Классификация бурильных машин и способов бурения

Этот способ в настоящее время  не получил широкого распространения и применяется иногда на подземных рудниках.

ГИДРОМОНИТОРЫ

Гидромониторы, представляющие собой устройства для формирования напорной струи и управления ее полетом с целью разрушения и смыва горных пород, классифицируют по следующим признакам:

по области применения – для подземных и открытых горных работ;

по способу управления – с  ручным, дистанционным и программным управлением;

по способу перемещения –  несамоходные (передвигаемые на салазках вручную, посредством гидропередвижчиков, лебедками, тракторами и другими способами) и самоходные, имеющие гусеничные или шагающие органы перемещения.

Гидромониторные струи разделяют  на низконапорные (до 1 МПа), средненапорные (от 1 до 5 МПа), высоконапорные (от 5 до 50 МПа) и сверхвысоконапорные (более 50 МПа).

На открытых горных работах промышленное применение получили средненапорные струи с давлением 1,5–3 МПа, а на гидрошахтах – высоконапорные струи с давлением 12–16 МПа.

Для формирования струи, выходящей  из ствола гидромонитора, служат насадки, представляющие собой фасонные трубки из стального литья со шлифованной внутренней поверхностью в форме конуса, переходящего плавно в цилиндр.

К основным техническим  характеристикам гидромониторов можно  отнести: рабочее давление воды (МПа), расход воды (м³/с), диаметр канала проточной части гидромонитора (мм), диаметр насадок (мм), угол поворота ствола (градус), вид управления, размеры и масса.

Гидромониторы  ГМДЦ-4 (рис. 4.1) предназначены  для гидроотбойки угля в очистных  и подготовительных забоях при разработке пластов мощностью более 0,8 м с углами падения более 6°.

Основанием гидромонитора  являются салазки 12, на которых закреплена труба 22 напорного водовода диаметром 100 мм для подвода к стволу гидромонитора воды под давлением. На вертикальном участке 11 подводящей трубы установлена головка с крестовиной 13, которая дает возможность поворачиваться стволу 4 в горизонтальной плоскости. Поворотная головка имеет две полые цапфы 3, вокруг которых могут вращаться бобышки 14 и осуществлять поворот ствола 4 в вертикальной плоскости. К поворотным бобышкам 14 прикреплены два обводных канала 23 для подвода воды к стволу 4 гидромонитора. В стволе имеется гидравлический сотовый успокоитель 5, который разделяет с помощью продольных ребер поток воды на несколько параллельных потоков меньшего сечения. Это способствует формированию компактной водяной струи. Насадка 7 крепится к конусной части ствола 6 накидной гайкой 8.

Ствол гидромонитора с помощью  гидродомкрата 15 и зубчатого сектора 10 может поворачиваться в горизонтальной плоскости на угол 90°, а при перестановке фиксирующего пальца — до 210°. Гидродомкратом 9 ствол может поворачиваться вверх на 80° и вниз на 20°.

Маслостанция для дистанционного управления состоит из насоса 2 с приводом от гидравлической турбины 17, масляного бака 19, фильтра 20 и контрольно-измерительной аппаратуры. Турбина приводится в действие водой, которая подается по напорному рукаву 21 от гидромонитора. Рукава 18 (напорный и сливной) соединяют маслостанцию с-пультом дистанционного управления 1, закрепленным на винтовой стойке в 8—10 м от забоя. Рукава 16 соединяют маслостанцию с гидродомкратами 9 и 15 поворота ствола гидромонитора.

Гидромонитор ГПД12-5 работает в тех же условиях, что и гидромонитор ГМДЦ-4, но рабочее давление воды у  него ниже (до 12 МПа).

Гидромонитор 12ГД-2 имеет большие диаметры насадок, больший расход воды и соответственно большие габариты и массу комплекта.

Создан самоходный (на гусеничном ходу) гидромонитор 12ГП-2, рассчитанный на давление воды до 12 МПа. Управление гидромонитором полуавтоматическое с дистанционным изменением программы. Скорость передвижения гидромонитора До 2,5 м/мин. Масса —3200 кг.

Готовится к производству гидромонитор 16ГД с рабочим давлением  воды до 16 МПа и с дистанционным  управлением. Диаметры насадок составляют 22; 25 и 28 мм. Общая масса — 550 кг.

Производительность гидромониторов для гидрошахт составляет 30—60 т/ч для углей средней крепости и 50—100 т/ч — для некрепких углей.

В гидромониторах, применяющихся  на открытых горных работах, используют насадки диаметром 52—200 мм.

При работе на гидромониторах необходимо соблюдать следующие правила  безопасности:

проводить работы по гидроотбойке с разрешения горного мастера  или другого лица технического надзора, имеющего на это право;

при давлении воды свыше 3 МПа применять гидромониторы только с дистанционным управлением;

на открытых горных работах  не допускается установка гидромониторов вдоль откосов и неукрепленных вертикальных стенок в пределах призмы обрушения породы;

при подземных горных работах гидромониторщику следует  находиться в надежно закрепленном безопасном месте и работать только при исправном оборудовании и хорошем освещении;

не допускать одновременного двустороннего размыва заходки  встречными струями двух гидромониторов, установленных в соседних забоях;

для исключения несчастных случаев, вызванных разрывами гидромониторов, запорной арматуры и трубопроводов, не допускается превышение давления, установленного инструкцией по эксплуатации;

запрещается работать на гидромониторе с неисправным  манометром или без него;

при отсутствии воды в  напорном трубопроводе необходимо плотно закрыть задвижку, выяснить причину  отсутствия воды и после устранения неполадок или отказов получить разрешение на дальнейшее производство работ;

ремонт и подготовку высоконапорного водовода к работе производить при закрытой задвижке;

по окончании работы выключать все оборудование.

МЕХАНОГИДРАВЛИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

На гидрошахтах для  проведения подготовительных выработок, осуществления нарезных и очистных работ короткими забоями на пластах средней мощности с углами падения до 15° применяется комбайн со стреловидным исполнительным органом К56МГ с гидросмывом разрушенной горной массы.

Производительность комбайна – 2,25 т/мин, расход воды – 100 –150 м³/ч, давление воды – 1–1,15 МПа. Комбайн проводит выработки высотой 1,9–2,5 м, шириной 2–3,4 м; мощность разрабатываемых      пластов – 1,8–2,5    м;    масса    комбайна – 12,7 т.

Комбайн может работать по углям с сопротивляемостью  резанию до 250 кН/м и присекать  породы с коэффициентом крепости f ≤ 4 до 30% от площади забоя и абразивностью до 5 мг. Размеры выработки вчерне – 4–8,5 м².

Для дистанционного управления гусеничным ходом комбайна, его исполнительным органом и вспомогательными механизмами применяется аппаратура дистанционного управления ПДУ, изготавливаемая заводом «Гидромаш» в г. Новокузнецке Применение переносного пульта для дистанционного управления комбайном позволяет находиться машинисту в безопасном закрепленном пространстве на расстоянии 8—12 м от комбайна  (в пределах видимости).

Копейским машиностроительным заводом им. С. М. Кирова выпускается для гидрошахт комбайн «Урал 38», который предназначен для проведения нарезных выработок и очистных работ.

Вода для гидросмыва отбитого угля и гидротранспортирования его самотеком по почве пласта подводится к коронке стрелы под давлением до 3 МПа.

Производительность комбайна до 2 т/мин. Комбайн может проводить  выработки с площадью сечения  от 1,6 до 5,4 м² по углю с сопротивляемостью резанию до 200 кН/м с углом наклона до 15°. Расход воды на гидротранспортирование – 150–300 м³/ч. Масса комбайна – 9,8 т. Комбайн снабжен пультом дистанционного управления.

Для подводной разработки пород гидравлическим способом применяются  землесосные снаряды — плавучие землесосно-транспортирующие машины непрерывного действия.

Плавучий землесосный  снаряд представляет собой судно  с надстройкой (рис. 4.3), имеющее: рыхлитель 1, раму 2 рыхлителя, канат 3 подвески рамы рыхлителя с подъемной лебедкой 14, стрелу 4 с подвеской 5, двигатель 6 рыхлителя, всасывающий патрубок 7, грунтовый насос 8, двигатель 9 грунтового насоса, напорный пульпопровод 10.

Силовое оборудование землесосных  снарядов может быть электрическим  и дизельным.

По производительности Q (м³/ч) земснаряды делятся на три группы: малой мощности Q ≤ 100 м³/ч, средней Q = 100÷500 м³/ч и большой Q≥500 м³/ч.

Земснаряды, применяемые  на открытых горных работах, имеют обычно электропривод.

Технические данные плавучих землесосных снарядов, выпускаемых отечественной промышленностью, приведены ниже.

Грунтонасосами породы разрушаются за счет энергии потока воды, засасываемой насосом. Необходимая скорость транспортирования для песка составляет 0,35—0,7 м/с, для гравия – более 2,5 м/с.

Для разработки пород  с каменистыми включениями используют фрезерные рыхлители.

Для удержания земснаряда на рабочем месте и осуществления его рабочих перемещений служат свайный аппарат 11 с лебедками 12  лебедки поворота 13 и канаты   15 с  якорями, при помощи   которых   производятся    веерообразные    перемещения всасывающего устройства и поступательное   движение земснаряда. Лебедки поворота одновременно   служат    для   создания давления на фрезерном рыхлителе.

Рис. 4.3. Схема плавучего землесосного снаряда

ЭКСКАВАТОРЫ

Для погрузки породы в  камерах мощных пологих месторождений, а также при проведении выработок большого сечения успешно применяют одноковшовые экскаваторы типа прямой механической лопаты. При этом в ряде случаев для работы в подземных условиях используют обычные маломощные универсальные полноповоротные строительные экскаваторы типов Э652, Э801 с ковшом емкостью 0,65—1,25 м³, комплектуемые сменным оборудованием крана, прямой и обратной лопат. Основными недостатками строительных экскаваторов являются большие габариты и неприспособленность к эксплуатации в подземных условиях, не могут перемещаться по подземным выработкам, не разбираются на транспортабельные блоки, их монтаж и демонтаж в подземных условиях чрезвычайно  затруднены.

К подземным экскаваторам предъявляется ряд дополнительных требований: обеспечение высокой производительности (до 500 т/смену) при небольших габаритах, позволяющих не только работать в небольших камерах, но и транспортировать машину по горным выработкам, высокая маневренность, способность грузить негабаритные куски и зачищать почву, обеспечивать безопасность  и  комфортность  работы машиниста.

Специализированными подземными экскаваторами являются Э6514, Э7515, ЭП1 и ЭПГ1 и другие, технические характеристики которых приведены в табл. VI. 1.

Экскаватор ЭП1 предназначен для очистных забоев подземных рудников. С его помощью можно грузить горную массу кусковатостью до 800 мм в камерах высотой не менее 6 и шириной не менее 10 м.

Рабочее оборудование экскаватора  ЭП1 (рис. VI. 1) помимо сварного ковша 4 емкостью 1 м³, рукояти 3 с жестким напором и стрелы 1, состоящей из двух продольно сваренных из листового проката балок коробчатого сечения, включает в себя головные и стрелковые блоки 2 и 5, тяговые цени 6 напора и механизм 8 открывания днища 7 ковша.   Нижний  конец стрелы шарнирно крепится к поворотной платформе, а верхний – поддерживается стреловыми канатами 9, проходящими через блоки 5. Подъемное усилие на ковше создается с помощью подъемных канатов 10, переходящих через головные блоки 2. Напорное усилие на ковше создается механизмом напора, привод которого расположен на поворотной платформе, а исполнительный механизм – на стреле. Передача крутящего момента на исполнительный механизм осуществляется тяговой цепью 6. В качестве привода механизма открывания днища ковша служит пневмоцилиндр. Закрывание ковша  происходит  автоматически  при  его опускании.

Конструктивными особенностями  экскаватора ЭП1 являются: возможность  его разборки на отдельные транспортабельные  узлы; уменьшенные габариты по сравнению  с другими экскаваторами данного типа (емкостью ковша 1 м³); защита бронированными листами рабочего места машиниста и задней части машины; усиленное освещение призабойного пространства; применение легированных сталей для изготовления наиболее нагруженных узлов и деталей и т. д.

Рис. VI. 1. Подземный экскаватор ЭП1

Производительностью экскаватора  называют объем горной массы, отгруженной  за единицу времени. Различают теоретическую, техническую и эксплуатационную производительности экскаваторов.

Теоретическая производительность Q (м³/ч) определяется по формуле

где q — емкость ковша, м³; п — число циклов работы экскаватора в минуту, 1/мин; Т_о — теоретическая длительность цикла, с.

Техническая производительность Q_тех (м³/ч) определяется с учетом свойств разрабатываемых пород и потерь времени на перемещение экскаватора из одного забоя в другой:

где k_н = 0,8÷1,1 — коэффициент наполнения ковша; k_р = 1,1÷1,5 — коэффициент разрыхления породы в ковше экскаватора; t_р — время работы экскаватора из одного положения, с; t_п — время на одну передвижку экскаватора, м.

Эксплуатационная   производительность   Q_э  (м³/ч)   составляет