Конструкция бурового агрегата

Буровой агрегат состоит из следующих основных частей: пневмоударника, става штанг, вращательно-подающего механизма станка и установочного оборудования - колонки или рамы, на которых монтируются все узлы агрегата (рис. 1.20). Иногда в комплект бурового агрегата включают набор пневмоударников различной мощности для бурения скважин разных диаметров от 85 до 150 мм и больше. Технические характеристики буровых агрегатов приведены в табл. 1.7.

Пневмоударник - основной рабочий механизм бурового агрегата. На буровых работах хорошо зарекомендовали пневмоударники П-1-75, МП-3, М-32К, М-48, М-29Т, Ц-150. Известно свыше тридцати конструкций пневмоударников без существенных техникоэксплуатационных преимуществ одних конструкций перед другими. Для унификации конструкций пневмоударников, уменьшения их типоразмеров выполняются работы по созданию размерно-подобных рядов пневмоударников. ИГД СО АН СССР в содружестве с горномашиностроительными заводами разработаны, испытаны и рекомендованы к серийному производству типовые конструкции пневмоударников П105, П125, П160 и П200. Технические характеристики наиболее распространенных конструкций пневмоударников приведены в табл. 1.8.

Таблица 1.7

Показатели

Буровые агрегаты

НКР-

100М

ПС-1М

БМН-ЗА

БМК-

150К

БАП-290

«Апатит»

Глубина бурения, м

50

50

50

20

25

20

Число оборотов шпинделя в 1 мин

76

82

78

80

15

до 140

Длина подачи, м

365

250

1100

500

100

нсограни-

чена

Усилие подачи, кге

до 600

до 700

до 750

-

-

-

Скорость подачи, м/мин

до 20

до 20

до 25

до 20

до 15

любая

Мощность двигателя, кВт

2,8

2,8

1,7

-

42,7

4,7

Габаритные размеры, мм

высота

620

600

590

20 000

15 000

8700

длина

1500

1180

1730

8000

7 000

7000

ширина

660

1000

710

3000

3200

2700

Масса, кг

360

295

200

15 000

18 000

-

Таблица 1.8

Показатели

Тип пневмоударника

Г1-1-75

МП-3

Г1105

Г1125

Г1160

11200

Диаметр коронки, мм

105

105

105

125

160

200

Диаметр пневмоударника, мм

90

92

92

ПО

140

176

Длина пневмоударника, мм

475

474

605

625

760

900

Масса пневмоударника, кг

14

14,6

20

31

58

ПО

Расход воздуха, м3/ мин

4,5

6,0

5,7

7,0

12,0

16,0

Энергия удара, кге-м

7

8,5

9,8

15,5

32

42

Частота ударов в 1 мин

2000

1600

1620

1250

1275

1150

Ударная мощность, л. с.

3,5

3,0

3,5

4,3

9,1

10,7

Тип буровой коронки

БК-105

БК-105

К-105

К-125

К-160

К-200

Первые пневмоударники копировали конструкции отбойных молотков, выпускаемых Ленинградским заводом «Пневматика». В дальнейшем конструкции пневмоударников совершенствовались, были созданы высокопроизводительные машины. На рис. 1.21 приведены схемы оригинальных конструкций пневмоударников, созданных в СССР.

На рис. 1.21, а конструкция решена как пневматический молоток с клапанным воздухораспределенисм. Сжатый воздух поступает в полость клапанной коробки (5), клапаном направляется по каналам в теле цилиндра (3) в переднюю или заднюю полость, создавая соответствующее движение поршня-ударника (4). В передней части цилиндра находится бур (/), фиксируемый подвижно с помощью шпонки (2). Снизу в цилиндр ввинчен переходник на штанги (6).

На рис. 1.21, б дан пневмоударник с клапанным воздухораспределе- нием. Шариковый клапан (4) находится в полости, имеющейся в головке поршня-ударника (5). Сжатый воздух по каналу а поступает в полость и клапаном (4) направляется по каналам б и с в переднюю или заднюю полость цилиндра (2), соответственно перемещая поршень-ударник. Выхлоп отработанного воздуха после хода поршня вперед производится через канал d, а после хода назад - через зазоры, образуемые лысками, сделанными на передней части штока поршня и расточкой в патроне (2). В цилиндре пневмоударника имеется автомаслёнка (б), насыщающая маслом проходящую струю воздуха, который переносит смазку на все трущиеся элементы конструкции. В патроне подвижно зафиксирован бур (/), снизу в цилиндр ввинчен переходник на штанги (7).

На рис. 1.21, в показан бесклапанный пневмоударник. Роль воздухораспределителя выполняет хвостовик поршня-ударника (3). Сжатый воздух по каналу а через выточку в при заднем положении поршня попадает в заднюю полость цилиндра (2), производя ход поршня вперед. В конце хода канал с соединяется с полостью выточки в, сжатый воздух попадает в переднюю полость цилиндра и происходит ход поршня назад. Выхлоп отработанного воздуха происходит на забой скважины через окна и каналы в корпусе цилиндра. В передней части пневмоударника находится бур. На рис. 1.21, г дан также бесклапанный пневмоударник. Сжатый воздух по каналу а попадает в полость внутри головки поршня-ударника (3), откуда с помощью радиальных каналов и расточек в передней и задней частях цилиндра (2) попадает в переднюю или заднюю полости, создавая ход поршня вперед или назад. Отработанный воздух выходит через выхлопные окна, имеющиеся в корпусе цилиндра. В передней головке пневмоударника подвижно фиксируется бур. Нижняя головка служит переходником для штанги.

На рис. 1.21, д показан пневмоударник, развивающий большую ударную мощность при сохранении небольшого наружного диаметра. Конструкция выполняется как многокамерная цилиндропоршневая система. Количество камер - две и более. На схеме приведена трёхкамерная система пневмоударника, у которой поршень ударник имеет три головки. Увеличение рабочей площади поршня в п раз ведёт к увеличению ударной мощности пневмоударника в 1,5 раза. Сжатый воздух распределяется с помощью клапана (4), установленного на нижнем горце штока порпшя-ударника (3), и переходит через каналы, просверленные в штоке и окна а ив, открытые в передние и задние полости камеры цилиндра (2). Пневмоударник имеет автомаслёнку (5) и демпфер (б). Последний обеспечивает равномерное заранее заданное усилие прижатия буровой коронки к забою скважины.

На рис. 1.21, е показан пневмоударник с воздухораспределительным штоком, созданный в ИГД СО АН СССР, который является одной из высокопроизводительных конструкций. Сжатый воздух по каналу а через окна в головке поршня (2) попадает в переднюю или заднюю полости цилиндра (2) и создает движение поршня-ударника. Выхлоп отработанного воздуха происходит через каналы а и d коронки па забой скважины.

Пневмоударники с буферным циклом - пневмоударники, поршень-ударник которых в конце обратного хода изменяет движение с помощью буферного элемента. Последнее способствует увеличению числа ходов поршня в 1,2-1,4 раза.

Пневмоударник с толкателем представляет собой дополнительный цилиндр с поршнем-толкателем, работающим синхронно с порш- нем-ударником.

Для бурения скважин увеличенного диаметра (до 300 мм и больше) разработаны пневмоударные снаряды, представляющие собой спаренные и встроенные пневмоударники.

Разрабатываются конструкции пневмоударников с эластичными воздухораспределительными клапанами. Интерес представляет конструкция пневмоударника, у которого удары по буру наносят поршень и цилиндр поочередно, в этом случае корпус пневмоударника устанавливается в направляющих или соединяется со штангами через гибкий элемент-демпфер.

Вращательно-подающие механизмы буровых агрегатов конструктивно идентичны станкам вращательного бурения и в принципе могут быть использованы для проходки скважин вращательным способом.

Os

Схемы конструкций пневмоударников

Рис. 1.21. Схемы конструкций пневмоударников

Установочное оборудование в зависимости от его конструкции существенно влияет на эффективность пневмоударного бурения.

Вращательно-подающий механизм в обратном виде может быть установлен на распорных одинарных и сдвоенных винтовых или гидравлических колонках, металлических сварных каркасах и рамах. Буровые агрегаты устанавливают также на самоходные гусеничные, пневмо- колёсные и рельсоколёсные тележки.

При бурении с поверхности земли или в карьерах буровые агрегаты монтируют на платформах автомашин, на шасси гусеничных ходовых тележек. При этом устанавливают компрессор и другое оборудование, применяемое при пневмоударном способе проходки скважин, что создает полную автономию работы бурового агрегата.

Распорные винтовые колонки являются основным и к тому же несложным видом установочного оборудования для буровых агрегатов. Конструктивно они аналогичны распорным колонкам, применяемым при перфораторном бурении. Как известно, для устойчивой работы буровой машины требуется, чтобы масса колонки была равна нс менее 1,5...2 массам ударной буровой машины. В условиях работы бурового агрегата соотношение, как показывает практика, может быть меньше.

При пневмоударном бурении применяют одинарные и спаренные винтовые распорные колонки. Одинарные нормально работают при небольших усилиях подачи (до 25...30 кН). При значительных усилиях подачи надежнее работают спаренные колонки. На колонке для облегчения грузоподъемных операций устанавливают легкую ручную лебёдку. На некоторых зарубежных конструкциях для облегчения и ускорения этих операций на колонке крепится пневматический домкрат.

Криворожским научно-исследовательским горнорудным институтом (НИГРИ) разработана и изготовлена компактная самоходная гусеничная тележка ТБ1 (рис. 1.22), на которой устанавливается буровой агрегат. Тележка механизирует такие трудоемкие операции, как транспортировка агрегата со всем буровым и вспомогательным оборудованием и оснасткой и его установка в рабочее положение.

Ходовая тележка имеет индивидуальный привод к каждой гусенице, что разрешает поворот тележки вокруг собственной оси на ограниченной площади. Мощность ходового двигателя 2,8 кВт, скорость движения 9,6 м/мин. На платформе тележки шарнирно прикреплен кронштейн, имеющий в верхней части хомут для захвата колонки. Кронштейн поворачивается с помощью пневмодомкрата, устанавливая колонку с буровым агрегатом в заданное рабочее положение. Применение самоходной тележки с манипулятором позволяет сократить затраты времени на подготовительно-заключительные операции на 25...30 %.

Самоходная тележка для пневмоударного бурения

Рис. 1.22. Самоходная тележка для пневмоударного бурения:

  • 1 - опора колонки: 2 - пневмодомкрат: 3 - гусеничная тележка;
  • 4 - распорная колонка; 5 - буровой агрегат; 6 - кронштейн с хомутом;
  • 7 - шламоуловитель; 8 - пневмоударник

Буровой инструмент, его конструкция и особенно рабочие лезвия являются основным, исходным фактором, определяющим физическое содержание и характер процесса разрушения породы на забое скважины. Прочностные показатели рабочих элементов бурового инструмента определяют предельные значения величины энергии удара, развиваемого поршнем-ударником ударного механизма. Конструкция лезвий, их расположение, размеры и форма определяют направление и коэффициент полезного действия сил, разрушающих породу на забое скважины. Удельные затраты энергии на единицу объема разрушаемой породы зависят от формы буровой коронки. Если при бурении гранита с коэффициентом крепости /= 10... 12 долотчатой коронкой удельные затраты энергии принять за единицу, то при бурении крестовой коронкой удельные затраты на единицу объёма разрушаемой породы увеличатся в 1,7, а при бурении звёздчатой коронкой даже в 2,2 раза. При бурении долотчатой коронкой с лезвием зубчатой формы, с прерывистым острием удельные затраты на разрушение породы снизятся и составят 0,6 от затрат при бурении долотчатой коронкой.

Буры, или, как их чаще называют, коронки для пневмоударного бурения, по форме рабочей части можно разделить на основные группы: долотчатые, крестовые, иксообразные, с опережающим лезвием, кольцевые и комбинированные. Буры изготовляют в основном целые, реже разъёмные, состоящие из стержня бура и съёмной коронки, соединяющихся в одно целое с помощью резьб круглого и круглоупорного профилей, а также гладких конусных замков. Хорошо себя зарекомендовали резьбовые замки с нарезкой по конусной поверхности, заимствованные из практики ударно-канатного бурения.

Формы коронок (буров) для пневмоударного бурения

Рис. 1.23. Формы коронок (буров) для пневмоударного бурения: а - с опережающим лезвием; б - долотчатой формы; в - крестовая; г - со съёмной коронкой

На рис. 1.23 показаны буры для пневмоударного бурения различной формы. В практике наибольшее признание получили буры типа К- 100В (БК-105). Технологичность конструкции этого бура, несложность перезаточек и большая износостойкость послужили основой его распространения. Технические данные основных типов буров (коронки) приведены в табл. 1.9.

Таблица 1.9

Показатели

Пневмоударный буровой инструмент

К-17

К-100В

К-105

К-125

К-160

К-200

Диаметр, мм

85

105

105

125

160

200

Длина бура, мм

162

180

155

185

245

380

Хвостовик бура, мм:

длина

100

ПО

0

110

140

235

диаметр

42

50

2

62

2

ПО

Опережающее лезвие, мм:

диаметр

43

46

-

-

-

-

высота

24

25

-

-

-

-

Угол заточки лезвий, градус

110

110

110

110

110

110

Масса бура, кг

1,85

3,5

3,0

5,6

12,5

16,0

Ударный способ бурения является наиболее универсальным, обеспечивающим высокие скорости проходки шпуров и скважин в породах любой крепости.

Скорость ударного бурения горных пород можно повысить за счет следующих основных направлений:

  • 1) значительного увеличения мощности буровых машин;
  • 2) доводки до промышленных образцов полнопогружных буровых

машин;

  • 3) комплексной механизации и автоматизации бурения;
  • 4) совершенствования конструкции и повышения прочностных

показателей бурового инструмента;

5) совершенствования организации буровых работ.

При бурении взрывных скважин и шпуров основными буровыми машинами являются пневматические ударные машины.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >