Машины и оборудование для буровых и свайных работ

Классификация машин и способов бурения. В большинстве случа­ев разрушение скальных пород, служащих источником получения каменных материалов, производят взрывом, для чего в породе пред­варительно пробуривают отверстия под взрывчатку (шпуры). В за­висимости от размеров шпуров, их числа и прочности разбуривае­мой породы используются различные бурильные механизмы.

Ручные, переносные и колонковые перфораторы применяют­ся для горизонтального бурения и бурения сверху вниз шпуров и скважин диаметром до 100 мм и глубиной до 25 м в любых поро­дах, кроме очень прочных. Телескопные перфораторы используют при бурении снизу вверх.

Станки ударно-канатного, вращательного и огневого бурения применяют для получения более глубоких и больших по диаметру скважин, которые при добыче каменных материалов применяют­ся редко.

Фактор, определяющий выбор способа разрушения скальной породы, — ее прочность, которую принято оценивать временным сопротивлением одноосному сжатию в водонасыщенном состоя­нии.

Наиболее широко бурильные установки используют при добы­че каменных материалов для бурения шпуров и скважин в наибо­лее прочных скальных массивах с последующим разрушением их взрывом.

Бурильные машины для разрушения горной породы использу­ют ударные, вращательные, ударно-вращательные и нетрадици­онные способы действия. Ударные машины применяют для буре­ния крепких и средних пород, вращательные — средних и мягких пород, ударно-вращательные — очень крепких и крепких пород. К нетрадиционным относят способы бурения, успешно прошед­шие лабораторные и полевые испытания, удачно реализованные в конструкторских разработках, но не нашедшие массового при­менения по организационным, экономическим или иным причи­нам. Среди них:

• термический способ бурения, при котором порода прожигается плазмой, подаваемой со скоростью до 2 000 м/с при температуре

2 500...3 500°С;

• гидродинамический способ бурения, при котором порода разру­шается струей воды, подаваемой под давлением не менее 50 МПа;

• электрогидравлический способ бурения, при котором порода разрушается высокочастотными гидравлическими ударами, воз­никающими вследствие кавитации жидкости, искусственно ини­циируемой электрическими микроразрядами в полостях породы, заполненных водой;

• способ ультразвуковой эрозии, при котором порода разрушает­ся абразивными частицами (в том числе продуктами разрушения), беспорядочно двигающимися под действием ультразвука в сус­пензии, подаваемой в забой.

Установки ударного бурения делят на перфораторы для буре­ния шпуров диаметром до 75 мм и глубиной до 9 м и станки ударно-канатного бурения для бурения скважин диаметром до 300 мм и глубиной до 40 м.

Перфораторы. Перфоратор — инструмент ударно-поворотного действия, его применяют для бурения крепких пород и пород сред­ней крепости. Перфораторы обычного типа работают с частотой до 30 Гц, быстроударные — с частотой от 35 Гц и выше. Ручные легкие и средние перфораторы используют при горизонтальном бурении или бурении сверху вниз. Легкие перфораторы массой до

Сжатый воздух от компрессора и воздушного крана, имеющего четыре положения: останов, забуривание, полная работа и ин­тенсивная продувка, поступает через канал 6 в воздухораспреде­лительную камеру 7 перфоратора, при этом канал 8 закрывается двухпозиционной заслонкой 5. Происходит это потому, что пло­щадь соответствующего лепестка заслонки (на схеме он располо­жен внизу) больше, чем противоположного. Сжатый воздух через канал 4 поступает в пространство за поршнем, заставляя его дви­гаться в сторону штанги 9. Движение поршня продолжается вплоть до удара бойка по штанге. При этом давление в полости перед поршнем поднимается и воздух, проходя через канал 8, перево­дит заслонку 5 в положение, при котором канал 4 оказывается закрытым. Воздух из камеры 7 перестает поступать в полость за поршнем. Одновременно задняя кромка поршня открывает вы­хлопное отверстие 2, воздух из полости за поршнем выбрасывается в атмосферу и давление в этой полости падает до атмосферного. Поршень 3 в результате упругого удара о штангу 9 отбрасывается в исходное положение, полость за поршнем изолируется от вы­хлопного отверстия 2, заслонка 5 возвращается в исходное поло­жение и цикл повторяется.

Рис. 3.1. Схема ручного перфоратора:

1 — корпус перфоратора; 2 — выхлопное отверстие; 3 — поршень с бойком; 4 — канал подачи воздуха в цилиндр; 5 — двухпозиционная клапанная заслонка; 6 — канал подачи сжатого воздуха; 7 — воздухораспределительная камера; 8 — канал отвода воздуха, перебрасывающего заслонку; 9 — штанга с буровой коронкой; стрелками показано направление движения воздуха при работе перфоратора

Колонковые перфораторы используют для бурения пород сред­ней крепости и крепких. Их устанавливают на распорных колон­ках, буровых каретках и манипуляторах погрузочных и специаль­ных машин.

Телескопные перфораторы применяют при бурении снизу вверх вертикально и с отклонением оси скважины на угол до 45° от вертикали в породах любой крепости. Установки отличаются обя­зательным наличием устройства принудительной осевой подачи бурового инструмента. Устройство и принцип работы перфорато­ра независимо от типа и размера определяются характером ис­пользуемого энергоносителя (сжатый воздух или рабочая жидкость на основе углеводородов) и особенностями распределительных устройств. Ударно-поворотными перфораторы называются пото­му, что благодаря специальному храповому колесу бур после уда­ра о породу поворачивается на небольшой угол. Это обеспечивает равномерный износ инструмента и концентричность пробуривае­мого отверстия, что исключает заклинивание инструмента в шпу­ре. Бур перфоратора состоит из коронки, являющейся разрушаю­щей частью инструмента и непосредственно взаимодействующей с породой, штанги, на нижний конец которой надевается или наваривается коронка, и хвостовика, закрепляемого в перфора­торе и воспринимающего удары его бойка. На рабочем торце ко­ронки приваривают твердосплавные долота 7 (рис. 3.2), которые разрушают породу. Звездчатые (рис. 3.2, а) и крестовые (рис. 3.2, б) коронки применяют при бурении весьма крепких и крепких пород, двувдолотчатые (рис. 3.2, в) — при бурении трещиноватых пород и однодолотчатые (рис. 3.2, г) — в остальных случаях. Штанги буров изготавливают из высококачественных углеродистых сталей с осевым отверстием по всей длине. Отверстие служит для подачи в зону бурения промывочной жидкости или сжатого воздуха, кото­рые выносят из шпура или скважины продукты разрушения и од­новременно охлаждают инструмент.

Рис. 3.2. Виды коронок с твердосплавными долотами:

а — звездчатая; б — крестовая; в — двухдолотчатая; г — однодолотчатая; 1 —

долото; 2 — тело коронки