Основы Горного Производства. Калиниченко О. И., Зыбинский П. В., Хохуля А. В. Основы горного производства
 Скачать 18.24 Mb.
|
|
, отличающиеся специфи- ческими особенностями их проведения и транспортировки по ним грузов. При разработке и разведке полезных ископаемых наиболее широко приме- няются бремсберги, уклоны и восстающие. Кроме того, к наклонным выра- ботками относятся наклонные шурфы, стволы и штольни. Они имеют то же назначение и те же основные признаки, что и одноименные вертикальные или горизонтальные выработки, отличаясь от них лишь положением в зем- ной коре. Бремсберг (6) - наклонная горная выработка, не имеющая выхода на поверхность, пройденная, как правило, по направлению падения полезного ископаемого и предназначенная для спуска груза, полезного ископаемого на откаточный штрек. Уклон (8) - наклонная горная выработка, не имеющая выхода на по- верхность и предназначенная для подъема горных пород, груза на откаточ- ный штрек. Нередко используется для подачи свежего воздуха с верхних горизонтов на нижние. Проходится, как правило, на угольных шахтах. Восстающая горная выработка (восстающий) – наклонная (верти- кальная) горная выработка, не имеющая выхода на поверхность, проводи- мая по восстанию залежи при разведке или разработке месторождения для Рис. 2.4. Рассечка, пройденная из шурфа 42 проветривания, спуска полезного ископаемого или породы, доставки мате- риалов и оборудования, подачи энергии и воды. Длина – до 100 м при пло- щади сечения до 5 м 2 . Восстающие, пройденные по вмещающим породам, называют полевыми. При подземной разработке угольных месторождений в качестве очистной выработки применяют лавы. Лава – выработка расположенная, как правило, по падению пласта между двумя штреками. Один из штреков (нижний), предназначенный для транспортирования полезного ископаемого, называется откаточным, второй (верхний) – вентиляционным. Лава имеет значительные размеры по длине (350 м и более). Ширина лавы 2-3 м, высота равна мощности пласта. Длина забоя равна длине лавы. Лава перемещается в результате выемки угля, а образовавшееся выработанное пространство за- кладывается породой или обрушается. Вблизи шахтного ствола располагается целый ряд горизонтальных и камерообразных выработок, которые называются выработками около- ствольного двора. Околоствольный двор (рис. 2.5) - совокупность выработок, служа- щих для соединения ствола с остальными выработками шахты, и специаль- ных камер для размещения общешахтных производственных служб. Тип околоствольного двора зависит от производительности шахтного ствола (количества выдаваемой руды и породы), способа подъема руды (в скипах или клетях), числа стволов, обслуживаемых околоствольным двором, при- нятой схемы проветривания. На крупных шахтах, имеющих большую производительность, обычно устраивают круговые околоствольные дворы (рис. 2.5, а), обеспечивающие поточность движения транспорта, а в шахтах небольшой производительно- сти — тупиковые (рис. 2.5, б). Выработки, имеющие сопоставимые размеры длины, высоты и шири- ны (сравнительно короткие выработки с большой площадью поперечного сечения) называются камерами. Ониявляются, в основном, вспомогатель- ными и служат для размещения и хранения под землей оборудования, мате- риалов и др. Насосная камера служит для размещения 3-4 насосов с электродви- гателями. Располагают насосную камеру обычно вблизи клетевого ствола. Камеру горизонтальным ходком соединяют с главной откаточной выработ- кой, а наклонным – со стволом. В горизонтальном ходке устраивают герме- тичные двери, закрываемые на случай затопления камеры. (Ходок в камеру – горизонтальная или наклонная выработка, проведенная по полезному ис- копаемому в околоштрековом целике, соединяющая штрек с эксплуатаци- онной камерой). Водосборник – служит для сбора шахтной воды, поступающей по водоотводным канавкам со всей шахты. Его устраивают из двух самостоя- тельных, закрепленных бетонной крепью выработок (для удобства чистки 43 без остановки работы насосов). Водосборник должен вмещать не менее 8- часового нормального водопритока. Камера электроподстанции служит для размещения электрообо- рудования, запитываемого от центральной поверхностной подстанции, и распределения электрической энергии к главным подземным потребителям. Камеру обычно блокируют с насосной камерой. Камера электровозного депо служит для стоянки электровозов во время перерывов в работе, их осмотра и ремонта, а при аккумуляторных электровозах, и для зарядки батарей в шахте. Длина депо зависит от числа и типов электровозов и преобразовательных устройств. Камера ожидания располагается вблизи вспомогательного ствола шахты и служит для пребывания рабочих в ожидании поезда, доставляюще- Рис. 2.5. Схема околоствольного двора: 1 – обходная выработка; 2 – главный ствол; 3 – склад взрывчатых материа- лов;4 – вспомогательный ствол; 5,6 – камеры депо; 7 – порожняковая ветвь; 8 – камера бункера; 9 – наклонный ходок; 10 – камера ожидания; 11 – мед- пункт; 12 – насосная камера; 13 – камера электрической подстанции; 14 – посадочная камера; 15 – грузовая ветвь; а - схема кругового околоствольного двора; б – схема тупикового околоствольного двора 44 го их на участок, для отдыха перед подъемом на поверхность. Камера долж- на иметь два выхода (по обе стороны от ствола) для перехода с порожняко- вой на грузовую ветвь околоствольного двора и наоборот. Камера опрокидывателя и бункерная камера служат для разгрузки вагонеток и загрузки скипов на главном стволе. 2.2. Элементы и параметры горной выработки Поверхности породы, ограничивающие горную выработку, являются ее элементами (рис. 2.6). Забой (1) – поверхность горной выработки, передвигающаяся в про- странстве в результате выемки вмещающей горной породы или полезного ископаемого. Различают забои очистные и подготовительные. Последние, в свою очередь делятся на действующие, запасные и резервные забои. Действующие забои – забои, в которых систематически производятся очистные или подготовительные работы. Запасные забои - забои, полностью подготовленные, но не оснащен- ные выемочными машинами. При необходимости они могут быть оснащены выемочным оборудованием и превращены в действующие или резервные забои. Резервные забои – забои,полностью подготовленные и оснащенные необходимым оборудованием, и могут быть в любое время введены в дей- ствие. Подвигание забоя (7) – расстояние ( L ), на которое переместится за- бой за определенный про- межуток времени. Устье (2) – место примыкания горной вы- работки к земной поверх- ности или к другой гор- ной выработке, из кото- рой она берет начало. Кровля (3), по- дошва (4), бока (5) – по- верхности горной поро- ды, ограничивающие вы- работку, соответственно, сверху, снизу и с боков. Призабойное пространство (6) – часть горной выработки, непо- средственно примыкающая к забою, и предназначена для размещения рабо- чих и проходческого (добывающего) оборудования. Рис. 2.6. Элементы горной выработки 45 К параметрам горных выработок относятся протяженность (длина, глубина) и площади сечения выработки. Различия в длинах (глубинах) горных эксплуатационных и разведоч- ных выработок в ряде случаев несущественны. Например, длина разведоч- ных штолен иногда измеряется километрами, а глубина стволов разведоч- ных шахт достигает 400 м и более. Площади поперечного сечения разведочных выработок, как правило, определяются из условия возможности, целесообразности и эффективности проходческих работ. Поэтому обычно они имеют по сравнению с эксплуа- тационными выработками меньшее сечение. Исключением из этого являют- ся стволы разведочных шахт и выработки, проводимые при детальной и эксплуатационной разведках, и предназначаемые впоследствии для исполь- зования в процессе разработки месторождения. Площадь поперечного сечения выработки в свету св S - площадь, заключенная между крепью горной выработки и ее почвой, за исключением площади балластного слоя и рельсового пути. Площадь поперечного сечения выработки вчерне ч S - проектная площадь выработки. Площадь поперечного сечения выработки в проходке пр S - дейст- вительная площадь горной выработки ограниченная ее контуром в забое: ч пр S S 12 1 04 1 2.3. Горные предприятия Горное предприятие – самостоятельная производственная единица, осуществляющая разведку, добычу и обогащение полезных ископаемых. Горное предприятие, осуществляющее добычу и первичное обогащение по- лезных ископаемых, называется горнодобывающим. Существуют следую- щие виды горнодобывающих предприятий: шахта (разведочная шахта), рудник, карьер (разрез), прииск. Шахтаявляется самостоятельным горнопромышленным предпри- ятием, осуществляющим добычу полезного ископаемого подземным спосо- бом и отгрузку его потребителю или на центрально-обогатительные фабри- ки. К шахте относятся также подземные и наземные сооружения для разра- ботки месторождения. Разведочная шахта – предприятие, осуществляющее разведку ме- сторождений подземным способом и представляющая собой совокупность подземных горных выработок, предназначенных для разведки полезных ис- копаемых. Рудник – горнопромышленное предприятие, состоящее из одной или нескольких производственных единиц (шахт, карьеров), служащее в основ- 46 ном для подземной добычи руд, горно-химического сырья и строительных материалов. Карьер – представляет собой совокупность разнообразных горных выработок (траншей, котлованов и др.), погрузочное, транспортное и от- вальное хозяйства, механические мастерские и др., осуществляющее раз- ведку и разработку месторождения открытым способом. Карьеры по добыче угля и россыпных полезных ископаемых называ- ют разрезом. Месторождение, разрабатываемое открытым способом, разделяется на отдельные слои, обычно с учетом изменения качества полезного иско- паемого или наличия пустых пород. Разработка каждого верхнего слоя опе- режает разработку нижнего, поэтому карьер имеет уступчатую форму (рис. 2.7). Прииск – горнодобывающее предприятие по разработке россыпных месторождений полезных ископаемых, преимущественно золота, платины и алмазов. Рис. 2.7. Карьер 47 2.4. Процессы при проведении горных выработок Горные работы предполагают собой необходимость выполнения про- изводственных и рабочих процессов, связанных с проведением, поддержа- нием горных выработок и выемке полезного ископаемого. Производственный процесс – процесс труда, направленный на дос- тижение конечной цели - создание конкретных материальных благ (напри- мер, добыча угля, руды) и характеризуется постоянством предмета труда, которым является горный массив. Результатом труда является добытое по- лезное ископаемое. По технологическому и организационному содержанию производственный процесс представляет собой совокупность комплексов рабочих процессов, необходимых для разведки и добычи полезного иско- паемого. Рабочий процесс представляет собой четко очерченную часть про- изводственного процесса (например, выемка угля комбайном, размельчение разрыхленной породы, возведение крепи). В общем случае рабочий про- цесс представляет собой совокупность основных и вспомогательных опера- ций. Основные операции (разрушение горного массива; проветривание; уборка породы; крепление выработок) определяют содержание и конечную цель рабочего процесса. Вспомогательные операции (настилка рельсового пути, устройство водоотливной канавки, навеска вентиляционных труб и др.) сопутствуют основным и способствуют их успешному выполнению. Проведение выработок и очистная выемка, как горные работы, осно- ваны на разрушении горного массива. 2.5. Разрушение горного массива Процесс разрушения в основном сводится к отбойке от породного массива некоторого количества горных пород. Если в результате отбойки горной массы отделяются крупные куски породы, не подлежащие транспор- тировке на поверхность, их измельчают до транспортабельных (кондицион- ных) размеров (вторичное дробление). Методы разрушения породы при отбойке и вторичном дроблении разнообразны и осуществляются различными способами: с помощью руч- ной отбойки, средствами гидромеханизации, с помощью отбойных молот- ков, с использованием комбайнов и стругов, с применением буровзрывных работ. Ручная отбойка довольно широко распространена при проведе- нии горно-разведочных выработок в мало связных и мягких породах. Дан- ный способ применяют также при рыхлении крепких пород в небольших 48 объемах, например, при пересечении шурфов с маломощной прослойкой крепких пород. Уплотненные мягкие, ломкие и хрупкие породы отбивают с помощью кайл. Крепкие породы отделяют от массива киркой и молотком, а трещиноватые — стальным клином, загоняемым в трещины забоя тяже- лым молотом или ломом. При проведении подземных выработок ручная отбойка применяется при выполнении отдельных операций – скалывании граней с боковых сте- нок при возведении крепи, зачистке и оборке забоя, навес- ке вентиляционных труб и др. Гидравличе- ское разрушение по- род основано на ис- пользовании кинети- ческой энергии струи воды, выбра- сываемой из гидро- монитора. Гидромо- нитор представляет собой устройство для создания плот- ной направленной водяной струи и управления ее поле- том. Основными элементами гидро- монитора являются подводящий патру- бок, шарнирные уз- лы, ствол и насадка (рис. 2.8). Вода с по- мощью насосов по- дается в подводящий патрубок, далее че- рез шарниры и ствол поступает в насадку. Шарнир позволяет, перемещая ствол, изменять направление полета струи. В качестве ходовой части гидромони- тора используются металлические салазки и гусеничные тележки с гидро- механическим и электромеханическим приводом. Рис. 2.8. Гидромонитор:1—насадка; 2 — ствол; 3 — гидроцилиндры поворота ствола; 4 — подводящая труба; 5 – салазки Рис. 2.9. В забое гидрошахты 49 Гидравлическое разрушение применяется на открытых работах при разработке наносных отложений и в отдельных случаях при подземной до- быче полезных ископаемых. Гидравлическую отбойку производят одно- временно с транспортировкой разрушенной породы по трубам или наклон- ным канавам. Размыв породы на открытых работах производится гидромониторами с давлением струи обычно 1…2 МПа при расходе воды 250…4000 м 3 /ч. Для подземной гидроотбойки и смыва перемятых, выветрелых и раз- рыхленных взрывом углей, других полезных ископаемых и горных пород, используются гидромониторы, воду к которым подают под давлением до 6 МПа при расходе до 400 м 3 /ч. Требуемый напор гидромонитора достигается насосами высокого давления. Считается, что эффективная отбойка породы, имеющей коэффициент крепости f , происходит при развиваемом напоре f Н 5 Отбойные молотки (рис. 2.10) — это легкие породоразрушающие машины ударного действия, являющиеся простейшим средством механиза- ции отбойки. Они предназначены для отбойки угля различной крепости, разрушения и разрыхления мягких руд и грунта. Отбойные молотки исполь- зуют также при проведении горно-разведочных выработок, поскольку они облегчают труд проходчика и увеличивают его производительность. При- менение их возможно при наличии компрессорных установок. Рис. 2.10. Внешний вид отбойных молотков Структурно отбойный молоток состоит из пускового устройства 1, воздухораспределительного механизма 2 и ударного узла 3. Принцип дейст- вия пневматического отбойного молотка основан на использовании энер- гии сжатого воздуха для обеспечения возвратно-поступательного движения поршня–ударника. Ход поршня – ударника, при котором наносится удар по пике, называется рабочим ходом, обратный ход – холостой. При нажатии на 50 рукоятку пускового устройства сжатый воздух поступает в воздухораспре- делительный меха- низм, принцип работы которого приведен на рис. 2.11. Холостой ход. При достижении кла- панной коробки 3 сжа- тый воздух попадает к кольцевому клапану 4. По каналам 7 в стволе 6 сжатый воздух по- ступает к поршню- ударнику 8 (рис. 2.11, а). Давление под порш- нем – ударником рас- тет, а над ним падает, так как сжатый воздух будет выходить через выпускные отверстия 10. За счет разности давлений кольцевой клапан перебрасывает- ся, открывая впускное отверстие 1 и закрывая отверстие 2 седла кла- пана 5. Поршень удар- ник движется вверх, проходит выпускные отверстия 10 (рис. 2.11, б) давление под ним уменьшается, а над ним увеличивается. Кольцевой клапан пе- ребрасывается. Воздух начнет поступать через канал 2 в верхнюю по- лость над поршнем. Это положение соот- ветствует началу рабочего хода поршня – ударника (рис. 2.11, в). Рабочий ход. Под действием сжатого воздуха поршень-ударник уст- ремляется вниз, проходит выпускные отверстия 10, и наносит удар по пике Рис. 2.11. Принцип работы воздухораспределитель- ного механизма отбойного молотка 51 9. Сжатый воздух, находящийся над поршнем-ударником, выходит в выпу- скные отверстия. Давление над поршнем-ударником резко падает, и кольце- вой клапан 4 перебрасывается (рис. 2.11, г). Давление под поршнем- ударником растет. Начинается холостой ход поршня – ударника. Таким образом, переключение клапана происходит за счет разности давлений в клапанной коробке над и под клапаном при открывании вы- хлопных отверстий поршнем - ударником. Эффективная работа наиболее известных отбойных молотков (МО- 2МС, МО-3МС, МО -4МС) обеспечивается при номинальном расходе воз- духа 1,5 м 3 /мин и давлении воздуха 0,5 МПа. Энергия удара составляет 40- 55 Дж при частоте ударов от 23 до 17 с -1 Механическое разрушение углей и пород с использованием комбай- нов. Горный комбайн – это комбинированная горная машина, совмещено во времени выполняющая отделение от массива полезного ископаемого, пус- той породы (или и того и другого вместе) и погрузку горной массы в транс- портные средства. Современные проходческие комбайны позволяют эффективно раз- рушать горные породы с коэффициентом крепости 5 f В соответствии с выполняемыми функциями комбайны имеют ис- полнительные органы для механического разрушения и погрузки горной породы, органы подачи комбайна на забой и перемещений в забое, двига- тель, устройства для подавления или поглощения пыли и другое вспомога- тельное оборудование. В современных проходческих комбайнах используются исполнитель- ные органы с коническими резцовыми коронками или шаровыми фрезами, установленными на стреле (рис. 2.15); в виде шнека с закрепленными на нем зубками (рис. 2.13-2.14); с буровым или роторным резцовым исполни- тельным органом (рис. 2.16). Очистные комбайны для крутых пластов, работающие по восстанию или падению пласта погрузочным органом не оснащаются, так как отбитое полезное ископаемое перемещается вниз под действием собственного веса или потоком воды (гидротранспортом). Рис. 2.12. Схема работы комбайна в горной выработке 52 Рис. 2.13. Внешний вид добычного комбайна УКД 200-250 Рис. 2.14. Комбайн в забое угольной шахты 53 Горные комбайны разделяют на фланговые, применяемые в длинных очистных забоях на пологих и крутых пластах, и фронтальные – в коротких очистных и подготовительных забоях на пластах с углом падения до 10 о Фланго- вые комбайны (рис.2.13- 2.14) - это машины цик- личного действия; движутся вдоль забоя по почве или по раме за- бойного конвейе- ра и последова- тельно вынимают полосы полезного ископаемого. Здесь, для погруз- ки используют его же или специаль- ный грузчик. Фрон- тальные комбай- ны (рис. 2.15 - 2.16) обрабаты- вают массив, пе- редвигаясь по почве в направле- нии оси проходи- мой выработки. Погрузка горной массы фронталь- ными комбайнами обычно произво- дится исполни- тельным органом с нагребающими лапами бокового захвата или шне- ками, действую- щими совместно с конвейером комбайна Рис. 2.15. Внешний вид проходческого комбайна КП21 Рис. 2.16. Проходческий комбайн с роторным резцовым исполнительным органом (ПК-8). 54 Струговые установки работают в очистных забоях (лавах) и предназна- чены для разрушения массива угля, дроб- ления угля на транс- портабельные куски, передачу угля на призабойное транс- портное средство. В целом, стру- говая выемка являет- ся одним из наиболее прогрессивных спо- собов добычи угля. Она имеет ряд суще- ственных преиму- ществ перед комбай- новой, заключаю- щихся в следующем: улучшается сорт- ность добываемого угля и уменьшается пылевыделение; бо- лее простое оборудо- вание; низкая энерго- емкость процесса разрушения и погруз- ки угля на конвейер; возможность приме- нения на весьма тон- ких пластах; наи- большая пригодность для полной автомати- зации технологиче- ского процесса выем- ки угля в длинных очистных забоях. Структурная схема струговой ус- тановки приведена на рис. 2.17. Установка Рис. 2.17. Схема и внешний вид буроструговой установки. Рис. 2.18. Бурошнековая установка (БШУ) 55 представляет собой исполнительный орган – струг, оснащенный резцами. Перемещение струга осуществляется при помощи приводов, расположен- ных по концам лавы (или вынесены на штреки). Тяговым органом, пере- дающим усилие от привода, является круглозвенная цепь. Струг перемеща- ется по ставу забойного конвейера. При движении вдоль забоя струг снима- ет стружку угля толщиной 50…150 мм. Отбитый таким образом уголь кор- пусом струга грузится на конвейер. Бурошнековые установки (БШУ) (рис. 2.18) используются для до- бычи угля из тонких пластов . БШУ располагается в штреке и производит бурение спаренным шнековым ставом по пласту. Разрушенный коронками уголь транспортируется из скважины шнековым ставом на конвейер, кото- рый располагается в штреке. Взрывной способ разрушения горных пород универсален, и является наиболее распространенным. Около 90% минерального сырья в Украине добывается с помощью взрывных работ. Взрывная отбойка части горной массы от целого массива может применяться при любой крепости полезного ископаемого и пород. При добыче рудных полезных ископаемых и проведении горных вы- работок по крепким породам, взрывное разрушение является единственным способом, имеющим промышленное применение. Взрывной способ разрушения основан на применении взрывчатых веществ (ВВ), при быстротечном разложении которых, освобождающаяся энергия взрыва отделяет от массива и осуществляет дробление породы. Чтобы осуществить взрывное разрушение с достаточной эффективностью, ВВ должно быть размещено в специально образуемых в породе полостях, называемых зарядными камерами. В зависимости от формы и размеров этих полостей, различают следующие способы ведения взрывных работ: шпуро- вой, скважинный, камерными и накладными взрывами. Шпуровой метод взрывных работ применяется при проведении гор- ных выработок, в отдельных случаях для отбойки угля в очистных забоях (рис. 2.19, ДОБЫЧА УГЛЯ В ШАХТЕ) и руд в блоках при небольшой мощ- ности рудных залежей. (Шпур – цилиндрическая полость в горной породе, имеющая глубину до 5 м, диаметр до 75 мм и предназначенная для разме- щения заряда ВВ). Скважинный способ применяются при массовой отбойке руды в блоках мощных рудных тел, а также на открытых горных работах для раз- рушения пород в уступах (рис. 2.19, ДОБЫЧА РУДЫ В КАРЬЕРЕ). ( Взрыв- ная скважина – горная выработка цилиндрической формы глубиной более 5 м и диаметром 75 мм и более, пройденная в породе способом бурения). Метод камерных зарядов применяется в отдельных случаях для от- бойки руды в блоках, а также для осуществления массовых взрывов на по- верхности. С этой целью проводятся специальные горные выработки, не- 56 редко с нишами, в ко- торых размещают со- средоточенные заря- ды ВВ. Их масса мо- жет достигать не- скольких тонн и даже десятков тонн. Метод на- кладных зарядов применяется для дробления негабари- та, т.е. для дополни- тельного измельчения (вторичного дробле- ния) кусков породы на месте их образова- ния. Применение это- го способа допуска- ется и на подземных работах за исключе- нием шахт, опасных по газу и пыли. В общем слу- чае взрывной способ разрушения горных пород предполагает неразрыв- ность буровых и взрывных работ, что обосновывает принятый в горном де- ле термин «буровзрывные работы», которые включают проходку зарядных полостей для размещения зарядов ВВ, заряжание ВВ, их забойку и возбуж- дение (инициирование) взрыва. На угольных шахтах основным является метод шпуровых зарядов. Этот метод является также доминирующим при проведении горных выработок в процессе разведки и разработки рудных месторождений полезных ископаемых. При шпуровом методе взрывных работ в забое выработки пробуривают шпуры 1 глубиной L (рис. 2.20). В шпуре размещается заряд ВВ 2. Остав- шуюся часть шпура заполняют забойкой 3, состоящей их смеси глины с песком или другого пластичного или сыпучего Рис. 2.19. Разрушение пород с использованием БВР при добыче полезного ископаемого Рис. 2.20. Конструкция шпура 57 материала. Процесс помещения заряда в шпур и заполнение его забойкой называется заряжанием шпуров. При взрыве заряда ВВ в глубине массива пород возникает большое давление газов, образовавшихся при взрыве. Это давление разрушает и от- брасывает определенный объем породы V , подвигая забой на длину за- ходки зах L Таким образом, взрывные работы при шпуровом методе заключают- ся в бурении шпуров, заряжании и взрывании ВВ. Бурение шпуров, осуществляемое различными способами и механиз- мами, заключается в одновременном или последовательном выполнении двух операций – разрушение породы в забое шпура и удаление из него раз- рушенной горной породы. Разрушение породы при бурении шпура достигается за счет передачи на забой механических нагрузок, вызывающих в породе напряжения, вели- чина которых превышает ее прочность. Этот вид бурения шпуров называют механическим, и является доминирующим. Разрушенная порода из шпура удаляется водой, воздушной струей или механическим способом. Под термином «механическое бурение» иногда понимают бурение с помощью машин, противопоставляя ему ручное бурение, осуществляемое человеком с использованием простейших инструментов. В данном случае в термин «механическое бурение» вкладывается другое понятие: механиче- ским называется такое бурение, при котором разрушение породы в шпуре достигается за счет ручной или машинной передачи на нее механических нагрузок. Механизмы, применяемые для машинного бурения шпуров, называ- ются бурильными машинами. Они, как правило, компактны, транспорта- бельны и имеют относительно небольшую мощность. Эти особенности обеспечивают удобство их эксплуатации в горно-разведочных выработках. В условиях разведки месторождений они также облегчают транспортировку оборудования к месту производства работ и позволяют проводить послед- ние при недостаточной энерговооруженности геологоразведочных пред- приятий. Бурильные машины оборудуются преимущественно электрическим, пневматическим или гидравлическим приводами; в некоторых конструкци- ях машин используются бензиновые моторы. Вращательные машины называют сверлами. Разрушение пород при бурении шпуров сверлами обеспечивается вращающимся и прижимаемым к забою породоразрушающим инструментом, оснащенным резцами. Им же транспортируют из шпура разрушенную породу, для чего буровую штангу изготовляют из витой стали, которая при вращении, работая по принципу шнека, перемещает разрушенную породу от забоя шпура к его устью. 58 По массе и мощности двигателей сверла разделяют на ручные и ко- лонковые. Бурение шпуров ручным сверлом производится с рук; масса та- ких сверл не превышает 25 кг при мощности на валу до 1,5 кВт. Колонко- вые сверла, имеющие более значительную массу (до 120 кг) и мощность до 3 кВт, монтируются для бурения шпуров на специальных колонках, уста- навливаемых в забоях горных выработок. Ручные сверла (РС) предназначены для бурения шпуров диаметром до 46 мм и глубиной до 2 м в мягких и средней крепости породах. По роду потребляемой энергии РС делятся на пневматические (ПРС), гидравличе- ские (ГРС) и электрические (ЭРС). Ручное пневматическое сверло (рис. 2.21) состоит из ротационного двигателя, редуктора, пусковой ручки, шпинделя с патроном. Сжатый воз- дух к сверлу подводится гибким шлангом. При помощи пусковой рукоятки производится пуск и остановка ПРС. Регулирование скорости вращения обеспечивается изменением количества воздуха, поступающего в двигатель. В последние годы находят применение гидравлические сверла. (ГРС) (рис. 2.22). Отличительной их особенностью является применение безредук- торного гидропривода с увеличенным крутящим моментом и повышенной мощностью, что дает возможность уменьшить массу сверла и повысить пре- делы применения их в более крепких породах. Техническая характеристика некоторых ПРС и ГРС приведена в табл. 2.1. Рис. 2.21. Внешний вид ручного пневматического сверла Рис. 2.22. Внешний вид ручного гидравли- ческого сверла Таблица 2.1. Краткая техническая характеристика ПРС и ГРС Пневматическое Гидравлическое Буровое сверло ZQS 35 СР3-1м СР3Б-1м "Гном" MYS 50 Скорость, об/мин 1200 315 750 700 1000 Крутящий момент, Нм 70 716 716 8,5 50 Коэффициент крепости, f до 6 4-5 4-5 до 10 до 10 Масса, кг. 11 13.5 13.5 до 6 20 59 Внешний вид и принци- пиальная схема ручного элек- трического сверла (ЭРС) по- казаны соответственно на рис. 2.23 и 2.24. Основными час- тями машины являются элек- тродвигатель 1 и редуктор 3. На одном из концов вала ро- тора насажена шестерня ре- дуктора 3, на другом вентиля- тор 2, предназначенный для охлаждения электродвигателя. Редуктор сверла, состоящий из двух пар цилиндрических (конических) шестерен, под- шипника и шпинделя 4, за- ключен в алюминиевый кор- пус 8. К задней части корпуса электродвигателя крепится алюминиевый колпак 6, за- крывающий вентилятор. В шпинделе 4 закрепляется штанга 5. Для удержания сверла и передачи усилия на забой корпус имеет две ручки 7. На правой ручке имеется рычаг, при нажатии на кото- рый срабатывает пусковое устройство При работе сверло удер- живается в руках, или устанав- ливается на простейших подставках. Осевое усилие при бурении по углям и мягким породам создается вручную. Техническая характеристика некото- рых ЭРС приведена в табл. 2.2. Таблица 2. 2. Техническая характеристика ручных электрических сверл Электрические сверла Показатели ЭР 14Д2М СЭР 19М ЭР 18Д2М ЭРП 18Д2М ZM15D Частота вращения, об/мин 860 340-700 640 300 1200 Крутящий момент, Нм 108 250, 120 203 408 28 Коэф. крепости пород, f до 4 до 4 до 4 до 4 до 6 Масса, кг 16,5 18.0 18.0 24,5 16 Рис. 2.23. Внешний вид ручного электриче- ского сверла Рис. 2.24. Устройство ручного электрического сверла 60 В более крепких породах применяют ручные электросверла с при- нудительной подачей. Такие сверла имеют дополнительный редуктор с ба- рабанчиком 1 (рис. 2.25) для наматывания подающего канатика 2, один ко- нец которого крепят на раздвижной стойке 3, установленной у забоя. При бурении, канатик наматывается на барабан и создает необходимое усилие подачи Рис. 2.25. Электросверло с принудительной подачей Колонковые сверла при работе устанавливают на распорных трубках, колонках (рис. 2.26) или манипуляторах (рис. 2.27). Манипуляторы позволяют оперативно, с высокой долей механиза- ции обеспечить подъем и спуск буриль- ной машины, и фиксированную ее уста- новку в необходимом положении при обуривании забоя выработки. Принципиальная схема бурения шпура колонковым сверлом (например, сверлом ЭБГП1) заключается в сле- дующем (рис. 2.28). В исходном поло- жении буровая штанга с резцом выдви- нута из траверсы на 0,9 м и подведена к забою. Шпиндель удерживается в крайнем левом положении и может Рис. 2.26. Колонковое сверло 61 свободно вращаться относительно патрона. Рис. 2.27. Манипулятор для установки электросверла Далее включается подача, и штоки гидроцилиндров начинают пере- мещать траверсу в направлении забоя (бурение I). При выдвижении штоков и рабочем вращении шпинделя буровая штанга без вращения подается впе- ред до соприкосновения резца с породой. После этого шпиндель под дейст- вием напорного усилия жестко соединяется с патроном. При этом штанге с резцом сообщается вращение: она начинает внедряться в породу. После того как шпур пробурен на глубину, равную ходу подачи (0,9 м), траверса отводится в исходное положение. При этом патрон и буровая штанга не вращаются (отсутствует напорное усилие со стороны забоя). При отводе траверсы в исходное положение с заторможенной буро- вой штангой она вместе с винтовым упором на ее хвостовике выдвигается из шпинделя. Буровая штанга при этом остается в шпуре, т. е. происходит ее перехват. Винтовой упор в шпинделе занимает новое положение. Далее повторяют бурение шпура ( бурение II, III) прежним способом еще на глубину 0,9 м. При втором перехвате шпур добуривают до полной глубины — 2,2 м. После этого реверсируют электродвигатель (вместе с ним и насос), траверса отводится в исходное положение, шпиндель при этом вращается в противоположном направлении. Винтовой упор будет ввинчиваться по резьбе в шпиндель, т. е. буровая штанга будет вытягиваться из шпура и втя- гиваться в шпиндель. Затем при помощи рукоятки управления золотником сообщают траверсе осевое движение в направлении от забоя и тем самым буровую штангу выводят полностью из шпура. |