской Федерации, Сиб. гос. индустр. ун-т, Каф. ткрытых горных работ и электромеханики ; сост.: А. И. Морев, М. О. Курдюков. – Новокузнецк : Издательский центр СибГИУ, 2022. – URL: http://library.sibsiu.ru. – Текст : электронный. Представлены указания для выполнения лабораторной работы обучающимися. Приведены необходимые рекомендации к выполнению работ, а также варианты заданий. Предназначены для обучающихся всех форм обучения по направлению подготовки 21.05.04 Горное дело. Публикуется по решению комиссии по совершенствованию учебно-методической работы ИГДиГ (протокол № 29 от 17.10.2022). Издано в полном соответствии с авторским оригиналом. © Сибирский государственный индустриальный университет, 2022 Содержание Предисловие ..............................................................................................................4 Назначение, область применения и техническая характеристика................5 1 Общее устройство и принцип действия ...........................................................7 2 Технология работы при бурении скважин .....................................................35 3 Расчетная часть .................................................................................................39 Библиографический список ...................................................................................44 Предисловие Программой учебной дисциплины "Горные машины и оборудование подземных разработок" для специальности 150402 "Горные машины и оборудование предусмотрена лабораторная работа по изучению конструкции бурового станка вращательного бурения. Работа выполняется в лаборатории горных машин с использованием натурного образца бурового станка БГА-4, используемого для бурения углеспускных печей при разработке крутопадающих угольных пластов (Киселевско-Прокопьевский район). Целью работы является изучение конструкции, принципа действия и технических характеристик бурильной машины вращательного действия, а также приобретения навыков управления процессом бурения (включение в работу, изменение скорости подачи и резания, изменение угла наклона, наращивание и сокращение бурового става при бурении и расширении скважин). Кроме того, методические указания могут быть использованы для самостоятельной работы студентов. В методическом указании представлены технические характеристики современных машин вращательного бурения шпуров и скважин (приложения А, Б). Даны задания для расчета (таблица 4.1) основных параметров процесса бурения (20 вариантов). Представлены вопросы для самопроверки. Назначение, область применения и техническая харак- теристика Машина буровая БГА-4 (Б – буровая, Г – с гидроподачей, А – Ан- жерского машзавода, 4 – четвертой модификации) предназначена для бурения скважин по углям любой крепости с подачей воды на забой скважины через пустотелый став. Бурение производится с основных и вспомогательных горных выработок в крутопадающий, наклонных и пологопадающих пластах снизу вверх в плоскости их залегания в шахтах опасных по газу и пыли. Пробуренные скважины могут быть разбурены на больший диаметр сверху вниз (при бурении от 45˚ до 90˚). Машина выпускается в двух исполнениях: для горизонтального бурения (от 0˚ до 45˚) – БГА-4Г, для вертикального бурения (от 45˚ до 90˚) – БГА-4В (таблица 1.1). Таблица 1.1 − Техническая характеристика буровых машин Технические данные Угол бурения, град Длина буримой скважины, м Диаметр буримой скважины, м Длина разбуриваемой скважины, м Диаметр разбуриваемой скважины, м Скорость подачи, м/с (см/мин) При рабочем ходе вверх При рабочем ходе вниз При холостом ходе вверх При холостом ходе вниз Максимальное усилие при заторможенном рабочем органе, кН (т) Скорость вращения бурового инструмента, об/мин Регулирование скорости подачи Управление машиной Мощность двигателя вращателя, кВт Исполнение БГА-4Г БГА-4В От 0 до 45 Свыше 45 60 150 0,5 0,5 150 0,85/1,07 (0 – 160) 180 320 520 108 (11) 75; 120 Автоматическое Дистанционное 17 – 22 Рабочая жидкость в гидросистеме Рабочее давление в гидросистеме, МПа (атм) Мощность двигателя маслостанции, кВт Ход поршня гидроцилиндров, м Производительность насосной установки, м/с (л/мин) Наибольшее давление, создаваемое насосной установкой, МПа (кгс/см) Напряжение станции управления, В Полезная длина буровой штанги, м Габаритные размеры бурового станка в рабочем положении, м Длина Ширина Высота Габаритные размеры маслостанции, м: Длина Ширина Высота Масса бурового станка, Масса маслостанции (без рабочей жидкости), кг Комплекса бурового инструмента Масло И-40А 10 (100) 3 0,77 (35) 30 (300) 380/660 0,605 2,65 1,15 0,95 1,45 1,15 2,15 1,45 0,45 0,55 1500 250 4750 6700 1 1.1 Общее устройство и принцип действия Общее устройство Буровая машина (рисунок 2.1) состоит из следующих основных частей: бурового станка 5, маслостанции 4, комплекта бурового инструмента 1, стоек 6, насосной установки 2 и станции управления 3. Маслостанция осуществляет функции механизма подачи, а насосная установка служит для подачи воды к забою скважины для пылеподавления. При бурении станок раскрепляется между почвой и кровлей. Изменение угла бурения скважины достигается с помощью червячной передачи. Управление бурением осуществляется с пульта управления, расположенного на маслостанции. Скорость подачи регулируется автоматически в зависимости от нагрузки на двигатель вращателя, которая зависит от крепости разрушаемого угля. 1 – инструмент буровой для бурения под углом от 0 до 45о; 2 – установка насосная; 3 – станция управления; 4 – маслостанция; 5 – станок буровой; 6 – стойка; 7 – инструмент буровой для бурения под углом от 45 до 90о Рисунок 2.1 − Машина буровая Кинематическая схема (рисунок 2.2). Вращение от электродвигателя М1 через зубчатую муфту 1 и вал-шестерню 2 передается на колесо 3, установленном на вал-шестерне 4. От вал-шестерни вращение через колесо 5 и шестерни 6 или 8 промежуточного вала передается шлицевой втулке 10. Шлицевая втулка передает вращение шпинделю 36, который соединен с корпусом бурового замка 37. При передаче вращения от промежуточного вала на шлицевую втулку через шестерни 6 и 7 шпиндель будет вращаться со скоростью 120 об/мин, а через шестерни 8 и 9 – со скоростью 75 об/мин. Передаточные числа редуктора вращателя равны. Рисунок 2.2 − Кинематическая схема Гидравлическая схема (рисунок 2.3). Подача бурового инструмента осуществляется двумя гидроцилиндрами Ц-1 и Ц-2 с диаметром поршня 85 мм. Диаметр штока 50 мм. Гидравлическая схема предусматривает 3 состояния гидроцилиндров подачи. Рабочая подача вверх (вниз). Золотник ЗП находится в положении I (III). Золотник ЗЛ – в положении II. Жидкость от насоса Н1 по трубопроводу 1 через обратный клапан КО1, золотник ЗП и трубопровод 4 (5) поступает в поршневые полости гидродомкратов, а по трубопроводу 5 (4) через золотник ЗП и регулятор потока сливается в бак. Стоп. Оба золотника находятся в положении II. При этом жидкость от насосов Н1 и Н2 по трубопроводам 1 и 2 через золотники сливается в бак. Трубопроводы 4 и 5 заперты. Маневровая подача вверх (вниз). Оба золотника в положении I (III). Жидкость от насосов Н1 и Н2 по трубопроводам 1 и 2 через золотники и трубопровод 4 (5) поступает в поршневые (штоковые) полости гидродомкратов, а по трубопроводу 5 (4) через золотники сливается в бак. Обратный клапан КО1 предназначен для поддержания бурового става при внезапном отключении двигателя насосной станции, а КО2 – для соединения насоса Н2 с предохранительным клапаном КП. Золотник ЗМ предназначен для включения манометра в гидросистему. Рисунок 2.3 − Гидравлическая схема 1.2 Устройство станка Станок (рисунок 2.4) состоит из редуктора 16, параллелей 14, станины 21, бурового замка 3 и гидроцилиндров 1 и 5. Редуктор (рисунки 2.5, 2.6) предназначен для передачи вращательного движения от электродвигателя вращателя к буровому инструменту. Все элементы передачи смонтированы в стальном корпусе, установленном на станине с помощью подшипников. В кронштейнах редуктора имеются расточки для установки направляющих труб параллелей. Валы редуктора смонтированы в корпусе на радиальных шарикоподшипниках. Кожух шпинделя выполнен в виде трубы, приваренной к нижней крышке редуктора. Он ограждает шпиндель и служит резервуаром масла для смазки шпинделя. Параллели (рисунок 2.7) служат направляющими траверсы бурового станка и опорой бурового инструмента при наращивании или демонтаже става и являются ограждением бурового замка с буровым инструментом. Параллели – эллипсные, решетчатые, сварные металлоконструкции, состоят из правой 2 и левой 1 направляющих подвижного ограждения 4 отбойного ключа 11, магнитоуправляемого контакта 9, магнита 10 и подхвата 8. В направляющих имеется специальное окно для установки бурового инструмента в буровой замок. Окно закрывается подвижным ограждением, перемещаемым рычагом. При смене бурового инструмента подвижное ограждение опускается вниз, открывая тем самым окно и облегчая доступ к буровому инструменту. После установки инструмента в замок или извлечения его из замка ограждение поднимается вверх, закрывает окно и фиксируется в данном положении рукояткой. Отбойный ключ предназначен для стопорения бурового инструмента при демонтаже става. На левой направляющей закреплен магнитоуправляемый контакт, а на подвижном ограждении – магнит, предназначенный для замыкания и размыкания цепи дистанционного управления электродвигателем вращателя. Электродвигатель может быть включен лишь тогда, когда подвижное ограждение находится в верхнем положении и зафиксировано рукояткой. На полудисках параллелей укреплен подхват, предназначенный для поддержания бурового става во время его монтажа или демонтажа. 1 – гидроцилиндр левый; 2 – болт; 3 – замок буровой; 4 – сухарь; 5 – гидроцилиндр правый; 6 – крышка; 7 – гайка; 8 – сектор червячный; 9 – болт; 10 – стяжная муфта; 11 – барабан; 12 – подшипник; 13 – червяк; 14 – параллели; 15 – корпус муфты; 16 – редуктор; 17 – валик; 18 – сектор; 19, 20 – винт; 21 - станина Рисунок 2.4 − Составные части бурового станка 1 – корпус редуктора; 2 – цапфа; 3 – крышка; 4 – кронштейн; 5 – кольцо резиновое; 6 – шнур резиновый; 7 – подшипник; 8 − рукоятка; 9 - рычаг Рисунок 2.5 − Редуктор механизма вращения 1 – втулка шлицевая; 2 – манжета; 3 – кожух шпинделя; 4 – подшипник; 5 – колесо зубчатое; 6 – вилка; 7 – обойма; 8 – муфта; 9 – колесо зубчатое; 10 – крышка корпуса; 11 – чистильщик; 12 – крышка; 13 – вал-шестерня; 14 – колесо зубчатое; 15 − вал-шестерня; 16 – шарикоподшипник; 17, 18 − вал-шестерня; 19 – корпус редуктора; 20, 21 − полумуфта; 22 – манжета; 23 – сухарь; 24 – кольцо резиновое; 25 – шестерня; 26 – пробка-воздушник; 27 – прокладка; 28 – крышка Рисунок 2.6 − Редуктор (разрез Д-Д) 1 – направляющая левая; 2 – направляющая правая; 3 – болт; 4 – ограждение подвижное; 5 – рычаг; 6 – рукоятка; 7 – планка; 8 – подхват; 9 – контакт; 10 – магнит; 11 – ключ отбойный; 12 – болт; 13 – планка Рисунок 2.7 − Параллели Станина (рисунок 2.8) служит основанием бурового станка и представляет собой сварную металлоконструкцию, выполненную из швеллеров. В средней части станины приварены гнезда для установки распорных стоек при раскреплении бурового станка во время бурения. К станине крепится червяк механизма поворота. Буровой замок (рисунок 2.9) предназначен для соединения бурового инструмента со станком и для передачи инструменту крутящего момента и усилия подачи. Буровой замок состоит из траверсы, корпуса и упорных подшипников. В корпусе на шлицах посажен шпиндель. К траверсе крепится устройство для подвода воды от насосной установки к буровому инструменту. В траверсе замка с помощью специальных сухарей и валиков крепятся штоки гидроцилиндров. Гидроцилиндры (рисунок 2.10) предназначены для сообщения буровому инструменту усилия и скорости подачи. Корпуса цилиндров закреплены на корпусе редуктора вращателя, а штоки – на траверсе бурового замка. Поршень диаметром 85 мм имеет ход 770 мм. Диаметр штока 50 мм. Поршни и штоки гидроцилиндров уплотнены воротниковыми манжетами. Механизм поворота предназначен для установки бурового станка под углом к горизонту от 0˚ до 90˚. Он состоит из червячного сектора 13 (рисунок 2.4) и червяка 8, установленного на станине в подшипниках. Поворот станка осуществляется вручную с помощью воротка, который вставляется в отверстие барабана. Механизм стопорения закрепляет станок в заданном положении после поворота. Он состоит из сектора и двух стяжных муфт, каждая из которых имеет два винта и корпус. Поворот корпуса стяжной муфты производится вручную с помощью воротка, который вставляется в одно из четырех отверстий в корпусе муфты. Вставляя валики в отверстия сектора и выбирая люфт поворотом корпуса муфты, можно застопорить станок под любым углом к горизонту. 1.3 Устройство и принцип работы маслостанции Маслостанция (рисунок 2.11) предназначена для подачи рабочей жидкости под давлением в рабочие полости гидроцилиндров. Маслостанция состоит из стального сварного маслобака с пультом управления и насосов, соединенных с электродвигателем через редуктор. 1, 2 – планка; 3 – лист боковой; 4 – проушина; 5 – ось; 6 – лыжа; 7, 8 – брус; 9 – проставка; 10 – половина правая; 11 – болт; 12 – половина левая; 13 – гнездо; 14 - болт Рисунок 2.8 - Станина 1 – траверса; 2 – планка; 3 – болт; 4 – манжета; 5 – кольцо резиновое; 6 – стакан; 7 – болт; 8 – крышка замка; 9 – кольцо резиновое; 10 – вкладыш; 11 – корпус замка; 12 – манжета; 13 – манжета; 14 – крышка; 15 – угольник; 16 – крышка; 17 – кольцо резиновое; 18 – втулка; 19 – подшипник; 20 – крышка; 21 - кольцо резиновое; 22 – прокладка; 23 – манжета; 24 – втулка; 25 – манжета; 26 – шпиндель; 27 – пробка; 28 – крышка; 29 – проставка; 30 – кольцо водоотбойное Рисунок 2.9 – Замок буровой I – гидроцилиндр правый; II – гидроцилиндр левый; 1 – гайка; 2 – шплинт; 3 – поршень; 4 – манжета; 5 – шток; 6 – цилиндр; 7 – упор; 8 – кольцо резиновое; 9 – манжета; 10 – сальник; 11 – упор; 12 – манжета специальная; 13 – гайка; 14 – стакан; 15 – кольцо резиновое; 16 – стакан; 17 – кольцо пружинное; 18 - угольник Рисунок 2.10 - Гидроцилиндры 1 – электродвигатель; 2 – редуктор; 3 – кольцо резиновое; 4 – трубопровод; 5 – прокладка; 6 – кран-тройник; 7 – гайка; 8 – ручка; 9 – маслоблок; 10 – фильтр заливной; 11 – фильтр всасывания; 12 – кольцо резиновое; 13 – гайка; 14 – трубопровод; 15 – кольцо резиновое; 16 – насос; 17 – пульт управления; 18 – пробка-воздушник Рисунок 2.11 – Маслостанция К маслобаку приварена рама-салазки, к которой крепится двигатель с редуктором и насосами. На задней торцевой стенке маслобака имеется ручка для удобства транспортирования маслобака и кран-тройник для регулирования количества воды, подаваемой в буровой замок. Пульт управления (рисунок 2.12) – панель, служащая одновременно крышкой маслобака, на которой смонтированы гидрораспределитель, мано- метр, дроссель, обратный и предохранительный клапаны. Вся гидроаппаратура соединена между собой системой маслопроводных трубок. На пульте управления расположен маслоуказатель. Манометр включается в гидросистему путем нажатия плунжера. В исходное положение плунжер возвращается пружиной, при этом подводящее отверстие перекрывается и манометр отключается от гидросистемы, исключая влияние пульсаций движения на манометр. Гидрораспределитель служит для изменения направления потока рабочей жидкости, подаваемой в гидроцилиндры. Перед включением насосной станции рукоятки гидрораспределителя устанавливаются в вертикальном положении. Для включения рабочей подачи вверх и вниз необходимо правую (от машиниста) рукоятку перевести в положение "от себя" или "к себе" соответственно. Для включения маневровых подач обе рукоятки переводятся в положение "от себя" или "к себе". Редуктор предназначен для передачи вращения от электродвигателя к насосам. К одному его фланцу крепится электродвигатель мощностью 3 кВт, а к другому – два шестеренных насоса. 1.4 Буровой инструмент Буровой инструмент является исполнительным органом машины и предназначен для бурения скважины под определенным углом к горизонту. Поставляется в 2 вариантах: а) для бурения и разбуривания скважин под углом к горизонту от 45˚ до 90˚. б) для бурения скважин под углом к горизонту от 0˚ до 45˚. 1.4.1 Буровой инструмент для бурения от 45˚ до 90˚ (рисунок 2.13) предназначен для бурения скважин в наклонных и крутопадающих пластах. Состоит из забурников, расширителя прямого хода, опорных фонарей и буровых штанг. Забурник (рисунок 2.14) предназначен для бурения опережающей скважины малого диаметра (130 мм), которая должна направлять буровой инструмент. Он представляет собой корпус, выполненный в виде шнека с центральным каналом, для прохода воды по резцу забурника. В съемной головке закреплены 4 резца РК 8 В, армированные твердым сплавом, образующие 2 линии резания. Третья линия резания образуется резцом БП-741В. 1 – крышка; 2 – дроссель с регулятором; 3 – привод дросселя; 4 – маслоуказатель; 5 – золотник управления; 6 – золотник; 7 – винт; 8 – манометр; 9 – колпак; 10 – панель; 11 – клапан предохранительный; 12 – клапан обратный; 13 – золотник манометра; 14 – пружина; 15 – плунжер; 16 – кольцо резиновое Рисунок 2.12 – Пульт управления 1 – инструмент буровой для бурения под углом от 45о до 90о; 2 – инструмент буровой для бурения под углом до 45о Рисунок 2.13 – Инструмент буровой 1 – хвостовик; 2 – резец породный; 3 – зубок; 4 – кольцо резиновое; 5 – головка; 6 – корпус забурника; 7 – упор Рисунок 2.14 – Забурник Расширитель прямого хода (рисунок 2.15) предназначен для расширения опережающей скважины до диаметра 500 мм. Он состоит из коронок (500 мм), посаженных перпендикулярно друг другу на вал, форсунок и резцов. На корпусе и коронке с помощью винтов закреплены резцы И-79Б и РК 8 Б.000 (для оконтуривания скважины). К верхнему торцу коронки приварена втулка для центрирования забурника. Форсунки предназначены для орошения забоя и крепятся на валу гайками. Для защиты форсунок от механических повреждений, к валу приварен щиток со специальными прорезями для прохода струи воды. Расширитель обратного хода (рисунок 2.16) диаметром 850 мм предназначен для расширения пробуренной скважины при обратном ходе (сверху вниз). Он состоит из коронки, корпуса, вала форсунок и резцов. В каждом луче коронки и корпуса в прямоугольных пазах установлены по 3 резца И79Б, закрепленных винтами и проволокой. Расширитель обратного хода диаметром 1070 мм отличается от предыдущего тем, что на каждом луче коронки смонтировано 6 резцов. Буровая штанга (рисунок 2.17) передает крутящий момент и усилие подачи от бурового замка к режущему органу, выполняя одновременно роль водопровода для подачи воды к забою скважины. Штанга представляет собой трубу с хвостовиками и опорными буртами, один конец которой имеет внутреннюю, а другой – наружную коническую резьбу для соединения штанг. Для удержания става в скважине во время его наращивания или демонтажа в нижней части штанги имеется шейка, входящая в вырез подхвата. Внутри штанги встроен клапан, задерживающий воду в полости штанги во время наращивания или демонтажа бурового става. Опорный фонарь (рисунок 2.18) является промежуточной опорой бурового става. Корпус фонаря установлен на штанге на 2-х шарикоподшипниках. 1.4.2 Буровой инструмент для бурения от 0˚ до 45˚ предназначен для бурения скважин в горизонтальных и пологих пластах. Он состоит из забур- ника, расширителя, шнековых и опорных штанг. Забурник применяется тот же, что и при бурении от 45˚ до 90˚. 1 – втулка; 2 – резец; 3 – зубок; 4 – коронка; 5 – кольцо резиновое; 6 – гайка; 7 – ток; 8 – винт; 9 – проволока контровочная; 10 – корпус; 11 – форсунка; 12 – вал Рисунок 2.15 – Расширитель прямого хода 500 мм 1 – корпус; 2 – вал; 3 – форсунка; 4 – зубок; 5 – кольцо резиновое Рисунок 2.16 – Расширитель обратного хода 1 – штанга; 2 - клапан Рисунок 2.17 – Штанга буровая 1 – штанга; 2 – шарикоподшипник; 3 – корпус; 4 – манжета; 5 – гайка лабиринтная; 6 – крышка лабиринтная; 7 – манжета; 8 – крышка; 9 - клапан Рисунок 2.18 – Фонарь опорный Расширитель прямого хода предназначен для расширения буримой скважины до диаметра 500 мм. Он состоит из 4-х лучевого конусообразного корпуса, вала форсунок и режущих зубков РК 8 Б.000 (по 4 на каждом луче). Штанга шнековая (рисунок 2.19-а) отличается от ранее рассмотренной тем, что к ней приварены лопасти шнека для выдачи буровой мелочи из скважины. Штанга опорная (рисунок 2.19-б) выполняет функции опорного фонаря с тем отличием, что вместо корпуса на буровую штангу наварены лопасти шнека с полосой, выполняющей роль опорных лап. 2 Технология работы при бурении скважин Машина обслуживается машинистом и его помощником. Машиной можно производить забуривание, бурение, спуск бурового инструмента и разбуривание. Последовательность выполнения операций следующая: 2.1.1 Забуривание: поднять шпиндель в крайнее верхнее положение; проверить положение станка в вертикальной плоскости и по углу наклона; опустить шпиндель и подвижное ограждение вниз; установить в буровой замок переходник с ввернутым в него забурником; установить на параллели направляющую для забуривания; поднять подвижное ограждение вверх и зафиксировать его; поднять буровой замок без вращения вверх до соприкосновения забурника с углем; отключить привод дросселя (подачи воды); заключить вращение и подачу вверх, произвести забуривание на полный ход поршней гидроцилиндров на самых малых скоростях подачи; опустить буровой замок в крайнее нижнее положение; а) шнековая; б) опорная Рисунок 2.19 – Штанга опустить подвижное ограждение вниз, вынуть забурник с переходником из бурового замка, отсоединить забурник от переходника; ввернуть забурник в вал расширителя прямого хода, установить их в буровой замок и поднять вверх без вращения до соприкосновения с углем, предварительно подняв подвижное ограждение. При этом забурник должен войти в пробуренную ранее направляющую скважину; подключить привод дросселя и включить насосную установку; при появлении воды из скважины включить вращение и подачу инструмента и произвести бурение на полный ход гидроцилиндров. 2.1.2 Бурение: установить расширитель на подхват, запереть задвижкой, отсоединить от бурового замка поворотом последнего в обратную сторону, опустить замок в крайнее нижнее положение и опустить подвижное ограждение вниз; установить в замок фонарь (опорную штангу) и без вращения подводить к расширителю так, чтобы конический резьбовой конец штанги вошел в резьбовое отверстие вала расширителя на 20-30 мм, и включить подачу. Открыть задвижку подхвата и поднять подвижное ограждение вверх; включить вращение и подачу бурового инструмента, убрать подхват и открыть кран для подачи воды в буровой замок; произвести бурение на полный ход поршней гидроцилиндров; по окончании бурения включить вращение и подачу, подвести подхват под кольцевую проточку штанги фонаря (опорной штанги), закрыть задвижку и кратковременным реверсом электродвигателя отсоединить буровой замок от фонаря (опорной штанги), одновременно включить подачу вниз и опустить замок в нижнее положение. Опустить подвижное ограждение вниз; установить в буровой замок фонарь (опорную штангу) и повторить цикл; установить в буровой замок штангу и повторить цикл бурения. В дальнейшем фонари (опорные штанги) устанавливают на промежутке 30-40 м через 5 штанг, а на оставшемся участке через 6 штанг. По окончании бурения на полную длину буровой инструмент опускается вниз или производится разбуривание скважины до большего диаметра обратным ходом (сверху вниз). 2.1.3 Спуск бурового инструмента: опустить буровой замок вместе с буровым ставом без вращения вниз, пока кольцевая проточка второй снизу штанги не окажется на уровне подхвата. Включить подачу; завести подхват в проточку штанги и запереть штангу задвижкой, на лыск штанги надеть отбойный ключ и отвинтить нижнюю штангу кратковременными включениями электродвигателя станка в обратном направлении. Категорически запрещается заводить отбойный ключ на квадрат штанги или штанги фонаря при вращающемся буровом инструменте. включить подачу и опустить буровой замок с отвинченной штангой в крайнее нижнее положение, опустить подвижное ограждение вниз, выпустить штангу из замка, уложить ее в штабель на стеллаж, подать замок без вращения вверх и соединить ее штангой става, удерживаемой подхватом, открыть задвижку подхвата; вывести подхват из кольцевой проточки, предварительно приподняв став и цикл операции по спуску повторить; При необходимости расширения пробуренной скважины на больший диаметр инструмент не спускается, а обратный ход используется для разбуривания. Для этого на верхнем горизонте, куда выбурена скважина, вывинтить забурник, снять расширитель прямого хода, на его место надеть расширитель обратного хода и закрепить винтом. Порядок разбуривания тот же, что и при спуске бурового инструмента, с той разницей, что ход вниз производится при рабочей подаче с подачей воды в буровой став для пылеподавления. 3 Расчетная часть В расчетной части ставится задача определения производительности бурения при известных: диаметре скважины (D), мощности двигателя вращателя (Nд), крепости угля (f) или сопротивляемости угля резанию (А), скорости вращения бурового става (n) и угля наклона скважины (). Кроме того рассчитывается максимальная скорость подачи и напорное усилие на забой скважины при бурении. Теоретическая производительность определяется по формуле, м/ч 60n лр h 100 , (4.1) где Zпр число резцов, расположенных на одном радиусе резания; h глубина стружки, срезаемой одиночным резцом за 1 оборот бура, см. Глубина стружки может быть найдена из выражения Рх А h K Kб K з K , (4.2) где А коэффициент сопротивляемости угля (породы) резанию кН/м. При известной крепости его можно определить как А 150f; К коэффициент, зависящий от угла резания К=0,86 для радикальных резцов с углом резания 85о. Кб коэффициент, учитывающий степень блокированности резца. Его можно принимать К= 0,60,8 Кз коэффициент, учитывающий затупление резца Кз = 1+С С величина износа резца; с = 2-4 мм коэффициент 0,1 1 (для углей) мм Кв коэффициент влияния ширины резца, К в 1 0,04(b 20) , b ширина резца, мм; Рх усилие резания, кН Усилие резания может быть найдено по формуле: Рх 2М кр D ср Z к , (4.3) где Мкр крутящий момент на исполнительном органе, кН.м. Dср средний диаметр приложения результирующей силы ре- зания, м Zк число резцов, участвующих в процессе разрушения. Принимается в соответствии с конструкцией режущего инструмента. Из формул 4.2 и 4.3 можно определить h. h 2М кр D ср Z к А К К б К з К в (4.4) Максимальное усилие подачи бурового става можно определить по формулам, кН: d 2 Рп nц Р 10 3 , (при бурении) 4 (4.5) d 2 d12 Рп nц 4 (4.6) Р 10 3 , (при расширении) где nц число гидроцилиндров подачи; d диаметр цилиндра подачи, м; d1 диаметр штока цилиндра подачи, м; Р давление рабочей жидкости, МПа. Максимальная скорость подачи при прямом ходе, м/мин: max п 4Q , n ц d 2 (4.7) где Q – подача (производительность) насоса, м/мин3. Максимальная скорость подачи при обратном ходе, м/мин max п 4Q . n ц (d 2 d12 ) (4.8) Следует учитывать, что максимальная скорость при маневровых операциях может быть увеличена в 2 раза при параллельном включении насосов. Максимальное усилие подачи соответствует п 0 . Усилие подачи бурового става для каждого конкретного случая может быть определено по формуле Pп Р у Zк G Cos Sin , (4.9) где Ру – усилие подачи на одиночном резце, кН; Zк – число резцов в контакте с забоем (принимается в соответствии с конструкцией рабочего органа); G – вес бурового става, кН; − коэффициент трения бурового става о стенки скважины, = 0,40,5; − угол наклона скважины, град. Усилие подачи одиночного резца можно рассчитывать по формуле Р у 0,8 сж S з с Р х , (4.10) где сж − предел прочности угля (породы) при одноосном сжатии; Sз – величина площади затупления резца, м2, (Sз = 0,20,3 см2); Рх – усилие резания. С 0,35 0,35 , h (4.11) где h –толщина срезаемой стружки. Исходные данные для расчета представлены в таблице 4.1. Таблица 4.1 − Исходные данные для расчета Диаметр Диаметр Скорость Ва Крескважины скважины вращери- пость при распри бурения, ант угля, f ширении, нии, м об/мин м 1 0,7 0,5 0,85 120 2 0,9 0,5 0,85 120 3 1,1 0,5 0,85 120 4 1,3 0,5 0,85 120 5 1,5 0,5 0,85 120 6 1,7 0,5 0,85 120 7 1,9 0,85 1,07 120 8 2,1 0,85 1,07 75 9 2,3 0,85 1,07 75 10 2,5 0,85 1,07 75 11 2,9 0,85 1,07 75 12 3,3 0,85 1,07 75 13 1,5 0,5 0,85 120 14 1,8 0,5 0,85 120 15 2,0 0,5 0,85 75 16 2,4 0,85 1,07 75 17 2,6 0,85 0,85 75 18 3,0 0,5 0,85 75 19 2,8 0,5 0,85 75 20 3,2 0,5 0,85 75 Угол наклона скважины, град. Мощность двигателя, кат 30 35 40 45 50 55 60 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 20 22 25 30 35 40 35 30 25 22 25 30 35 40 35 35 40 40 35 40 40 Вопросы для самопроверки 1. Назначение и области применения бурового агрегата БГА-4. 2. Из каких частей состоит агрегат? 3. Основные части бурового станка. 4. Назовите основные технические характеристики агрегата. 5. Последовательность операций при бурении 6. Последовательность операций при расширении скважины 7. Назовите элементы гидравлической схемы агрегата 8. Перечислите элементы кинематической схемы 9. С какой целью переключают скорость вращения бурового става? 10. Назначение бурового фонаря. 11. В каких условиях применяют буровые штанги со шнеком? 12. Назовите геометрические параметры резцов. 13. Назовите марку твердого сплава для армированных резцов. 14. Как рассчитать наибольшее усилие при подаче? 15. Как рассчитать максимальную скорость подачи бурового става? 16. Формула мощности при вращательном движении. 17. Как меняется угол наклона станка? 18. Для чего предназначены скважины? 19. Как рассчитать усилие подачи при бурении? 20. Как рассчитать скорость подачи при бурении и расширении сква- жины? 21. Что понимается под углом резания? 22. Приведите формулу момента для расширителя скважины. 23. Формула мощности при поступательном движении. 24. Какие способы бурения известны вам? 25. Какую роль играет подхват? 26. Какие станки вращательного действия известны вам? Библиографический список 1. Сафохин М.С. Машинист бурового станка: Учеб. для учащихся профтеобразования и рабочих на производстве/ М.С. Сафохин, И.Д. Богомолов, Н.М. Скорняков. – М.: Недра, 1990. – 272 с. 2. Сафохин М.С. Горные машины и оборудование: Учеб. для вузов/ М.С. Сафохин, Б.А. Александров, В.И. Нестеров. – М.: Недра, 1995. – 463 с. 3. Махно Д.Е. Горные машины и комплексы: Краткий курс лекций. Ч. 1. Машины и оборудование для бурения шпуров и технологических скважин/ Д.Е. Махно, Н.Н. Страбыкин, В.Н. Кисурин. – Иркутск: ИрГТУ, 1996. – 125 с. 4. Сафохин М.С. Машины и инструменты для бурения скважин на угольных шахтах/ М.С. Сафохин, И.Д. Богомолов, Н.М. Скорняков. – М.: Недра, 1990. ПРИЛОЖЕНИЕ А Станки для бурения технологических скважин в подземных условиях Таблица А.1 – Технические характеристики буровых станков Наименование бурового станка Параметры Производительность станка, м/ч Угол бурения, град. Глубина бурения, мм Диаметр инструмента, мм Диаметр скважины (шпура), мм Скорость подачи, м/мин рабочая маневровая Усилие подачи, кН Ход механизма подачи, мм БГА-2М "Стрела-77" Б 100/200Э БЖ 45/100Э 10 0-45; 45-90 60; 100 2,5 20 99 "Старт" СБГ-200 2КВ 15 12 4 0-30 0-90 60-90 30 200 100 90; 75 200 1000 100; 130 45 250; 300 60 - 100; 130 45 250; 300 60 - 1,62 3,25 55,6 0,2 2,2 2372,3 2 9 49,0 5 8 2,0 8,5 6 29,4 1,5 1 19,6 н.д. н.д. н.д. 722 840 1200 450 930 н.д. 1000 Окончание таблицы А.1 Наименование бурового станка Параметры БГА-2М "Стрела-77" Б 100/200Э БЖ 45/100Э Частота вращения ин115 -1 струмента, мин Мощность двигателя 13; 13,25 вращателя, кВт Давление в гидросисте5 ме, МПа Длина буровой штанги, 0,6 м Основные размеры, мм длина 1200 ширина 900 высота 200 Масса, кг 682 "Старт" СБГ-200 2КВ 81,4 80; 125 496 107 200 1500 36; 25,8 17 5,5 5,5 5,4 - 10 16 5,3 5 10 16 0,6 1 1,38 0,7 1 1,32 2670 2280 1220 12515 2300 580 950 500 2100 2000 2200 200 1660 650 490 1090 850 950 1800 479 1760 1800 3950 15000 ПРИЛОЖЕНИЕ Б Современные буровые станки Буровой станок Б 15-50Э предназначен для бурения дегазационных, увлажнительных скважин и скважин другого назначения. Станок обеспечивает бурение скважин в любом направлении. Он оснащен дистанционным управление и автоматическим наращиванием бурового става. Техническая характеристика станка Б 15-50Э Производительность, м/ч Диаметр инструмента, мм Глубина бурения, м Мощность двигателя вращателя, кВт Длина штанги, мм Размеры, мм: длина ширина высота Масса, кг 20 93; 97; 112 150; 200 26 1000 2300 580 950 не более 9000 Станок буровой гидрофицированный переносной модельный СБГ-ПМ2 предназначен для шнекового, шарошечного, пневмоударного и колонкового бурения вертикальных и наклонных скважин в породах 1-12 категорий по буримости. Техническая характеристика станка СБГ-ПМ2 Высота станка, мм Ход подачи, мм Усилие подачи, кН Скорость подачи, м/сек Частота вращения шпинделя, об/мин Крутящий момент силы, Нм Диаметр бурения 2000 1400 19,6 0-0,9 0-380 2500 250
