Техническая характеристика электросверл
Классификация и общая
характеристика способов бурения
Для разрушения взрывом скальных массивов в них бурят шпуры или скважины, в которых размещают заряды ВВ, взрываемые в определенном порядке для достижения требуемых результатов взрыва.
Процесс бурения состоит в разрушении породы на забое буровым инструментом и ее удалении из шпура или скважины.
Для бурения шпуров и скважин применяют разнообразные сверла и молотки, буровые каретки, буровые станки и установки. При всех способах процесс бурения состоит из выполнения следующих основных операций: подготовка и установка бурильной машины для начала работ, бурение (разрушение породы) с очисткой забоя от продуктов разрушения (буровой мелочи), наращивание бурового става для достижения требуемой глубины бурения и его разборка после окончания работ, смена изношенного бурового инструмента и передвижение машины на новую точку бурения шпура или скважины.
В настоящее время применяют вращательное, ударное, ударно-вращательное и вращательно-ударное бурение скважин, которые иногда называют механическими способами бурения, а также огневое и комбинированное бурение. Изучается возможность применения энергии взрыва для взрывного бурения скважин, а также высоковольтных электрических разрядов ¾ электроимпульсное бурение.
Механические способы бурения делят на вращательное и ударное.
|
|
|
При вращательном бурении инструмент вращается вокруг оси, совпадающей с осью шпура или скважин, и одновременно с определенным усилием подается на забой. Величину усилия задают из расчета превышения предела прочности породы на вдавливание на площади контакта режущих лезвий инструмента с породой. При этом происходят последовательное скалывание частиц породы с забоя и углубление инструмента по винтовой линии. Удаление продуктов разрушения производят механическим способом с помощью витых штанг (при бурении шпуров), шнеков (при бурении скважин), промывкой забоя водой или продувкой воздухом.
В горной промышленности применяют:
· вращательное бурение резцами шпуров с помощью ручных и колонковых сверл;
· вращательное (шнековое) бурение резцами скважин с помощью буровых станков.
При ударном бурении с помощью ударника инструмент наносит удар по забою и разрушает породу под лезвием. После каждого удара инструмент поворачивается на некоторый угол, обеспечивая получение круглого сечения шпура или скважины.
Различают следующие виды ударного бурения:
ударно-поворотное бурение обычными и погружными бурильными молотками, при котором инструмент поворачивается только в промежутках между ударами вмонтированным в молоток поворотным устройством. При ударно-канатном бурении поворот долота происходит за счет устройства канатного замка и упругих свойств каната;
|
|
|
ударно-вращательное бурение погружными пневмоударниками и бурильными молотками с независимым вращением, при котором удары наносятся по непрерывно вращающемуся инструменту. Разрушение породы при этих двух способах бурения происходит только за счет его внедрения при ударах;
вращательно-ударное бурение, при котором удары наносятся по непрерывно вращающемуся под большим (в 10 раз большим, чем при ударно-вращательном) осевым усилием инструменту. Разрушение происходит как за счет внедрения инструмента при ударах, так и за счет поворота при вращении инструмента;
бурение шарошечными долотами относится к ударному при долотах чистого качения и к вращательно-ударному при долотах, в которых зубцы наряду с перекатыванием по забою срезают ее скользящим движением вдоль поверхности забоя (долота со скольжением);
при огневом бурении разрушение породы происходит за счет термонапряжений, возникающих при быстром нагреве поверхности породы потоками раскаленных газов (t ³ 2000 °C), вылетающих из сопел горелки со скоростью 2000 м/с и более. Горелка охлаждается водой или воздухом;
|
|
|
при взрывном бурении скважин разрушение породы происходит последовательными взрывами на забое небольших зарядов ВВ. Известны два метода взрывного бурения: патронный (ампульный) ¾ с помощью патронов жидких или твердых ВВ, взрывающихся на забое от удара или детонатора; струйный, при котором из взрывобура, расположенного над забоем, происходит подача жидких компонентов ВВ (горючего и окислителя) на забой и формирование жидкого плоского заряда, взрыв которого вызывают впрыскиванием капли инициатора (эвтектического сплава калия и натрия). Опытные работы последних лет показали, что при взрывобурении на забое могут быть достигнуты скорости проходки (30—60 м/ч), недостижимые для механических методов, особенно в крепких породах;
при электроимпульсном бурении разрушение пород происходит за счет электрического пробоя участка забоя скважины высоковольтным (до 200 кВ) разрядом. Мгновенно выделяемая энергия в канале пробоя разрушает породу, которую с забоя удаляют потоком диэлектрика, циркулирующего в скважине (соляровое масло, вода и т.п.).
Разрабатывают комбинированные способы бурения, в которых происходит совместное воздействие на забой ударным инструментом и шарошками (ударно-шарошечный способ), резцами и шарошками (режуще-шарошечный способ), огневой горелкой и шарошками (термошарошечный способ).
|
|
|
2.2. Вращательное бурение шпуров
Вращательное бурение шпуров диаметром до 50 мм и глубиной до 5 м производится в породах ниже средней крепости с
f £ 6 по шкале проф. М.М. Протодьяконова* ручными и колонковыми сверлами.
Машины вращательного бурения в мягких породах показывают бóльшую производительность, чем машины ударного действия, создают значительно меньший шум, меньше пылят и т д. По роду потребляемой энергии их делят на пневматические, электрические и гидравлические, а по мощности и способу установки ¾ на ручные, колонковые и устанавливаемые на манипуляторах буровых кареток.
Ручные сверла предназначены для бурения шпуров
диаметром до 50 мм и глубиной до 4 м в мягких породах с
f £ 2 при осевом усилии до 30 кг и имеют мощность двигателя от 1,0 до 1,4 кВт. Имеются ручные сверла с принудительной подачей, развивающие осевое усилие на забой до 3,0 кН, что позволяет сверлить более крепкие породы (f £ 4). Работу этими сверлами производят вручную или с легкой распорной колонки.
Колонковые сверла массой 100—120 кг, с двигателем мощностью от 2,5 до 5 кВт применяют при сверлении шпуров диаметром до 40 мм, глубиной до 5 м в породах с коэффициентом крепости f £ 6—7.
Ручные электросверла (рис. 2.1) ЭР14Д-2М, ЭР18Д-2М, СЭР-19М принципиально выполнены одинаково и различаются только некоторыми параметрами. электродвигатель в них через понижающий редуктор вращает патрон шпинделя, в который вставлена буровая штанга с резцом на торце.
* Далее по книге будет даваться только коэффициент крепости без ссылки на М.М. Протодьяконова.
В ручных сверлах принудительную подачу обеспечивает специальный механизм, который расположен на корпусе редуктора и состоит из червячной пары и барабана с тросиком, закрепленным на забое. Это позволяет при натяжении тросика червячной парой развивать осевое усилие на инструмент 3,0 кН.
Колонковые электрические или гидравлические сверла крепят на колонках (рис. 2.2) или манипуляторах буровых кареток. Характеристики и марки сверл даны в табл. 2.1.
Рис. 2.1. Ручное электросверло
Рис. 2.2. Колонковое сверло гидравлическое
Таблица 2.1
Техническая характеристика электросверл
| Показатели | Ручные электросверла | |||
| ЭР14Д-2М | СЭР-19М | ЭР18Д-2М | ЭРП18Д-2M | |
| Мощность двигателя, кВт | 1 | 1,2 | 1,4 | 1,4 |
| Частота вращения шпинделя, об/мин | 860 | 600; 750; 960 | 640 | 300 |
| Усилие подачи на забой, кн | — | — | — | 3 |
| Масса сверла без колонки и кабеля, кг | 16 | 16,5 | 17 | 24 |
Окончание табл. 2.1
| Показатели | Колонковые электросверла | ||
| ЭБК-5 | СЭК-1 | ЭБГП-1 | |
| Мощность двигателя, кВт | 3,6—4,8 | 3,6—4,8 | 3,5 |
| Частота вращения шпинделя, об/мин | 152; 305 | 152; 305 | 170; 315 |
| Максимальный ход шпинделя, мм | 950 | 870 | 900 |
| Усилие подачи на забой, кН | 15 | 15 | 16 |
| Масса сверла без колонки и кабеля, кг | 110 | 112 | 130 |
| Примечание. ЭР¾ электросверло ручное;СЭР¾ сверло электрическое ручное; ЭБК ¾ электробур колонковый;СЭК¾ сверло электрическое колонковое;ЭБГП ¾ электробур с гидроподачей. | |||
Колонковое электросверло состоит из двухскоростного электродвигателя с контроллером, редуктора вращения и подачи шпинделя со штангой на забой.
Осевое усилие на забой может регулироваться специальным механизмом в широких пределах (2—15 кН), что дает возможность легко подбирать необходимый режим работы в зависимости от крепости породы.
Буровой инструмент. При вращательном бурении шпуров применяют резцы (рис. 2.3) с лезвиями, армированными пластинками твердого сплава ВК6, ВК8, ВК8В. Витые штанги для вращательного бурения шпуров изготовляют из сталей ром-бического (а), прямоугольного (б) или круглого (в) сечений
(рис. 2.4).
Рис. 2.3. Резцы для вращательного бурения шпуров:
а ¾ угольные РУ-4М; б ¾ породные РП-42-2
Рис. 2.4. Штанги для вращательного бурения шпуров
При вращательном бурении с промывкой водой применяют шестигранные или круглые штанги с центральным отверстием диаметром 6—8 мм.
Механизм и основные закономерности разрушения породы. Процесс разрушения породы лезвием резца при вращательном бурении состоит в последовательном сколе породы в виде элементов стружки (рис. 2.5, а) за счет воздействия определенного объема разрушенной породы (главного объема давления), находящейся перед передней гранью лезвия резца. Подтверждением такой последовательности разрушения служит график потребляемой мощности N двигателем сверла с резкими колебаниями во времени t от минимума до максимума (рис. 2.5, б). В процессе образования объема давления перед передней гранью сопротивление движению лезвия и потребляемая мощность резко возрастают, а в момент скола породы потребляемая мощность снижается до минимальных величин.
С увеличением осевого усилия на инструмент для определенной породы скорость бурения увеличивается до некоторого предела, при котором ее дальнейший рост замедляется из-за недостаточного удаления продуктов разрушения с забоя (рис. 2.6, а). Наилучшие условия для бурения имеют место на участке II, где скорость увеличивается пропорционально осевому усилию Рос. При малых значениях Рос (участок I) разрушение носит характер истирания и неэффективно для бурения. При чрезмерно больших Рос (участок III) абразивный износ и число поломок лезвий резко возрастают.
Рис. 2.5. Закономерности разрушения породы при вращательном бурении:
а ¾ внедрение резца в породу и ее скол; б ¾ колебания потребляемой мощности двигателем вращателя при бурении
Рис. 2.6. Основные закономерности изменения параметров вращательного бурения:
а, б ¾ зависимость скорости бурения от осевого усилия (а) и частоты вращения (б); в ¾ изменение рациональных параметров бурения с увеличением крепости пород: 1 ¾ осевого усилия; 2 ¾ скорости бурения; 3 ¾ удельного износа инструмента; 4 ¾ частоты вращения
С увеличением частоты вращения скорость бурения сначала пропорционально увеличивается, а затем темп роста снижается (рис. 2.6, б) и возникают сильные вибрации инструмента. С увеличением коэффициента крепости породы рациональные значения осевых усилий возрастают, а частоты вращения уменьшаются (рис. 2.6, в).
Во всех случаях целесообразно применять максимально возможные по техническим характеристикам сверл осевые усилия, а частоты вращения выбирать из допустимого уровня вибраций при бурении. С увеличением коэффициента крепости пород скорость бурения снижается, а удельный износ инструмента растет.
2.3. Ударные способы
бурения шпуров
Ударное бурение шпуров производят пневматическими бурильными молотками. Они имеют наименьшую относительную массу на единицу развиваемой мощности, невелики по габаритам и просты в обслуживании, успешно бурят породы любой крепости. Бурильные молотки делят на ручные, телескопные и колонковые, которые в свою очередь делят на легкие (18—
20 кг), средние (20—30 кг) и тяжелые (> 30 кг).
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 3027; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!