Классификация буровых станков

На угольных шахтах страны при ведении подготовительных и очистных работ возникает необходимость в бурении большого числа скважин различного назначения по углю и породе. Для этой цели применяются буровые станки. Основной способ буре­ния — вращательный. Рабочим органом бурового станка явля­ется бурильная машина, состоящая из бурильной головки (вра­щателя) и механизма подачи. Вращатель предназначен для пере­дачи крутящего момента от двигателя буровому ставу с рабочим

 

инструментом. Механизм подачи обеспечивает поступательное перемещение бурового става и создает определенную осевую нагрузку. Буровые станки можно классифицировать следующим образом;

по назначению — для бурения дегазационных скважин, на­гнетания воды в пласт, бурения технических скважин различного назначения (углесиускные, водоспускные, вентиляционные, раз­ведочные, разрезные), бурения скважин по породе (гезенки, скаты, сбойки и т. п.);

по виду применяемой энергии — на электрические и пневмати­ческие;

по способу подачи бурового инструмента — на установки с вра­щающимся, наращиваемым в процессе бурения ставом с резцо­вым или шарошечным буровым инструментом; на установки с невращающимся одним или двумя ставами, наращиваемыми в процессе бурения, предназначенные для подачи в скважину снаряда-вращателя с резцовым или шарошечным инструментом; буровые бесштанговые автономные машины, перемещающиеся в скважине посредством распорно-шагающего механизма подачи, находящиеся пока в стадии опытных работ;

по типу механизма подачи бурового става на забой — с меха­нической дифференциально-вишовой подачей; с гидравлической подачей посредством гидроцилиндров;

по способу режима бурения скважины — с заданным нерегули­руемым режимом бурения (скорость подачи и осевое усилие); с автоматически настраивающимся оптимальным режимом буре­ния в зависимости от крепости буримых пород и угля:

по способу управления буровой установкой — с места бурения; дистанционное на расстоянии до 20 м от места бурения (в пределах видимости), применяемое при бурении по пластам угля, опасным по внезапным выбросам угля и газа, при этом наращивание бурового става производится также дистанционно, автомати­чески.

Современное оборудование для подземного бурения скважин в большинстве случаев оснащено гидрофицированными механиз­мами подачи, допускающими регулирование в широких пределах режима бурения, в ряде случаев автоматическое. Оно оснащено механизмами для установки и закрепления буровых станков в вы­работках, имеет маслостанцию, выносной пульт дистанционного управления, средства для пылеподавления, в ряде случаев средства для дистанционного наращивания бурового става в процессе бурения.

Определяющими факторами для выбора типа бурового станка являются: характеристика породы, диаметр и длина скважины, угол ее наклона, назначение и размер выработки, из которой производится бурение, техническая характеристика станка и др.

Технические характеристики некоторых буровых станков при­ведены в табл. 6.1.

 

			Та	блица 6.1
		Буровые станки
Параметры	Б100-2 00	БГА-4	Б-68КП	«Огрела-77»
Вид энергии	Электриче-	Электри-	Пневмати-	Электриче-
	ская, пнев­матическая	ческая	ческая	ская, пнев­матическая
Мощность двигателя, кВт;
вращателя...............
маслостанции				7,5
Производительность при				По породе
бурении по углю, t/ч				до 2,5
Диаметр скважины, мм	100; 130	390; 500; 850	250; 400; 600; 800	190; 1000
Глубина бурения, м		До 150		До 100
Угол наклона скважины	0—90	0—90	45—90	40-90
к горизонту, градус
Частота вращения буро-	80; 125	75; 123	30; 70
вой коронки, об/мин	205; 300
Скорость подачи, м/мин:
рабочая	0—2,0	0—1,3	0—3	0—0,7
маневровая	0-9,0	0-5,5	0—6,5	0-2,2
Максимальное усилие по-		ПО
дачи, кН
Рабочее давление в гид-		До 10		2,5
росистеме, МПа
Масса установки (без бу-	—	1,0	4,5	4,5
рового инструмента), т				(снаряда)

§ 2. Буровой станок Б100-200

Станок Б100-200 предназначен для бурения по углю и не­крепким породам дегазационных, увлажнительных, водоспускных, вентиляционных и другого назначения скважин диаметром 100, 130 мм, глубиной до 200 м в пологих пластах и до 150 м в крутых из подготовительных выработок в любом направлении, с дистан­ционным управлением и автоматическим наращиванием бурового става. Станок изготовляется в двух исполнениях: с электрическим приводом — Б100-200Э и пневматическим — Б100-200П.

Буровой станок Б100-200 (рис. 6.1) состоит из бурильной ма­шины вращательного действия БСА; питателя для автоматиче­ского наращивания буровых штанг; маслостанции; аппаратуры АНС9, обеспечивающей автоматическое управление процессом наращивания бурового става с автоматической стабилизацией тока двигателя вращателя и защиты его от опрокидывания при технологических перегрузках; бурового инструмента; промы­вочного насоса; пусковой электроаппаратуры и станции управ­ления САУБ.

Бурильная машина БСА состоит из четырех механизмов — установочного /, вращательного //, подачи /// и подхвата IV, Установочный механизм имеет платформу 1, основную и под­вижную стойки 2 с гидроцилиндрами распора. Станок можно

 

 

поднимать относительно почвы выработки гидроцилиндрами подъ­ема, а с помощью червячного механизма осуществлять его поворот в вертикальной плоскости на 360⁹ и горизонтальной на 180⁹.

Вращательный механизм включает электродвигатель или пнев-момотор 3, редуктор 4 и вращатель 5 с патроном 6. Механизм подачи станка состоит из направляющей рамы 7 и двух гидро­домкратов 8, которые штоками крепятся к гидроподхвату IV, а цилиндрами — к вращателю 5. Гидроподхват/Сможет переме­щаться по направляющим. При работе станка гидроподхват кре­пится неподвижно двумя винтовыми стопорами.

На рис. 6.2 показана кинематическая схема вращательного механизма бурового станка Б100-200. Вращение от электродвига­теля или пневмомотора М передается через зубчатую муфту / и редуктор на зубчатую муфту 7, шлицевый ходовой вал 12, на шестерни 8 — 9 вращателя, патрон 10 и буровой став. Буровой став может иметь четыре частоты вращения, что достигается различной комбинацией зацепления блока шестерен 3 с шестернями 2 и 4 и шестерен 5 и 11 с блоком 6. Маслостанция буровой установки состоит из электродвигателя, редуктора, двух насосов, масло­бака, блока фильтров, аппаратуры регулирования и управле­ния.

От одного насоса питается гидросистема, которая включается в режиме бурения (бурение и медленный отвод назад вращателя); от другого насоса — гидросистема, которая предназначается для осуществления маневровых перемещений вращателя с большой скоростью. Изменение скорости подачи бурового става на забой производится в гидросистеме регулятором потока в пределах

от 0,05 до 2 м/мнн. Скорость подачи вращателя назад регулиру­ется в пределах 0,036—9 м/мин.

Реле давления выдает электрический (или пневматический) сигнал в систему автоматики о наличии или отсутствии давления в поршневой полости гидродомкрата подхвата. Таким образом поступает информация об удержании или освобождении буровой штанги в подхвате.

Буровой станок в работу включается с выносного пульта уп­равления. Включение пускателя происходит после подачи преду­предительного звукового сигнала акустическими излучателями, расположенными возле станка. Предусмотрен регулятор скорости подачи, автоматически изменяющий скорость подачи- бурового става в зависимости от нагрузки на привод вращателя. Станок Б100-200 должен заменить станки БИП-2, СБГ-1Л1.

•I

§ 3, Буровой станок БГА-4

Станок БГА-4 предназначен для бурения скважин по углю диаметром 390 и 500 мм с последующим разбуриванием обрат­ным ходом до 850 мм, длиной при наклоне скважины 0—45^Q до 80 м (при применении шнековых бурильных штанг) и при наклоне 45—90° до 150 м.

Буровой станок БГА-4 (рис. 6.3) состоит из бурильной машгкы, маслостанции с пультом управления для питания гндроцнлннлров подачи, насосной установки для пылеподавленик путем подачи

Рис. 6.3. Буровой станок БГА-4

воды под давлением к забою скважины через полый буровой став, бурового инструмента. Машина смонтирована на опорной раме 3, в цапфах которой установлен редуктор 1 с электродвигателем 2 мощностью 17 кВт, направляющими параллелями 4, предохрани­тельным кожухом 5 и ручным подхватом 6 для удержания бурового става в момент монтажа или демонтажа буровой штанги. Станок включает в себя также два гидродомкрата подачи 9, траверсу 8 и буровой замок 7, который соединен с выдвижным шлицевым валом, передающим вращение от шлицевой втулки редуктора. При помощи червячного устройства 10 станок может быть повернут на своих цапфах в вертикальной плоскости на угол от 0 до 90° и установлен для бурения скважины под необходимым углом наклона.

Особенностью машины является наличие двух независимых приводов — вращение бурового инструмента производится через двухскоростной редуктор электродвигателем, а подача инстру­мента — двумя гндроцилиндрами, что позволяет выбирать опти­мальный режим бурения.

Управление станком — изменение направления вращения бу­рового инструмента и направления его подачи — осуществляется дистанционно с электро-и гидропультов управле­ния, расположенных на маслостанции. Скорость по­дачи бурового инструмента на забой изменяется авто­матически, в зависимости от сопротивляемости угля разрушению, и осуществ­ляется с помощью станции управления.

Гидрокинематическая схема бурового станка БГА-4 (рис. 6.4) преду­сматривает передачу вра­щения от электродвигателя Mi буровому инструменту через двухскоростной ре­дуктор посредством ци­линдрических зубчатых пар 1—2, 3—4, 5—6 или 7— 8 и зубчатой муфты 9. От муфты вращение пере­дается шлицевой втулке, которая через шлицевой вал (шпиндель) соединяет­ся с корпусом бурового замка 10. Замок служит для присоединения буро­
вого става. Таким образом

 

достигаются две частоты вращения бурового става — 75 и 123 об/мин.

Замок связан траверсой 11 со штоками двух гидродомкратов подачи 15 и 17 так, что может совершать одновременно вращатель­ное и поступательное (вдоль оси) движения. Масло под давле­нием от маслостанции поступает в полости этих гидродомкратов через систему маслоприводов 12, 13 или 14, 16. Электродвига­тель 18 мощностью 3 кВт через редуктор 19 приводит в действие два шестеренных насоса 20 и 21 общей подачей 35 л/мин. Из маслобака 22 масло подается насосами в гидросистему.

При бурении скважины став перемещается вверх с рабочей скоростью от 0 до 1,3 м/мин. При этом масло от основ­ного насоса 20 через обратный клапан 23 и золотник управления 28 поступает в поршневые полости обоих гидродомкратов подачи 15 и 17. Рабочее давление при этом (около 10 МПа) регулируется предохранительным клапаном 24. Масло из штоковых полостей гидр о цилиндров сливается через дроссель 25, которым регули­руется скорость подачи бурового става. Управление дросселем осуществляется приводом дросселя, который связан со станцией управления САУБ-У5. При бурении второй насос 21 через от­крытый золотник 27 сливает рабочую жидкость в маслобак.

Обратный клапан 26 при этом закрывает слив масла от ндсо-са 20.

При разбуривании скважины (рабочая по-дача вниз со скоростью от 0 до 1,1 м/мин) золотником управ­ления 28 изменяется направление потока масла в гидросистеме. Масло подается в штоковые (верхние) полости гидродомкратов, а сливается из поршневых (нижних).

При маневровой скорости перемещения бу­рового етава вверх (от 0 до 2,8 м/мин) или вниз (от 0 до 4,1 м/мин) оба насоса подают масло в гидросистему через золот­ник 28 в верхние или нижние полости гидродомкратов. Масло при этом сливается в маслобак через золотник 28, минуя дроссель.

§ 4. Буровой станок Б68КП

Станок Б68КП предназначен для бурения восстающих скважин (вентиляционных, водоспускных, разрезных и др.) по углю на крутых пластах мощностью 0,35 м и более, диаметром 300, 400 мм и при разбуривании обратным ходом — диаметром 600, 800 мм на длину до 160 м.

Станок Б68КП включает: буровую машину (рис. 6.5); насосную станцию с регулируемым реверсивным насосом подачей 50 л/мин для питания рабочей жидкостью гидродомкратов гидравлической системы; установочные механизмы, обеспечивающие подъем ма­шины на необходимую высоту, наклон оси бурения и закрепление

 

машины в выработке посредством гидроцилиндров распора; пульты управления, обеспечивающие дистанционное управление машиной с расстояния до 20 м; буровой инструмент; ороситель­ную систему для подачи воды под давлением к форсункам, уста­новленным около устья скважины, или непосредственно в забой скважины через полый буровой став.

На раме / машины крепятся двигатель 2 мощностью 36 кВт, два гидроцилиндра подачи, вращатель 3, захват 4 и кронштейн 5 для соединения машины с установочным механизмом 6. От двига­теля через редуктор крутящий момент передается вращателю, а от него через ходовой вал — патрону с буровым ставом. Одно­временно буровой став может перемещаться вдоль оси посредством двух гидроцилиндров подачи.

Захват предназначен для удержания бурового става, находя­щегося в скважине, и стопорения буровых штанг в момент их механического развинчивания. Люнет захвата обеспечивает точ­ное забуривание и предотвращает увод бурового става, а также обеспечивает его центрирование при извлечении из скважины. Механизм захвата с гидравлическим приводом дает возможность управлять свинчиванием и развинчиванием буровых штанг ди­станционно. Длина штанги 1250 мм, диаметр 140 мм, масса 60 кг.

Установочный механизм включает платформу 7, которая служит основанием для всей машины, а также для крепления опорной рамы и гидроцилиндра 8 качания. Гидроцилиндр 8 обе­спечивает установку буровой машины в вертикальной плоскости на требуемый угол наклона (45—90°), распорные гидроцилиндры — закрепление машины в выработке.

Кинематическая схема станка Б68КП (рис. 6.6) предусматри­вает передачу вращения от электродвигателя или пневмомотора М через пятиступенчатый двухскоростной редуктор 1—14 — вы­ходному валу / редуктора. Переключение частот вращения дости­гается включением в зацепление полумуфты 10 или 9. Выходной вал / редуктора через зубчатую муфту 15 передает вращение шли-цевому валу // и далее через шестерни 16 и 17 шпинделю Ш, а вместе с ним и буровому ставу с частотой 30 или 70 об/мин (пневматический вариант) и 50 или 100 об/мин (электрический вариант).

Одновременно посредством гидроцилиндров подачи Г_х и Г_г буровому ставу может быть сообщено перемещение вдоль оси вперед (со скоростью от 0,2 до 2,5 м/мин), назад (0—2 м/мин) и маневровое (0—6 м/мин). При этом усилие подачи составляет: вперед —200 кН, назад — 300 кН, маневровое — 90 кН. Бла­годаря значительным усилиям подачи и наличию двух частот вращения бурового става последний в случае зажатия углем в скважине удается освобождать вращением на замедленной пер­вой скорости.

Буровой инструмент станков (рис. 6.7) состоит из длинного или короткого забурника / диаметром обычно 100—130 мм для

выбуривания опережающей скважины и коронки-расширителя 2 для расширения^ скважины до определенного диаметра (300— 500 мм). Буровой став состоит из глалких полых штанг 5 (длиной 0,6—1,2 м), соединяемых по концам при помощи внутренней резьбы, и направляющих фонарей 4, устанавливаемых через че­тыре—восемь штанг. Скважины на крутых угольных пластах бурят преимущественно снизу вверх с выдачей угольного штыба самотеком. При бурении скважин с углом наклона менее 45° применяют шнековые штанги 6 с соединениями 7 с промывкой скважин водой или продувкой их воздухом, а также комбинации этих способов. В комплект бурового инструмента входит расши­ритель обратного хода 3, позволяющий расширять диаметр сква­жины до 0,9—1,1 м. Обратный ход предпочтительнее, так как буровой став работает в растянутом состоянии. Применение специальных расширителей и машин позволяет еще более увели­чивать сечение скважины [26].

§ 5. Гезенконроходческая буровая машина «Стрела-77»

Машина «Стрела-77» предназначена для проведения ввестаю-щих выработок под углом наклона 40—90°, круглого сечения (скважин), диаметром 1 м и длиной до 100 м по породам с ко­эффициентом крепости до 10 на шахтах любой категории по газу. Пройденные выработки могут быть использованы в качестве ска­тов, гезенков для спуска угля и породы, перемещения людей, доставки материалов, вентиляции и других целей. Машина изго­товляется с пневмо- или электроприводом; управляется она ди-

 

 

станционно с расстояния до 20 м от места проведения выработки. Машина «Стрела-77» также обеспечивает бурение направляющего пилота — скважины диаметром 190 мм, с последующим ее раз-буриванием до 1 м.

Машина «Стрела-77» (рис. 6.8) состоит из бурового снаряда-вращателя 2, невращающегося бурового става 3, механизма по­дачи 4, механизма поворота, маслостанции 9, пневмо- или электро­аппаратуры 10, тележки, оросительной системы.

Снаряд-вращатель 2 предназначен для разрушения породы; он состоит из пневмомотора или электродвигателя мощностью 35 кВт, передающего крутящий моиекг исполнительному органу через плоский планетарный редуктор. Исполнительный орган выполнен в виде водила с тремя долотами, на каждом из которых закреплено по три шарошки со съемными зубчатыми венцами. По оси исполнительного органа расположено еще одно долото 1 с тремя шарошками для разрушения породы в центральной части забоя при проведении пилот-скважины диаметром 190 мм.

Нобращающийся буровой став 3 подачи состоит из штанг дли­ной по 600 мм, переходника и долота; на каждой пятой штанге смонтированы направляющие фонари 7. Буровой став предназна­чен для перемещения снаряда-вращателя на длину проводимой выработки и для передачи на него осевых усилий от механизма подачи.

Механизм подачи предназначен для установки буровой машины со снарядом-вращателем на требуемый угол наклона проводимой выработки и для подачи на забой снаряда-вращателя через бу­ровой став. Базовой конструкцией механизма подачи является жесткой, разборной конструкции направляющая рама 6, на ко­торой смонтированы все узлы механизма подачи. Внутри рамы установлен в начальном положении снаряд-вращатель. В направ­ляющих рамы передвигается каретка при помощи двух гидро­домкратов. Своей нижней частью рама опирается посредством роликов на секционный монорельс с башмаками, уложенными на почве выработки. Под рамой расположены два гидродомкрата 5, которыми машина устанавливается под определенным углом на­клона (в пределах 45—90°); двумя верхними гидродомкратами 8 рама неподвижно распирается в выработке.

Механизм поворота расположен в задней части каретки, он имеет гидроцилиндр, который удерживает став подачи от вращения и воспринимает реактивный крутящий момент при работе испол­нительного органа. Кроме того, механизм поворота используется для регулировки при постановке и съеме буровых штанг. Став подачи и снаряд-вращатель при наращивании и съеме буровых штанг удерживаются гидравлическим захватом, расположенным в верхней части рамы.

Маслостанция предназначена для питания гидроцилиндров подачи, поворота, захвата става, подачи и распора. На ней уста­новлен также регулятор нагрузки для автоматизированного управ­ления проведением выработки. Маслостанция выполнена в виде

 

 

 

 

 

отдельного блока и соединена с механизмом подачи гибкими вы­соконапорными рукавами.

Оросительная система предусматривает подачу воды под дав­лением от насосной установки в штреке через фильтр по гибкому рукаву в выработку для охлаждения электродвигателя и к фор­сункам подавления пыли.

Для проветривания проводимой выработки к буровому ставу на первом фонаре, крепится вентиляционный став, к третьему фонарю—датчик метан-реле АМТ-ЗТ13.

Буровая машина «Стрела-77» представляет собой вариант модернизированной машины «Стрела-68», что повышает ее надеж­ность и улучшает показатели работы. Кинематическая схема машина не подверглась принципиальным изменениям и описана в предыдущем издании учебника [26].

§ 6. Эксплуатация буровых станков

Перед началом работы необходимо проверить общее состоя­ние места работы машины, надежность заземления, исправность пылеподавляющего устройства, наличие местного освещения. На время осмотра, смазки для предотвращения включения дви­гателей на станции управления должна быть установлена табли­чка — «Не включать! Работа на линии».

Затем бурильная машина устанавливается в выработке или в нише под заданным углом наклона, надежно закрепляется рас­порными домкратами и опробывается вхолостую.

Забуривание производят с устья скважины на глубину до 1 м с минимальной нагрузкой во избежание искривления сква­жины. Далее ведут бурение обычным способом на длину направ­ляющей трубы, которую затем закрепляют в устье скважины. Режим бурения характеризуется осевой нагрузкой на инструмент, частотой его вращения, а при бурении с промывкой — количест­вом подаваемой воды. Режимные параметры зависят от типа при­меняемого станка. Использование пневмомотора позволяет плавно изменять частоту вращения инструмента, доводя ее до максималь­ной при нормальной работе. Необходимо также следить за ско­ростью подачи инструмента, чтобы обеспечить своевременную очистку скважины от угольного штыба. Для контроля осевой нагрузки некоторые буровые станки оснащены соответствующими указателями. Станки БИП-2 снабжены сигнальной лампой, за­горание которой свидетельствует о перегрузке двигателя. Дав­ление в маслосистеме гидравлики станков, а также в линиях на­гнетания воды контролируется манометрами. По мере углубления скважины можно увеличивать скорость подачи и осевое усилие, выбирая при этом оптимальный режим бурения, не допуская пере­грузки двигателя станка и заштыбовки бурового инструмента. Заштыбовка ликвидируется вращением инструмента с подачей вверх—вниз.

При бурении угольный щтыб из скважины отводится по на­правляющему лотку в вагонетку. К устью скважины подводятся

 

форсунки- для создания еоло-Еозд5и.т,й завесы и пылеподавле-ния.

Бурение и разбуривание скважин ведутся участками на длину одной штанги. Затем машину останавливают и наращивают оче­редную штангу. Буровой инструмент отсоединяют от шпинделя и удерживают в скважине с помощью подхвата, имеющегося на машине. Шпиндель опускают вниз и в промежуток между ним и последней штангой, находящейся в скважине, вставляют очеред­ную штангу. Вследствие такого периодического характера бу­рения машинное время составляет лишь 25—30 % общего вре­мени. Увеличение машинного времени, а следовательно,и произво­дительности бурения является важной задачей.

Резьбовые части штанг и фонарей перед установкой в буровой замок должны быть тщательно очищены от штыба и смазаны. Запрещается очищать шпиндель и замок руками при работающем станке.

Для соблюдения прямолинейности скважины необходимо: производить бурение исправным инструментом; следить за ка­чественной заточкой резцов; ставить вслед за коронкой опорный фонарь и затем равномерно устанавливать их вдоль става; пра­вильно устанавливать и надежно закреплять машину. Разность диаметров коронки и опорного фонаря при армировании резцов пластинками твердого сплава не должна превышать 3—4 мм.

В случае обрыва бурового инструмента или его зависания в скважине работа должна производиться g соблюдением особых мер предосторожности. Во избежание несчастных случаев при внезапном обрыве става не следует находиться против устья сква­жины.

Чтобы исключить зажим бурового става в скважине, не следует прерывать бурения. При бурении скважин в пластах, опасных по внезапным выбросам угля и газа, применяют специальные меры предосторожности.

Нельзя применять для бурения поврежденные штанги, а также изношенный буровой инструмент. Необходимо следить за исправ­ностью маслопроводов и рукавов для подачи сжатого воздуха; своевременно производить смазку машины, профилактический ос­мотр и ремонт оборудования согласно установленному на шахте графику.

 

Раздел второй

ВЫЕМОЧНЫЕ МАШИНЫ ДЛЯ ДЛИННЫХ ОЧИСТНЫХ ЗАБОЕВ

Глава 7