Подготовка скальных пород к выемке и погрузке осуществляется в основном методом взрывания скважинных зарядов. Для бурения скважин применяются почти все виды буровых станков серийного изготовления. Бурение шпуров широко применяется на карьерах по добыче блочного облицовочного камня, а также на вспомогательных работах (дробление негабаритных кусков породы, разработка сезонной мерзлоты и др.)*
Станки шарошечного бурения
Шарошечное бурение находит все большее применение для бурения пород с коэффициентом крепости / = 6 -г- 16. Рабочим органом станков является шарошечное долото, привинчиваемое на нижний конец бурового става трубчатых штанг.
Основными достоинствами станков шарошечного бурения являются — высокая производительность, непрерывность процесса бурения, возможность его автоматизации; недостатками — большая масса станков и малая стойкость долот в труднобуримых породах.
В общих затратах на бурение скважин от 20 до 45% составляют расходы на буровой инструмент. От правильного выбора типа долот в значительной степени зависят их стойкость, скорость и стоимость бурения.
Режим бурения шарошечными долотами определяется частотой вращения долота, осевым давлением, а также количеством подаваемого воздуха для очистки скважины от буровой мелочи и охлаждения долота.
Станки шнекового бурения
Шнековое бурение применяется для проходки вертикальных и наклонных скважин в основном на карьерах по добыче цементного сырья и гипса в породах с коэффициентом крепости / = 4 -ь 6 (мел, мягкие известняки, гипс, гипсоан- гидрит и др.).
Станки шнекового бурения характеризуются простотой в эксплуатации и высокой производительностью в породах, соответствующих этому виду бурения.
Технология шнекового бурения заключается в образовании взрывных скважин долотами режущего типа (резцами) под воздействием осевого усилия и вращения бурового става. Передача резцу крутящего момента и осевого усилия, а также удаление буровой мелочи из забоя обеспечиваются шнековыми штангами с ребордами винтовой формы.
Основными технологическими операциями шнекового бурения скважин являются: собственно бурение, наращивание и разборка бурового става, состоящего из отдельных штанг. Осевое давление на буровой инструмент и подача последнего на забой осуществляются под действием массы вращателя и бурового става и принудительно.
Техническая характеристика станков шнекового бурения |
|||
Показатели |
1СБР-125 |
СВБ-2М |
СБР-160 |
Диаметр коронки, мм |
115 |
150—160 |
160 и 200 |
Глубина бурения, м |
25 |
25 |
25 |
Диаметр штанги по спирали, мм |
115 |
155 |
— |
Длина штанги рабочая, м |
2,0 |
1,79 |
4,2 |
Направление бурения, градус |
60—90 |
60—90 |
60^-90 |
Усилие подачи, тс |
1,0 |
До 5,0 |
8,0 |
Частота вращения шпинделя, об/мин |
220 |
120 и 200 |
80; 124; 161 |
и 248 |
|||
Установленная мощность, кВт |
27,8 |
40,0 |
80,0 |
Ход станка |
На салаз |
Гусеничный |
|
ках, шага |
|||
ющий |
|||
Размеры в рабочем положении, мм: |
4300 |
||
длина |
3360 |
6000 |
|
ширина |
1970 |
2830 |
3150 |
высота |
4250 |
6080 |
6200 |
Масса без инструмента, т |
2,3 |
9,6 |
16,8 |
Стоимость, руб; |
2500 |
8700 |
. — |
Изготовитель |
Карпинский машиностроительный |
||
завод |
Рекомендуемые к применению типы резцов |
|
Коэффициент крепости ТТЛу\ЛТ» ТТЛ ТТТТ^О ТТЛ |
|
пород по шкале проф. М. М. Протодья- |
Рекомендуемые типы резцов и их характеристика |
конова / |
|
До 3-4 |
Резцы типа «рыбий хвост» из углеродистой стали, ар |
мированные пластинками твердого сплава ВК6 или ВК8 |
|
(рис. 25, а) |
|
3—5 |
Резцы со сменными зубками, армированными тверды |
ми сплавами (рис. 25, б). Твердосплавные элементы |
|
легко заменяются, стойкость резца достигает 1000 м |
|
4—6 |
Резцы с прерывистым лезвием в виде впаянных |
(рис. 25, в) или сменных (рис. 25, г) штырей твердого |
|
сплава ВК8В. Резцы с впаянными штырями исполь |
|
Более 5 |
зуются однократно, стойкость их 30—50 м |
Резцы с криволинейными режущими лезвиями (рис. |
|
До 8 |
25, д). Иногда применяют кольцевые резцы (рис. 25,.е) |
Резцы торцового резания (рис. 25, ж), требующие |
|
больших усилий (50 кгс/см диаметра резца) и частоты |
|
вращения (до 200 об/мин) |
Режим шнекового бурения характеризуется усилиями подачи, частотой вращения бурового инструмента и эффективностью удаления буровой мелочи. При изменении крепости пород (/) от 1 до 6 осевое давление должно возрастать с 40—50 до 400—600 кгс на 1 см диаметра резца, а частота вращения — снижаться с 248—200 до 80—120 об/мин.
Выбор оптимального режима бурения производится с учетом типа применяемых резцов на основе проведения экспериментов с определением производительности станка и стоимости бурения в конкретных условиях.
Существенным недостатком шнекового бурения является значительная потеря глубины скважины (до 15%) из-за неполного удаления шнеками разрушенной породы. Устранение этого недостатка достигается внедрением шнеко-пневматической очистки скважины от буровой мелочи, при которой по трубам шнека в скважину подается воздух (в количестве 2—5 м3/мин), резко повышающий эффект очистки скважины.
Станки ударно-вращательного бурения
Ударно-вращательное бурение целесообразно применять на карьерах малой и средней производительности в породах средней и выше средней крепостд, а также на карьерах большей производительности в пределах косогорной части разрабатываемых горизонтов, где перемещение тяжелых станков шарошечного бурения практически невозможно.
Станки ударно-вращательного бурения просты по конструкции и обслуживанию, имеют малую массу, высокую маневренность и применяются для бурения вертикальных и наклонных скважин в крепких породах. В табл. 69 приведена их техническая характеристика.
Рабочими органами станков являются пневмоударники. С помощью клапанного устройства сжатый воздух, поступающий по буровой штанге, приводит
Техническая характеристика станков ударно-вращательного бурения |
||||
1СБУ-125 |
СБУ-100* |
|||
Показатели |
П-31М |
БМК-4М |
(СБМК-5) |
|
Диаметр скважины, мм |
105 |
105 |
105 и 125 |
105 |
Глубина бурения, м |
25 |
35 |
24 |
35 |
Направление бурения, гра |
45—90 |
0—104 |
14—104 |
14—104 |
дус |
(14—120) |
|||
Осевое давление, кгс |
600 |
760 |
1200 |
760 (700) |
Диаметр штанги, мм |
63 |
89 |
89 |
89 |
Длина штанги, м |
1,2 |
0,9 |
2,5 |
0,96 |
Частота вращения бурового |
76 |
41—45 |
27; 40 и 80 |
-(41) |
става, об/мин Удаление шлама |
||||
Воздушно- |
Отработан |
Воздушно-водяной смесью |
||
водяной |
ным |
|||
смесью |
воздухом |
|||
Установленная мощность, |
2,8 |
3,0 |
27,2 |
13,0 |
кВт |
||||
Ход станка |
Пневмо- |
Салазки |
Гусеничный |
с электри- |
колесный |
ческим приводом |
|||
Размеры станка в рабочем |
||||
положении, мм: |
||||
длина |
3600 |
2470 |
4000 |
3200 (3000) |
ширина |
1600 |
1000' |
2400 |
1650 (1850) |
высота |
4560 |
2100 |
5700 |
2300 |
Масса, т |
1,3 |
0,48 |
5,72 |
3,5 (3,2) |
Тип пневмоударника |
П-1-75; |
МП-3 |
П-125 |
МП-3 |
МП-3 |
||||
Стоимость, руб. |
2500 |
800 |
10 200 |
6500 (3600) |
Изготовитель |
Дарасунк- |
Кыштымский завод |
||
ский завод |
им. |
М. И. Калинина |
||
горного |
||||
оборудова |
||||
ния |
* Станок СБУ-100 выпускается вместо СБМК-5. Выпущена первая партия — 10 станков.
в возвратно-поступательное движение поршень с бойком, наносящим удары по хвостовику буровой коронки. Частота ударов 1700—2500 в минуту. Вращение пневмоударника вместе со штангой осуществляется электрическим вращателем, который расположен вне скважины.
Буровая мелочь удаляется из скважины водо-воздушной смесью или сжатым воздухом.
При пневмоударном бурении применяются коронки нескольких типов: одно долотчатые (зубильного типа), со сплошным лезвием и с лезвием, армированным двумя пластинками твердого сплава. Коронки армированы твердым сплавом ВК-15Т.
При малой работе единичного удара однодолотчатая коронка, обладающая минимальной длиной лезвия, имеет наибольшее удельное давление лезвия на буровую породу. Существенным недостатком однодолотчатых коронок является интенсивный их износ как по высоте, так и по диаметру.
Для устранения недостатков, присущих однодолотчатым коронкам, предложены долотчатые коронки с опережающим лезвием и двухдолотчатыми периферийными лезвиями. Такие коронки меньше изнашиваются и обеспечивают более высокую скорость бурения за счет ступенчатости забоя.
Характеристика коронок ударно-вращательного бурения * |
|||||
Марка коронки |
Тип коронки |
Диаметр, мм . |
Масса, кг |
Цена за штуку, руб. |
Изготовитель |
К-100В К-100В Т-106 БК-105 К-125 БК-155 КТ-110 КТ-115 К-130 При при необхс |
Трехперая с опережающим лезвием То же Трехперая Трехперая с опережающим лезвием Четырехперая Х-обрав-ная Крестовая с опережающим лезвием Трехперая с опережаю- щим лезвием Коронка-забурник м е ч а н и е. Коронка-забур) димости постановки обсадной |
95—105 105 125 155 130 шк К-13< трубы. |
3,8 приме |
10 10 10 39,5 гк )няется |
Дарасунскийзавод горного оборудования Старооскольский механический завод Кыштымскии машиностроительный завод То же » Первоуральский завод горного оборудования Старооскольский механический завод цля забуривания скважин |
Увеличение износостойкости коронки как ио высоте, так и по диаметру достигается постановкой в долотчатой коронке дополнительных периферийных лезвий, параллельных основному.
В трещиноватых породах применяются трехлезвийныё и крестовые коронки, как правило, с опережающим лезвием.
Режим бурения характеризуется энергией удара коронки осевым давлением, частотой ударов пневмоударника и частотой вращения бурового става. Энергия удара помимо массы и длины4 хода поршня пневмоударника зависит от давления сжатого воздуха. При небольшом давлении воздуха происходит истирание горной породы и буровой коронки. С увеличением давления воздуха буровая коронка эффективнее внедряется в забой, бурение происходит за счет скола породы и сйорость его увеличивается. Оптимальное значение осевого давления составляет 20—30 кгс на 1 см диаметра долота. Оптимальная частота вращения бурового става для пневмоударников диаметром 100—125 мм составляет: в породах крепких и весьма крепких (/ = 14 Щ 18) 20—40 об/мин, в породах средней крепости (10,4- 12) 40—60 об/мин и в породах ниже средней крепости (/= 8 % 10) 60-90 об/мин.
Станки канатно-ударного бурения
Ударное бурение с применением ударно-канатных буровых станков используется лишь при бурении в сильнотрещиноватых породах, в которых бурение возможно только с обсаднымвг трубами, а также в условиях закарстованных пород.
В настоящее время серийно изготовляется станок БСММ. Техническая характеристика его приведена в табл. 72.
Буровой инструмент состоит из долота, штанги и канатного замка, свинчивающихся между собой. Угол приострения головки долота принимают 90— 120°. При бурении в трещиноватых породах для предотвращения отклонения долота в сторону от оси скважины применяют крестовые или фасонные долота.
Техническая характеристика станка ударно-канатного бурения БС-1М |
|||
Показатели |
Значения |
Показатели |
Значения |
Диаметр бурения, мм |
250; 300 |
Скорость передвиже |
0,9 |
Масса бурового сна |
2000—3000 |
ния, км/ч |
|
ряда, кг |
Удельное давление на |
0,7 |
|
Длина бурового сна |
12 500 |
грунт, кгс/см2 |
|
ряда, мм |
Основные размеры стан |
||
Число ударов инстру |
0,6; 0,95; 1,1 |
ка в рабочем положе |
|
мента, уд/мин |
нии, мм: |
||
Скорость навивки ка |
длина |
7 070 |
|
ната, м/с: |
ширина |
3 460 |
|
инстр у ментал ьно го |
0,9 |
высота |
15 050 |
челночного |
1,8 |
Мощность электродви |
55 |
Диаметр инструменталь |
30,5 |
гателя, кВт |
24 |
ного каната, мм |
Масса станка (без ка |
||
Диаметр челночного ка |
14,0 |
ната), т |
|
ната, мм |
Стоимость, руб. |
14900 |
|
Способ передвижения |
На гусени |
Изготовитель |
Благовещен |
цах |
ский завод |
||
«Амурский |
|||
металлист» |
Процесс канатно-ударного бурения включает четыре основные операции: 1) собственно бурение, при котором в скважину подливается вода для образования на дне скважины бурового шлама; 2) подъем инструмента из скважины; 3) чистка скважины от шлама, которая производится через каждые 0,7—1,5 м бурения при помощи желонки с хвостовым клапаном; 4) опускание инструмента в скважину для дальнейшего бурения.
Оптимальные значения параметров режима канатно-ударного бурения |
|||||
Коэффициент крепости по шкале |
|||||
Показатели |
проф. М. М. Протодьяконова |
||||
0,5—1,0 |
2-4 |
5-8 |
10-14 |
17-20 |
|
Высота падения инструмента, м |
0,78 |
0,92 |
0,92 |
Ж |
1,1 |
Число ударов в минуту |
58 |
58 |
53 |
48 |
48 |
Высота навески долота над за |
0,25—0,5 |
1,0—3,0 |
1,5—2,0 |
4-6 |
5—7 |
боем, см |
|||||
Удельный расход воды, дм3/дм3 |
2,0 |
1,7-1,5 |
1,25 |
1,0 |
0,75 |
Продолжительность операций, |
|||||
мин: |
|||||
дробления |
3-4 |
6—9 |
12—20 |
15—25 |
25-45 |
чистки |
2-3 |
3-4 |
4-5 |
4-5 |
5—6 |
Наплавка долот твердым сплавом. Изготовленные из углеродистой стали марок У8 и У8А закаленные долота имеют низкую эксплуатационную стойкость и требуют частой замены. Рабочую часть долот можно делать более износостойкой, применив для этой цели трубчато-зерновой твердый сплав рэлит ТЗ. Наплавка ТЗ на долото производится при помощи газовой горелки ацетилеио-ки- слородным пламенем. Наплавку лезвия долота производят таким образом,, чтобы его вершина не перегревалась и не сплавлялась. Толщина слоя наплавки не должна превышать 3 мм; нарушение этого правила ведет к перерасходу твердого сплава, повышает хрупкость наплавленного слоя и изменяет форму лезвия.
Станки огневого (термического) бурения
Огневое (термическое) бурение может быть использовано в весьма трудно- буримых кварцсодержащих породах с коэффициентом крепости 20. Огневое бурение применяется на Токовском карьере по добыче гранита. Этот вид. бурения весьма перспективен для крупных карьеров по добыче кварцсодержащих изверженных пород.
В настоящее время отечественной промышленностью выпускается станок термо-механического бурения СБТМ-20. Техническая характеристика его приведена в табл. 74.
Основными технологическими операциями являются: зажигание горелки; собственно бурение, заключанвдееся в подаче вращающегося термобура на забой; расширение скважины в нижней ее части (при создании котловой полости) или по всей ее глубине и очистка скважины. В камере сгорания огнеструйной горелки смешиваются горючее и окислитель и образуются высокотемпературные газовые струи,„которые, проходя через _сопловой аппарат, приобретают сверхзвуковую скорость. Охлаждение горелки и пылеподавление осуществляются водой и сжатым воздухом.
При использовании в качестве окислителя сжатого воздуха рациональны односопловые горелки, позволяющие повысить концентрацию газового потока. Двух- и трехсопловые горелки применяют при окислителе — газообразном кислороде. Стойкость горелок обычно составляет 800—1000 м.
Техническая характеристика станка термо-механического бурения СБТМ-20 |
|||
Показатели |
Значения |
Показатели |
Значения |
Диаметр скважины, мм Наибольший диаметр котла, мм Глубина бурения, м Направление бурения, градус Средняя скорость бурения, м/ч Компрессор Пр оизво дите л ьность компрессора, м3/мин Модификация станка |
100—200 500 20 90 12-15 ВК-13 8 Воздушная |
Установленная мощность, кВт Основные размеры станка, мм: длина ширина высота Масса, т Стоимость, руб. Изготовитель |
111 8250 5000 ) 23 000 45 90000 Б арвенковский механический завод |
Горючее и вода из расходных баков, смонтированных на станке, подаются к горелке посредством агрегатов по трубопроводам, а окислитель — по гибким шлангам. Для удаления газа и пара из скважины служит газоотсасывающая установка с центробежным вентилятором. Глубина огневого бурения в среднем составляет 18—23 м, так как бурение ведется без наращивания штанг, внутри которых расположены трубопроводы подачи к горелке^горючего и воды.
В качестве горючего используются керосин и дизельное топливо, а окислителем является газообразный кислород или сжатый воздух. Режим термического бурения характеризуется температурой и скоростью газового потока. Регулирование частоты вращения и подачи на забой термобура является технологическим средством изменения теплового потока.
Ручные перфораторы
Техническая характеристика перфораторов приведена в табл. 75.
Буровой инструмент. Съемные буровые коронки изготовляются из стали марок У8 и У8А. Форма коронок: долотчатая, крестообразная, Т-образная и фа-
Техническая характеристика- |
|||||
Показатели |
ПР-25МВ |
ДР-30 |
ПР-ЗОБ |
ПР-ЗОС |
|
Работа удара, кгс/м |
5,5 |
6,5 |
6,5 |
6,5 |
|
Частота ударов поршня, |
1700—1900 |
1800—2000 |
1800—2000 |
1800—2000 |
|
уд/мин |
|||||
Давление сжатого воздуха, |
5 |
5 |
5 |
5 |
|
кгс/см2 |
3,5 |
||||
Расход сжатого воздуха, |
3,0 |
3,5 |
3,5 |
||
м3/мин |
34,0 |
34,5 |
|||
Масса, кг |
29,0 |
35,0 |
|||
Стоимость, руб. |
115 |
99 |
100 |
93 |
|
Изготовитель |
Криворож |
Завод «Пневматика» |
|||
ский завод |
|||||
горного обо |
|||||
рудования |
сонная с опережающими лезвиями. Согласно ГОСТ 6086—64 коронки выпускаются:^ с прямоугольными металлокерамическими пластинками для бурения шпуров в крепких монолитных породах; с клиновидными металлокерамическими пластинками для бурения в породах средней крепости (до — 10 по шкале проф. М. М. Протодьяконова); крестовые с прямоугольными и клиновидными пластинками, предназначенные для бурения в трещиноватых породах различной крепости.
Коронки долотчатой формы с прямоугольными пластинками изготовляют с боковыми отверстиями для промывки, долотчатые коронки — с клиновидными пластинками и крестовые — с центральными и боковыми промывочными отверстиями.
Соединение коронок со штангами осуществляется при помощи гладкого конуса с углом наклона 3° 33', угол заточки коронок 110°, угол бокового наклона перьев коронок 3°.
Борьба с пылью при бурении шпуров в основном осуществляется с помощью воды (мокрый способ бурения). Однако в тех случаях, когда применение пыле- подавления водой невозмояшо, используют пылеуловители, которые отсасывают пыль из забоя шпура в изолированные емкости. Пылеуловитель состоит из корпуса, циклона, матерчатого фильтра, пневмоцилиндра с разгружающим цилиндром для разгрузки уловленной пыли. Применяются пылеуловители ПО-4М и 4П.
Для защиты бурильщика от вибрации перфоратора при бурении применяют виброгасящие каретки
Оборудование для погрузки блоков и уборки отходов
На большинстве карьеров по добыче блоков и заготовок для погрузки их ® автомобильный транспорт применяются автомобильные краны грузоподъемностью от 3 до 6 т и самоходные краны на пневмоколесном ходу грузоподъемностью от 10 до 25 т.
Перемещение блока в пределах рабочей зоны карьера выполняется тракторами мощностью от 100 до 250 л. с.
Зачистка рабочих площадок от отходов осуществляется бульдозерами с последующей погрузкой отходов в автотранспорт мехлопатами с ковшами «емкостью 0,5—1,25 м3.