Классификация бурильных машин

14

                             СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………………..3  

1.КЛАССИФИКАЦИЯ ГОРНЫХ МАШИН……………………………………. 4                                                       

2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О БУРИЛЬНЫХ МАШИНАХ                                                                                                                                                           

2.1  Способы бурения горных пород. …………………………………….......…6

2.2  Классификация бурильных машин……………………………………….....9

3. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ БУРЕНИЯ                                                                                                    

3.1.  СБШ – конструкция, составные части, принцип работы………………... 10                                                                

3.2.  Конструкция шарошек для бурения скважин…………………………..…12

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………………...14

3.        СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ …………………………………………..………15 

ВВЕДЕНИЕ

Основной задачей, перед горнодобывающей промышленностью, является обеспечение прироста добычи полезных ископаемых в основном за счет повышения добычи наиболее эффективным открытым способом на основе широкого внедрения прогрессивной технологии и горно-транспортного оборудования большой единичной мощности.

Увеличение объемов добычи полезных ископаемых на основе всемирного роста производительности труда рабочих горных предприятий – непременное условие экономического развития предприятий и различных горнодобывающих отраслей государства.

К машинам, применяемым на открытых горных работах, относятся: бурильные машины, машины для закладки взрывчатых веществ, выемочно-погрузочные, транспортирующие машины. Цель реферата – рассмотреть одну из классификаций горных машин. Следует ознакомится с соответствующей литературой и усвоить для себя основные принципы работы и устройства оборудования. В данной работе я рассматриваю бурильные машины а также способы бурения горных пород.

1.Классификация горных машин

Горные предприятия используют большое разнообразие машин различного функционального назначения, они относятся к группам: собственно горные машины, предназначенные для добычи полезных ископаемых и проведения горных выработок, горно-транспортные машины и стационарные машины.

Горные машины подразделяют на машины, производящие разрушение полезных ископаемых и пород, их погрузку на транспортные средства, выдающие полезное ископаемое или породу за пределы очистного или проходческого забоя, а также осуществляющие крепление в подземных условиях очистных и проходческих выработок.

Во многих случаях перед экскавацией горные породы необходимо рыхлить, для чего производят буровзрывные работы. Бурение скважин на карьерах ведется станками ударно-канатного, вращательного, шарошечного и термического бурения. В соответствующих горно-геологических условиях последние дают очень высокую производительность

Ряд горных машин производят не только разрушение, но и транспортирование или погрузку и транспортирование горной массы на значительные расстояния (бульдозеры, скреперы, погрузочно-транспортные машины).

Кроме основных машин для экскавации, бурения скважин и транспортирования горных пород, на карьерах используется большое число машин, выполняющих вспомогательные работы. Бульдозеры и скреперы применяются для зачистки полезного ископаемого, выравнивания поверхности перед укладкой рельсовых путей или при прокладке шоссейных дорог для автотранспорта.

Наибольшую производительность при добыче полезных ископаемых и проведении горных выработок (вскрышных работ при открытой добыче полезных ископаемых) обеспечивает комплексное использование машин различного функционального назначения, связанных с конструктивными и режимными параметрами и одновременно выполняющих свои рабочие функции по механизации основных и вспомогательных операций технологического процесса добычи полезного ископаемого (проведения горной выработки).

Исходя из этого, классифицируя оборудование для открытых горных пород по технологическому признаку, можно выделить семь классов:

машины для подготовки пород к выемке;

выемочно-погрузочные машины;

выемочно-транспортирующие машины;

транспортные машины;

сортировочно-обогатительное оборудование;

машины для вспомогательных работ.

Машины каждого класса делятся на группы, в каждой группе различают типы машин, отличающееся не характером выполняемой работы, а только конструкцией машины или узлов. Каждый тип машин может иметь несколько типоразмеров, отличающихся по параметрам, но совпадающих по конструкции. в данной работе рассмотрена классификация бурильных машин.

2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О БУРИЛЬНЫХ МАШИНАХ

2.1. Способы бурения горных пород

В настоящее время в горной промышленности применяются четыре способа бурения горных пород: вращательный, ударный, вращательно-ударный и термический. Каждый способ имеет свою область применения и поэтому не может полностью вытеснить другие.

Вращательное бурение (рис. 1, а) производится вращающейся коронкой, ось вращения которой совпадает с осью скважины. Одно­временно коронке сообщается движение вдоль оси скважины (подача на забой). Каждое перо коронки при бурении движется по винтовой линии, скалывая передней гранью горную породу.

Этот процесс происходит непрерывно, вследствие чего достигается высокая скорость бурения. Вращательное бурение применяется только по породам средней и ниже средней крепости. Объясняется это тем, что при крепких породах режущие кромки коронки не в состоянии скалывать стружку значительной толщины и разрушают породу истиранием. При этом режиме работы резцы из металлокерамиче­ских твердых сплавов очень быстро изнашиваются, и скорость буре­ния становится очень малой. Производительно бурить скважины по крепким породам вращательным способом можно только алмазными коронками, но ввиду высокой стоимости и дефицитности алмазов применять алмазные коронки для массового бурения скважин нерен­табельно.

              Ударное бурение осуществляется двумя способами.

              1. По хвостовику бура (рис. 1, б) наносится удар, и лезвие ко­ронки, внедряясь, разрушает какой-то объем горной породы. После каждого удара коронка поворачивается на некоторый угол и посте­пенно разрушает породу по всему сечению скважины. Если коронку не поворачивать, то после нескольких ударов поверхность соприкос­новения лезвия с породой настолько увеличится, что внедрение лез­вия и разрушение горной породы прекратятся.

В некоторых бурильных машинах (станки ударно-канатного буре­ния) буровой инструмент разрушает забой, падая на него с некото­рой высоты под действием собственного веса.

При ударном бурении процесс разрушения породы происходит периодически, с перерывами для возвратного и рабочего хода удар­ника или для подъема и падения бурового инструмента. Длительность пауз во много раз превышает длительность процесса разрушения, что обусловливает относительно низкую скорость ударного бурения. Ударом можно создавать очень большие удельные нагрузки на лез­вие коронки. Кроме того, горные породы хрупки и под действием удара разрушаются легче, чем под действием статической нагрузки. Поэтому ударное бурение применяется для  по­род выше средней крепости. По породам ниже средней крепости применять ударное бурение нецелесообразно, так как оно уступает по производительности вращательному.

2. Удары по породе наносят зубья шарошки (рис. 1, г), перекаты­вающейся по забою скважины при значительном усилии подачи. Шарошечное бурение внешне протекает, как вращательное,- ­штанга, имеющая на конце шарошечное долото, вращается и по­дается на забой.

Шарошечное бурение более производительно, чем ударно-канат­ное, и в последнее время получает все более широкое применение на карьерах.             

Вращательно-ударное бурение осуществляется прижатой к забою   непрерывно вращающейся коронкой, по которой наносятся удары (рис. 1, в).

Под действием удара лезвие коронки внедряется в породу и раз­рушает ее. Процесс разрушения продолжается и в промежутках между ударами (под действием вращения коронки), хотя и с мень­шей интенсивностью. Этот способ бурения успешно применяется по породам средней и выше средней крепости. Скорость бурения при этом в два-три раза больше, чем при ударном способе.

Разновидностью вращательно-ударного способа является вибра­ционное бурение: непрерывно вращающийся буровой снаряд совер­шает частые колебания вдоль оси - вибрирует.

Рис. 1  Схемы различных способов бурения горных пород:

а- вращательное; б- ударное; в- вращательно-ударное; г- шарошечное; д- термическое

Термическое бурение (рис. 1, д) осуществляется специальными

станками. Продукты сгорания, имеющие температуру 2500—30000С, со сверхзвуковой скоростью выходят из сопла горелки и ударяются о породу. Порода под действием интенсивного нагрева растрески­вается и под механическим воздействием газовых струй разрушается. Горелка охлаждается водой, испаряющейся при выходе в забой скважины. Термическое бурение применяется по породам, имеющим кремнистое основание. Производительность его в десятки раз пре­вышает производительность бурения ударным способом.

Термическое бурение успешно может применяться по породам тугоплавким и с низкой теплопроводностью, которые растрески­ваются раньше, чем начинается их плавление. Плавление породы резко снижает скорость бурения и делает его невыгодным.

2.2.  Классификация бурильных машин

Бурильные машины классифицируются по способу разрушения горной породы, по роду потребляемой энергии и по назначению.

По первому признаку они делятся на машины вращательного бурения, ударного (ударно-поворотного), вращательно-ударного и термического.

              По назначению бурильные машины делятся на машины для буре­ния шпуров и небольших скважин (сверла ручные и колонковые и бурильные молотки)  и машины для бурения скважин среднего и большого диаметра (станки вращательного бурения, станки с пнев­моударниками, шарошечные, ударно-канатные и огневого бурения).

По роду потребляемой энергии бурильные машины делятся на электрические, пневматические, гидравлические и тепловые.

Бурильные машины с гидравлическими двигателями на открытых работах не применяются и поэтому здесь не рассматриваются.

К тепловым относятся станки термического бурения и станки, работающие с приводом от дизеля. Последние применяются при гео­логоразведочных работах и здесь не рассматриваются.

Сверла    и   бурильные     молотки     применяются на     карьерах с     малой    производственной мощностью и для подсобных работ (разбури­вание негабарита) на больших карьерах.

3. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ БУРЕНИЯ

3.1. СБШ – конструкция, составные части, принцип работы

Принципиальное устройство станка шарошечного бурения показано на примере станка СБШ-250МНА-32 (СБШ-250МНА) (рис. 2), который предназначен для бурения вертикальных и наклонных скважин в сухих и обводненных, а также в трещиноватых породах.

Рис. 2.  СБШ-250МНА-32

Станок состоит из машинного отделения (2), гусеничного хода 4, кабины машиниста (5), мачты (7) и опор (6) для ее крепления. Все узлы рабочего органа смонтированы на мачте. Основные из них: вращательно­ подающий механизм, кассеты со штангами, механизм развенчивания штанг, верхний ключ с гидроприводом.              Мачта представляет собой пространственную сварную ферму, на верхней обвязке которой, смонтирована опора блока механизма подачи, на нижней – установлены гидроцилиндры канатно-поршневой системы подачи бурового става, механизма развенчивания штанг и верхний ключ. Заваливание мачты станка при переездах осуществляется двумя гидроцилиндрами (1).При работе станок горизонтируется тремя гидродомкратами (3). Буровой станок смонтирован на унифицированном гусеничном ходу УГ60.

Привод гусеничного хода состоит из электродвигателя и четырехступенчатого бортового редуктора, ведущая звездочка которого приводит в движение гусеничную ленту.

Свинчивание и развенчивание буровых штанг и шарошечного долота осуществляется шпинделем вращателя.

Кассета секторного типа вмещает три буровые штанги длиной по 8м.

Гидрооборудование станка обеспечивает создание осевого усилия на долоте, перемещение бурового става, свинчивание и развенчивание штанг и долота, подвод и отвод штанг в кассету, разбор и наращивание бурового става, подъем и опускание мачты, и горизонтирование станка на домкратах.

Для управления механизмами станка имеются три пульта. Основной пульт управления процессом бурения и вспомогательными операциями расположен в кабине машиниста, второй пульт - в нижней части мачты и предназначен для дублирования управления некоторыми операциями. Механизмом хода станка управляют с третьего, выносного пульта управления.

Наибольшую установленную мощность привода имеют винтовые компрессоры, которые предназначены для продувки скважин с применением на станке систем сухого или мокрого пылеулавливания.

Обслуживают во время работы шарошечные буровые станки машинист и помощник машиниста, которые должны иметь документы направо управления шарошечными станками. Машинист станка ответственен за соблюдение правил безопасности членами бригады в своей смене.

Кроме соблюдения общих норм и правил безопасности по ведению буровзрывных работ на карьерах, необходимо перед началом работы: проверять исправность заземления, производить внешний осмотр питающего кабеля, проверять работу всех механизмов, на холостом ходу.

При переезде станка помощник машиниста должен находиться в зоне видимости машиниста и следить за электрическим кабелем. При переезде на расстояние более 100 м мачта станка должна быть опущена и приведена в транспортное положение.

3.2. Конструкция шарошек для бурения скважин

Буровое оборудование станков шарошечного бурения состоит из става буровых штанг и шарошечного долота.

Наибольшее распространение получили трехшарошечные долота (рис.3.), состоящие из трех, сваренных между собой лап (3), на цапфах (4) которых смонтированы шарошки (6), свободно вращающиеся на подшипниках качения (5) и (7). В зависимости от условий применения долота выпускают с зубчатыми и штыревыми шарошками.

Рис. 3. Долото трехшарошечное

Для бурения по мягким и средней крепости породам применяют зубчатые долота, для бурения по крепким и очень крепким породам - штыревые. Штыри твердого сплава (8) могут иметь клиновую или сферическую рабочую поверхность.

Для удаления буровой мелочи из скважины шарошечное долото имеет каналы, по которым на забой скважины поступает сжатый воздух или воздушно­водяная смесь. В лапах долот имеются каналы (2) для обдува опор шарошек. Воздух или воздушно-водяная смесь подается через буровые штанги, которые имеют для этой цели специальные штуцеры и ниппели.

Буровые штанги изготовляют из цельнотянутых стальных труб. Штанги между собой соединяются, конической замковой резьбой с помощью такой же резьбы (7) соединяется и шарошечное долото с буровой штангой.

Промышленностью выпускается 13 типов трехшарошечных долот. Каждый тип долота предназначен для бурения пород с определенными свойствами.

Шарошки и лапы долот изготовляют, в основном  хромоникелевой стали 12ХН2, 2ХН3А и никель-молибденовой стали 17Н3МА и подвергаю химико-термической обработке.

При вращении бурового става и большом осевом усилии шарошки долота, перекатываясь по забою скважины, разрушают своими зубьями или штырями породу за счет ее смятия и раздавливания. Легкие станки применяют для бурения скважин по породам с коэффициентом крепости ƒ = 6-16; средние – ƒ = 10-16; и тяжелые – ƒ до 18.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

              Открытый способ разработки применяется в разнообразных горно-геологических и горнотехнических условиях. В результате велики типоразмерные ряды оборудования, используемого в основных и вспомогательных технологических процессах, многообразны технологические схемы горного производства, различны методы расчета параметров и показателей оборудования, в широком диапазоне изменяются показатели использования горного и транспортного оборудования.

Буровые машины, их надежность при эксплуатации -один из главных показателей производительности предприятия но и это одна из наиболее сложных и динамичных технических систем горного производства, от надежного функционирования которой зависит не только работа самого горного предприятия, но и смежных производств - обогатительных фабрик, перегрузочных пунктов и пр.

Проблема надежности сложных технических систем продолжает оставаться проблемой номер один в сфере техногенной деятельности человека и, несмотря на значительное продвижение вперед в теории и практике в этой сфере в последние десятилетия, актуальность ее остается чрезвычайно высокой из-за значительного усложнения технических систем и предъявляемых к ним требований как по эффективности функционирования, так и по безопасности эксплуатации, с вероятностью возникновения техногенных катастрофа могущих повлечь за собой существенные нарушения экологии окружающей среды.

ЛИТЕРАТУРА

1.                  В.В. Ржевский   Открытые горные работы, Часть 1.   

2.                  Л.И. Кантович, В.Н. Гепотанов  Горные машины : Учеб.для вузов.

3.                  Е.Е.Шешков  Эксплуатация и ремонт оборудования транспортных           

комплексов карьеров

4.       Певзнер М.Е.   Горное право: Учеб. для вузов- 2-е изд., перераб. и  доп.-           М.: МГГУ, 2001.- 375с.