Бурильные установки на тележках для бурения шпуров

§ 1, Классификация бурильных установок

Для механизации бурения шпуров и повышения производи­тельности бурения в 3—5 раз, как у нас, так и за рубежом, все более широкое применение получают бурильные установки на те­лежках. Такая установка представляет собой бурильную машину, состоящую из бурильной головки с подающим механизмом (подат-чиком), установленную на гидрофицированном манипуляторе на тележке. Установка позволяет одной штангой бурить в необходи­мом направлении шпуры на полную глубину (до 3 м) в оптимальном режиме.

Бурильные установки на тележках можно классифицировать по следующим основным признакам:

по схеме бурения шпуров — на фронтальные и радиалыю-фрон» тальные, при фронтальной схеме обуривается только лобовая часть забоя выработки; при радиально-фронтальной — помимо лобовой части забоя обуриваются также кровля и бока выра­ботки;

по типу ходового устройства — на колесно-рельсовый, гусе­ничный и пневмоколесный ход;

по способу передвижения — на самоходные и несамоходные;

по типу двигателя привода хода — на электрический, пневма­тический или дизельный;

по числу установленных на тележке бурильных машин — с од­ной машиной, двумя, реже с большим числом;

по типу бурильной головки — на вращательные, вращательно-ударные, реже на ударно-поворотные и вращательно-ударные.

В угольной промышленности основное применение получили бурильные установки на тележках с одной или двумя бурильными машинами вращательного или вращательно-ударного действия на колесно-рельсовом ходу. При выборе типа бурильной машины для конкретных горно-геологических условий необходимо исходить прежде всего из размеров и назначения горной выработки, кре­пости буримых пород, вида энергии, технической характери­стики бурильной машины.

Технические характеристики основных бурильных установок на тележках приведены в табл. 5.1.

					Таблица 5.1
	Бури	льные установки
Параметры	>>	БУЭЗ		БУШ	БУШ	БУР2 (БУР2Б)
Вид энергии	Электрическая	Пневматическая
Установленная мощность, кВт	L5 1 30 1 40	" 1 "
Способ бурения	Вращательный	Вращательно-ударный
	и вращательно-ударный
Коэффициент крепости по-	6-16	8-16	До 16	До 12	8—16	До 16
род Максимальная глубина бу-	2,8	4,2	3,5	3,7	3,7	3,9
рения, м Максимальная ширина бу-	3,3	5,2	4,5	5,0	5,0	5,5
рения с одной установки
машины, м
Сечение выработки, м^а	6—10	9—25	9—22	6-20	6—20	8-25
Число бурильных машин Механизм подачи:
тип	Цепной Гид-равли-чес-кий	Винтовой
ход подачи бурильной			2,8	2,7	2,7	2,7
машины, м
максимальное усилие	п				И	8
подачи, кН
Бурильная головка, тип	Вращательная и вращательно- ударная	1100-1-1М	БГА1М	БГА1М
Энергия удара, Н-м Частота ударов в минуту	50 1 50 1 70 2500 | 2500 J 3000	50 3500	85 2600	85 2600
Частота вращения шпинде-	Вращатель- 175,
ля, об/мин	ная голов- 245, ка: 151, 317, 290, 731;враща- 400 тельно-удар-ная: 144, 376
Расход сжатого воздуха,	—	—	—	10—12	10—12	20—25
м^3/мин
Масса установки, т	5,4	9,8	5,5	2,3	2,3	5,7

 

 

§ 2. Бурильные установки БУЭ1М и БУЭЗ

Бурильная установка БУЭ1М (рис. 5.1) предназначена для бу­рения шпуров и выбуривания угля при проведении горизонталь­ных выработок, преимущественно однопутного сечения от 6 до 10 м² в свету, по породам с коэффициентом крепости / < 1G в шах­тах, опасных по газу и пыли. Бурильная установка БУЭ1М вы­пускается в двух исполнениях: с бурильной головкой вращатель­ного действия для бурения шпуров по породам крепостью / = s= 4-f-8 и вращательно-ударного для пород крепостью / = 6-=-16, при этом бурильная установка может работать и во вращательном режиме. Выбуривание угля производится установкой в подго­товительных выработках со смешанным угольным и породным яа-боями, в которых применение взрывных работ по углю запре­щается.

Установка БУЭ1М (рис. 5.1) состоит из бурильной машины с бурильной головкой), установленной на конце стрелы, мани­пулятора 6, рамы-бака 7 для масла, шасси 8, гидросистемы с пуль­том управления 9, электрооборудования 10, сиденья 11 для маши­ниста, буфера 12. Бурильная машина, в свою очередь, состоит из бурильной головки / g электродвигателем мощностью 7,5 кВт и редуктором 2, буровой штанги 3, податчика 4 с гидроцилиндрами и направляющей рамой. При выбуривании угля скважинами диа­метром 300 мм предусмотрена установка штанги с коронкой 5, оснащенной резцами, вместо штанги для бурения шпуров.

Кинематическая схема бурильной установки (рис. 5.2). Бу­рильная головка вращательного действия (рис. 5.2, а) представ­ляет собой трехскоростной редуктор /— 12 с приводом от электро­двигателя Ml. В зависимости от физико-механических свойств буримых пород производится переключение частоты вращения бура, что позволяет выбирать оптимальный режим бурения. Пере­ключение осуществляют рукояткой Р, которая перемещает блок шестерен 10 но шлицам вала и вводит блок в зацепление с одной из следующих трех шестерен; малой 9, большой 8 или с шестер­ней 12. Таким путем получают три частоты вращения шпинделя — 151, 317 и 731 об/мин. Малая частота применяется при бурении по крепким породам.

_t' Для бурения шпура в патрон бурильной головки вставляется хвостовик штанги с резцом на конце. Хвостовик удерживается в патроне двумя выступами. Через муфту боковой промывки и от­верстие в хвостовике подводится вода под давлением, которая далее по осевому каналу в штанге поступает на забой для промывки шпура.

Кинематическая схема бурильной головки вращательно-удар­ного и вращательного действия (рис. 5.2, 6) предусматривает пере дачу вращения от вала / через соединительную муфту валу // и жестко насаженной на нем шестерне 1. Далее вращение передает­ся в обе стороны — от шестерни 2 к вращателю и от шестерни 11 к ударному механизму 15.

 

 

 

 

В первом случае с шестерней 2 получает вращение вал III, на котором жестко закреплены также шестерни 3 и 6. Блок-ше­стерня 4—5, сидящая на шлицевом валу IV, может перемещаться по нему посредством рукоятки Р_х и входить в зацепление с шестер­нями 3—4 либо 5—6, поэтому вал IV и соединенный с ним посред­ством кулачковой муфты 19 вал V имеют две частоты вращения. Далее через шестерни 18—16 вращение передается шпинделю * и буровой штанге 17.

Передача к ударному механизму осуществляется от шестерни // через кулачковую полумуфту 8, которая постоянно поджата пру­жиной 7 к торцовым зубьям шестерни 11. Полумуфта предназна­чена для устранения запуска ударного механизма в направлении обратном, предусмотренному конструкцией, что может произойти при неправильном подключении электродвигателя бурильной го­ловки к электросети. От кулачковой полумуфгы вращение пере­дается посредством шестерен 9 и 10 валу VI и через кулачковую муфту 12 валу VII, or которого через шестерни 13 и 14 приводится в действие ударный механизм 15.

Боек ударного механизма имеет обод, на наружной поверхно­сти которого выполнен плавный криволинейный выступ, охваты­ваемый двумя парами направляющих роликов, опирающихся на подшипники качения?. При вращении бойка обод получает от удар­ного механизма возвратно-поступательные движения и во время хода вперед наносит удары по торцу хвостовика штанги через промежуточный боек. Для уменьшения силы отдачи подшипники направляющих роликов заключены в упругие резиновые аморти­заторы, закрепленные в корпусе ударника. Кроме того, концы обоих направляющих роликов опираются на осевые амортизаторы. Для уменьшения их нагрева, а также нагрева смазки, залитой в корпус ударника, предусмотрены два холодильника, размещен­ные в верхней и нижней крышках корпуса ударника.

Вода, подводимая под давлением для промывки забоя шпура, предварительно проходит через холодильники, затем поступает через муфту боковой промывки в осевой канал буровой штанги и далее на забой шпура.

Бурильная головка вращательно-ударного и вращательного дейсшия может, в случае необходимости, работать только в ре­жиме вращательного бурения (при некрепких породах). Для этого следует выключать ударный механизм посредством рукоятки Р₂, что производится только при выключенном электродвигателе бу­рильной головки во избежание поломки зубчатых передач. Изме­нение частоты вращения шпинделя (144 и 375 об/мин), а следова­тельно, и буровой штанги при переходе с режима вращательно-ударного бурения на режим вращательного бурения и обратно осуществляется рукояткой Р_х соответствующим переключением блока шестерен 4 — 5.

Цепной податчик предназначен для перемещения бурильной головки с буровой штангой и создания при бурении осе­вого усилия на забой.Податчик состоит из направляющей балки 13

 

 

(см. рис. 5.2, а), на которой установлены привод подачи 15 и на­тяжное устройство для цепи 14. Бурильная головка закреплена болтами на плите податчика и перемещается с ней по направляю­щей балке. Для предотвращения прогиба штанги при бурении применены подвижный люнет 16 и неподвижный 17.

Бурильная головка на забой подается гидроцилиндровым меха­низмом подачи с реечным умножителем хода и цепной передачей. Умножитель хода представляет собой механизм, состоящий нз двух пар гидроцилиндров 19, в которых движутся поршень и пор­шень-рейка 18, имеющая зацепление с вал-шестерней 20, на кото­рой жестко закреплена приводная звездочка 21 цепи.

Манипулятор предназначен для пространственного пе­ремещения бурильной машины и придания ей нужного направле­ния, а также удержания в заданном положении при бурении.

Манипулятор гидрофицирован, что позволяет выполнять сле­дующие операции:

вращение стрелы манипулятора вместе с бурильной машиной относительно продольной оси на угол ±180°, что осуществляется редуктором манипулятора РМ, состоящим из двух гидроцилин­дров, в которых помещены два поршня 23, соединенные между собой рейкой, входящей в зацепление с шестерней 24. Далее через коническую пару 22 — 25 вращение передается стреле;

подъем стрелы в вертикальной плоскости и поворот в горизон­тальной при помощи гидроцилиндров Г_х и Г₂;

подъем и поворот бурильной машины относительно манипуля­тора посредством гидроцилиндров Л, и Г₄ в вертикальной и гори­зонтальной плоскостях;

перемещение направляющей балки податчика по кронштейну манипулятора гидроцилиндром надвигания Г_ь.

От электродвигателя М₃ (мощностью 7,5 кВт) через редуктор 26 — 27 — 28 приводится в действие насос гидросистемы.

Передвижение бурильной установки по рельсовому пути осу­ществляется приводом хода ПХ, который состоит из гидромотора 29 и трехступенчатого редуктора 30.

Шасси служит основанием бурильной установки и состоит из рамы, к которой на полуосях крепятся правая и левая ходовые тележки. На тележках смонтированы ходовые колеса, рельсовые захваты и четыре маневровых катка 31, попарно на каждой тележ­ке. С помощью двух гидроцилиндров F_t тележки могут быть раз­двинуты или сдвинуты относительно рамы шасси с учетом размеров колеи (600—900 мм). Благодаря этому в транспортном положении бурильная установка занимает небольшую ширину (600 мм), что имеет существенное значение в горных выработках малого сече­ния.

Для перекатывания бурильной установки на запасной путь раз-миновки предусмотрена специальная платформа, которая накла­дывается на обе колеи. Перекатывание производится посредством четырех катков 31, опускание и- подъем которых осуществляются при помощи червячных редукторов. Конструкция катков позволяет

 

поочередным включением на сдвигание—раздвигание откатить установку к стенке выработки. При этом установка приподни­мается над рельсами, опираясь катками на швеллеры специальной перекатной платформы.

Бурильная установка электрическая БУЭЗ (рис. 5.3) вращатель-но-ударного и вращательного действия предназначена для буре­ния шпуров и выбуривания угля скважинами при проведении горизонтальных подготовительных выработок высотой до 4,5 м. и сечением от 9 до 20 м² в свету по породам с коэффициентом крепо­сти / < 16.

Установка БУЭЗ отличается от БУЭ1М наличием двух буриль­ных машин / и 2, двух манипуляторов 3 и 4, тележек — правой 5 и левой 6, установленных на ходовом колесном шасси 7. На каждой из тележек независимо смонтированы насосная станция 8, гидро-и электроаппаратура управления бурильной машиной, манипуля­тором и тележкой. Таким образом, кинематически бурильная установка БУЭЗ состоит из двух независимых групп. Поэтому в процессе бурения управляют установкой два машиниста, один из которых находится с левой, а другой с правой стороны уста­новки возле тележек. Бурильная машина, манипулятор и насос­ная станция, унифицированы g аналогичными узлами бурильной установки БУЭ1М.

Применение на одной ходовой тележке двух независимых бу­рильных машин вместо одной позволяет повысить производитель­ность бурения в 1,5—2 раза и использовать установку в выработ­ках большого сечения.

Бурильная установка БК.Г2

Бурильная установка с гидроударником БКГ2 (рис. 5.4) с двумя бурильными машинами вращательно-ударного или вра­щательного действия предназначена для бурения шпуров в вы­работках сечением от 9 до 22 м² в свету по породам с коэффици­ентом крепости / < 16.

 

Каждая бурильная машина состоит из бурильной голоеки I и податчика 2, смонтированных на двух манипуляторах 3; пульта управления 5; общей маслостанции 6 и колесно-рельсового меха­низма передвижения 9. Надвигание каждой бурильной машины на забой осуществляется гидроцилиндром 4 с ходом 1,1 м. Подат-чик перемещает бурильную головку на забой двумя спаренными гидроцилиндрами со скоростью рабочего хода 3,6 м/мин и об­ратного — 7 м/мин. Электродвигатель маслостанции мощностью 40 кВт через полумуфты и раздаточный редуктор приводит во вращение шесть шестеренных насосов — из них два питают гидромоторы бурильных головок, два — гидроударники буриль­ных головок и два — гидроцилиндры манипуляторов и механиз­мов подачи бурильных машин.

Основными узлами каждой из двух бурильных головок явля­ются гидроыотор, редуктор, гидроударник и гидрораспредели­тель. Гидромотор приводит во вращение через двухскоростной редуктор шпиндель с буровой штангой. В редукторе имеется передача для вращения вала-распределителя, при помощи кото­рого приводится в действие золотник гидроударника. Золотник обеспечивает впуск в отсечку масла, поступающего в гидроудар­ник, посредством которого при нанесении ударов по хвостовику буровой штанги во время ее вращения достигается ударно-вра­щательное бурение, применяемое при крепкой породе. При враща­тельном способе бурения вал-распределитель отключается от редуктора.

При помощи гидроцилиндров, установленных на манипулято­рах, осуществляются подъем стрелы в вертикальной плоскости и поворот в горизонтальной, а также наклон бурильной машины. Вращение стрелы манипулятора и поворот бурильной машины относительно манипулятора производятся при помощи гидравли­ческих винтодомкратных механизмов.

Рама 8 механизма передвижения 9 конструктивно выполнена так, что является одновременно маслобаком. На ней установлены электродвигатель, насосная и магнитная станции и захваты 7 для крепления машины к рельсам при бурении.

На заднем кронштейне бурильной установки смонтирован пульт управления, имеющий электро- и гидроаппаратуру для пуска и регулирования. Бурильная установка при работе обслуживается двумя машинистами. Шпуры бурятся с боковой промывкой; рас­ход воды — 30 л/мин.

§ 4. Бурильная установка БУ-1 (БУ1Б)

Бурильная пневматическая установка БУШ вращательно-ударного действия предназначена для бурения шпуров по породе с коэффициентом крепости / = 6-М6 при проведении горизон­тальных горных выработок сечением от 6 до 20 м². Установка оснащена бурильной головкой 1100-1-Ш или БГАШ; в послед­нем случае она имеет индекс БУ1Б.

 

 

Установка БУШ (рис. 5.5) состоит из бурильной машины I, манипулятора II, верхней III и нижней IV тележек. Установка снабжена складными балками-рельсами, которые подкладыва-ются под перекатные ролики нижней тележки; вся установка с помощью кривошипных механизмов поднимается вверх и пере­катывается на соседний путь.

Бурильная головка состоит из пневмоударника ПУ и враща­теля, который передает крутящий момент буровой штанге от ше­стеренного нереверсивного пневмомотора П₁ мощностью 3,7 кВт через трехступенчатый редуктор, состоящий из зубчатых колес 1 — 6. При вращении буровой штанги пневмоударник наносит своим бойком удары но ее хвостовику.

Перемещение бурильной головки по направляющей балке бурильной машины и осевой нажим на забой осуществляются при помощи винтового податчика. Последний приводится в действие от реверсивного шестеренного пневмомотора Я₂ мощностью 18,4 кВт через две пары зубчатых колес 7 — 8 и 9 — 10.

Стрела манипулятора получает вращение вокруг своей про­дольной оси от пневмомотора П₃ через червячно-цилиндрический редуктор с зубчатыми колесами //— 12, 15—16 и червячную пере­дачу 13—14.

 

 

 

Насос гидросистемы приводится в действие от пневмомотора П_х через одноступенчатый редуктор с зубчатыми колесами 17—18. Масло под давлением от шестеренного насоса НШ, встроенного в бак верхней тележки, подается к гидрораспределителю, а от него — к гидроцилиндру подъема Г, стрелы и двум гидроцилинд­рам Г₂ поворота стрелы манипулятора относительно верхней тележки, а также к гидроцилиндру Г₃ надвигания верхней тележки относительно неподвижной нижней.

На верхней тележке установлены насосная станция, пневмо-и гидропульты управления, на нижней — захваты 19 за рельсы и боковые откидные пневмодомкраты для придания установке устойчивости при бурении. Распор бурильной машины в массив забоя производится двумя пневмодомкратами 20. Бурение ведет­ся с боковой промывкой. Установка при работе обслуживается машинистом и помощником.

Бурильная вращательно-ударная головка 1100-1-1М (рис. 5.6) является исполнительным органом пневматических бурильных установок БУ1, БУР2 и других при бурении шпуров в крепких породах с коэффициентом крепости / = 8-^12. Бурильная го­ловка состоит из пневмоударника 6, пневмомотора 10 с двумя роторами и трехступенчатого редуктора 9, который передает крутящий момент от пневмомотора шпинделю 2. Внутри шпинделя расположен патрон 3 с выступами, через которые крутящий момент передается хвостовику буровой штанги.

При вращении штанги по ее хвостовику наносятся удары посредством поршня 5. Сжатый воздух к пневмоударнику под­водится через штуцер 8 и золотниковое воздухораспределитель­ное устройство 7, к роторам пневмомотора — через патрубок // и продольный паз, имеющийся в корпусе пневмомотора. Для уменьшения шума, возникающего при работе пневмомотора, уста­новлен глушитель 12 реактивного типа.

Пружина 4 предназначена для отжатия патрона 3 от поршня 5 и тем самым для предотвращения нанесения им ударов по хвосто­вику буровой штанги до тех пор, пока резец штанги не упрется в породу.

Вода для очистки шпура подается через муфту боковой про­мывки 1 и далее через осевой канал в буровой штанге на забой шпура.

Бурильная ударно-вращательная головка БГА1М имеет ана­логичные бурильной головке 1100-1-Ш устройство и принцип дей­ствия и отличается только конструкцией редуктора.

§ 5. Эксплуатация бурильных установок

Перед началом работы в забое необходимо убедиться в безопас­ном состоянии рабочего места и в исправности бурильной уста­новки. Далее следует произвести смазку деталей установки сог­ласно карте смазки, заменить изношенный режущий инструмент, опробовать установку без нагрузки. Затем необходимо разметить

 

 

на забое месторасположение шпуров и установить ходовую те­лежку так, чтобы податчик можно было направить для бурения шпура в нужную точку забоя. Тележку закрепляют при помощи рельсовых захватов и боковых домкратов, которые распирают в стенки выработки. При помощи манипулятора выставляют по­датчик по направлению бурения шпура. Закрепляют раму по-датчика неподвижно относительно забоя домкратами, имеющи­мися на переднем конце рамы. Производят забурпвание при не­большом осевом усилии с подачей воды для промывки шпура. За­тем ведут бурение одной штангой на полную глубину шпура (до 3 м).

При вращательно-ударном бурении различных по крепости пород необходимо выбирать оптимальный режим бурения, ха­рактеризующийся энергией и частотой ударов и оеевым усилием. Повышение давления сжатого воздуха вызывает увеличение энер­гии и частоты ударов пневмоударнпка, что увеличивает скорость бурения. При бурении пород средней крепости осевое усилие дол­жно быть достаточным для вдавливания режущих кромок коронки в породу, а крутящий момент достаточным для разрушения об­разующихся гребешков породы на забое шпура между смежными ударами. Ударная нагрузка в этом случае является вспомогатель­ной, способствующей внедрению режущих кромок коронки на более значительную глубину.

При более крепких породах ударная нагрузка является основ­ной, поэтому должна увеличиваться энергия единичного удара, а осевое усилие должно быть достаточным для поддержания ре­жущих кромок коронок прижатыми к забою шпура в момент удара. При этом частоту ударов за один оборот буровой штанги необходимо увеличивать, чтобы уменьшить расстояние между смежными ударами. Оптимальный режим бурения наилучшим образом достигается при его автоматическом регулировании. По окончании бурения установку необходимо перевести в транс­портное положение, отогнать от забоя на безопасное расстояние и перекатить на запасной путь.

Глава 6