Техническая характеристика пневматических переносных перфораторов

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА КОМПЛЕКСНОГО ОСВОЕНИЯ И ЭКОЛОГИИ

РОССЫПНЫХ И МОРСКИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

ЦЕНТР ДИСТАНЦИОННОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Н.Н. Клочков

Горные машины и оборудование

Для разработки россыпных месторождений

Часть 1

Буровые машины

Учебное пособие для студентов специальности 09.05

“Открытые горные работы”

МОСКВА

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

При разработке россыпных месторождений буровые машины широко применяются для проходки разведочных и взрывных скважин, при разупрочнении горных пород, а также при выполнении некоторых горно-подготовительных и вспомогательных работ.

Бурением скважин называется совокупность работ по проведению в горных породах выработок круглого сечения. Эти работы выполняются буровыми установками без доступа человека внутрь проводимой выработки.

Элементами буровой скважины являются:

- устье – начало скважины, т.е. место пересечения ее с земной поверхностью;

- забой – дно буровой скважины, перемещающееся в результате воздействия породоразрушающего инструмента на породу;

- стенки – боковые поверхности буровой скважины.

Шпурáми называются скважины малых размеров (диаметр от 30 до 60 мм, глубина до 5 м).

Буровые машины, используемые на открытых горных разработках, классифицируют следующим образом:

1. Буровые машины ударного действия:

· пневматические бурильные молотки – перфорáторы с зависимым вращателем бура;

· станки ударно-канатного бурения.

2. Машины вращательного бурения:

· станки вращательного бурения шарошечными долотами;

· станки вращательного бурения резцовыми долотами.

3. Машины ударно-вращательного бурения:

· станки с погружными пневмоударниками;

· станки вибровращательного бурения.

Буровые машины ударного действия.

Ударное бурение осуществляется за счет последовательного нанесения долотом ударов по забою. При этом вращательный момент во время удара к долоту не прикладывается. Перед каждым последующим ударом (в момент отскока) буровой инструмент поворачивается на некоторый угол, обеспечивая таким образом разрушение породы по всей площади забоя и скалывание целиков между следами соседних ударов.

Эффективность разрушения породы при ударном бурении определяется следующими основными параметрами процесса: энергией единичного удара, частотой ударов и углом поворота бурового инструмента после каждого удара.

Перфораторы

Перфораторы подразделяются на три группы:

- пневматические переносные (ГОСТ 10750-80), предназначенные для бурения шпуров диаметром 32 – 46 мм при глубине 1,5 – 5,0 м; эти перфораторы устанавливают на пневмоподдержки, распорные колонки или на переносные бурильные установки;

- пневматические телескопные (ГОСТ 18098-79), предназначенные для бурения шпуров и скважин снизу вверх диаметром 38 – 85 мм и глубиной до 15 м; перфораторы устанавливаются на телескопическом податчике, который, выдвигаясь, осуществляет подачу перфоратора вверх во время бурения;

- пневматические колонковые (ГОСТ 18092-79), используемые в качестве бурильных головок на машинах для бурения шпуров и скважин диаметром 40 – 85 мм при глубине бурения 5 – 50 м.

При разработке россыпных месторождений используются перфораторы первой группы. В настоящее время в России производят перфораторы этого типа АООТ Пневматика г. Санкт-Петербург и Кыштымский машиностроительный завод (см.табл.1.1.).

Таблица 1.1.

Техническая характеристика пневматических переносных перфораторов

К буровому инструменту перфораторов относятся буровые штанги и съемные коронки. Сочетание буровой штанги с коронкой называют бýром. Бýры могут быть цельные и составные. Цельные буры (см. рис.1.1.) в настоящее время используют только при разработке многолетнемерзлых

россыпных месторождений. Они выпускаются со стальной закаленной головкой или с головкой, армированной твердым сплавом.

Рис. 1.1. Буровой инструмент для перфораторов

а – цельный бур; б, в – составные буры

1 – головка; 2 – упорный бýртик;

3 – хвостовúк; 4 – коронка;

5 – конусная головка;

6 – буровая штанга;

7 – осевой канал.

Наибольшее распространение получили составные буры со съемными коронками. Применение съемных коронок исключает необходимость транспортировать большое количество буров для заточки.

Буровые штанги изготавливают из стали шестигранного сечения. Штанга имеет конусную головку (рис.1.1.в) или резьбу (рис.1.1.б) для соединения с коронкой, упорный буртик, хвостовик для установки штанги в перфораторе и осевой канал для продувки или промывки шпура.

Буровые коронки армируют металлокерамическими твердыми сплавами ВК-6В, ВК-8В, ВК-11В, ВК-15.

Наиболее широкое распространение получили долотчатые и крестовые коронки (см. рис.1.2.).

Рис. 1.2. Буровые коронки

а – долотчатая; б – крестовая;

1 – корпус; 2 – лезвие из твердого сплава;

3 – отверстие для промывки шпура.

Долотчатые коронки применяют для бурения монолитных пород, а крестовые – трещиноватых пород. Коронки закрепляются на штанге бура с помощью резьбового или конусного соединения. В резьбовом соединении штанга должна упираться в дно коронки или в ее торец, чтобы резьба не воспринимала удары. В конусном соединении коронка удерживается на штанге силами трения.

Перфоратор состоит из ударного механизма и воздухораспределительного, поворотного и пускового устройств (см. рис.1.3.).

Ударный механизм представляет собой цилиндр 1, внутри которого под действием сжатого воздуха, поступающего через воздухораспределительное устройство то в переднюю 2, то в заднюю 3 полости цилиндра, совершает движение поршень-ударник 4. При ходе вперед поршень-ударник своим штоком 5 наносит удар по хвостовику 6 бура, а при обратном (холостом) ходе поворачивает бур с помощью храпового механизма 7, геликоидального стержня 8 и поворотной муфты 9.

Рис. 1.3. Переносной перфоратор с клапанным воздухораспределением.

1 – цилиндр; 2 – передняя полость; 3 – задняя полость;

4 – поршень-ударник; 5 – шток; 6 – хвостовик бура; 7 – храповой механизм; 8 – геликоидальный стержень; 9 – поворотная букса;

10 – пусковое устройство; 11 – поворотный кран;

12 – промывочная трубка.

Пусковое устройство 10 представляет собой кран, рукоятка которого имеет три положения: первое – воздух перекрыт, перфоратор не работает; второе – кран частично открыт, перфоратор работает с пониженным числом ударов; третье – кран открыт полностью, перфоратор работает в номинальном режиме.

Продувка шпура осуществляется сжатым воздухом, непрерывно поступающим по каналам бура во время работы перфоратора. Усиленная продувка достигается поворотом крана 11, который в этом случае закрывает выхлопное отверстие, перфоратор перестает работать и весь воздух направляется в шпур.

Для обеспечения работы перфоратора применяют специальные воздухораспределительные устройства – клапанные, золотниковые и бесклапанные (см. рис.1.4.).

Рабочий ход начинается с поступления сжатого воздуха через канал 1 в кольцевое пространство корпуса клапанной коробки 2 и далее по кольцевым зазорам в заднюю полость 3 цилиндра. Поршень 4 перемещается вперед, совершая рабочий ход. Из передней полости 5 цилиндра воздух вытесняется через выхлопное отверстие 6. После того, как поршень 4 при своем движении вперед перекроет выхлопное отверстие 6, воздух сжимается и поступает по каналу 7 в заднюю камеру 8 клапанной коробки, создавая там повышенное давление. При дальнейшем движении вперед поршень 4 наносит удар по хвостовику бура. При этом поршень 4 открывает задней кромкой выхлопное отверстие 6 и давление в задней полости 3 падает.

Рис.1.4. Клапанное воздухораспределительное устройство

а – рабочий ход; б – холостой ход

1, 7 – каналы; 2 – клапанная коробка; 3 – задняя полость; 4 – поршень;

5 – передняя полость; 6 – выхлопное отверстие; 8 – задняя камера клапанной коробки; 9 – клапан; 10 – геликоидальный стержень; 11 цилиндр.

Из-за разности давлений в камере 8 и полости 3 клапан 9 перемещается вперед, отсоединяя канал 1 от задней полости 3 (рис.1.4. б). Сжатый воздух поступает в этом случае по кольцевому просвету между клапаном 9 и корпусом клапанной коробки 2 в канал 7 и далее в переднюю полость 5 цилиндра. В результате этого поршень 4 начинает перемещаться назад, закрывая выхлопное отверстие 6, воздух в задней полости 3 сжимается и увеличивается давление на клапан 9. Затем при движении поршня назад открывается выхлопное отверстие 6 и давление воздуха в передней полости 5, а, следовательно, и в задней камере 8, резко падает. Под действием разности давлений клапан 9 вновь перебрасывается в заднее положение, соответствующее рабочему ходу поршня и процесс повторяется.

Клапанное воздухораспределение широко применяется в современных перфораторах из-за простоты конструкции, малых движущихся масс и малой чувствительности к засорению. Все это обеспечивает надежность в работе. Недостатком является повышенный расход сжатого воздуха.

Механизм поворота бура (рис.1.5.) состоит из храповой буксы 1, жестко связанной с цилиндром 2 перфоратора, стержня 3, имеющего геликоидальную нарезку 4 и перемещающегося в гайке 5, запрессованной в поршень 6. Шток 7 поршня 6 взаимодействует через шлицевые пазы с поворотной муфтой 8, состоящей из ведущей и ведомой частей, соединенных торцевыми кулачками. В переднюю часть муфты, имеющую шестигранное отверстие, вставляется хвостовик бура 9. Головка стержня 3 расположена в буксе 1 и посредством собачек 10, прижимаемых к внутренней зубчатой нарезке подпружиненными пластинами 11, может вращаться только в одну сторону.

Рис.1.5. Механизм поворота бура перфоратора

1 – храповая букса; 2 – цилиндр; 3 – стержень;

4 – геликоидальная нарезка; 5 – гайка; 6 – поршень; 7 – шток;

8 – поворотная муфта; 9 – хвостовик; 10 – собачка; 11 – пластина.

При рабочем ходе поршня бур, прижатый к забою осевой нагрузкой, не поворачивается. Поэтому при перемещении поршня вдоль геликоидального стержня осуществляется поворот стержня относительно храповой буксы на некоторый угол.

При холостом ходе поршня стержень повернуться в храповой буксе не может из-за собачек 10, которые упираются в зубчатую нарезку. Поэтому поршень продольно перемещается с поворотом по геликоидальной нарезке стержня и через поворотную муфту поворачивает буровой инструмент. Угол поворота составляет обычно 10 – 20⁰.