Станки вращательного бурения с режущим инструментом

Станки вращательного бурения с режущим инструментом

Общие сведения, принцип действия, основные механизмы

Станки вращательного бурения получили широкое применение на карьерах. Принцип действия станка вращательного бурения с режущим инструментом состоит в том, что буровое долото, которому от бурового става передается крутящий момент и осевое усилие подачи, своими режущими кромками производит непрерывное скалывание породы на забое. Продукты разрушения выдаются с забоя к устью скважины шнековой штангой, работающей как винтовой конвейер. Ввиду непрерывности скалывания породы режущей кромкой бурового долота станки вращательного бурения с режущим инструментом обеспечивают высокую производительность. Станками вращательного бурения с режущим инструментом на карьерах обуривают около 20 % взрываемой горной массы. Перспективность вращательного бурения обуславливается большими объемами пород с коэффициентом крепости до 7 по шкале , при бурении которых режущие долота имеют наиболее высокие технико-экономические показатели. Объем взрываемой горной массы с коэффициентом крепости до 6 в основных горнодобывающих отраслях составляет до 30 %, а в угольной промышленности до 75 %. Однако развитие вращательного бурения сдерживается из-за недостаточной стойкости режущего инструмента и ввиду отсутствия режущего инструмента, работающего в сочетании с продувкой скважины воздухом.

Работы по созданию станков вращательного бурения в России и других странах начались в 40-х годах, когда получил ускоренное развитие открытый способ добычи полезных ископаемых, особенно на угольных месторождениях. Первые опытные образцы станков и приспособлений для вращательного бурения были созданы на угольных разрезах Урала. В 1947 г. начат выпуск простейших станков ПБС-110 для бурения по углю и мягким породам скважин диаметром 110-125 мм на глубину до 25 м. Станок не имел механизма передвижения и снабжался ручной лебедкой для подъема бурового става. В 1952 г. на базе ПБС-110 был создан самоходный станок БС-110/25, имеющий механическую лебедку для подъема бурового става. С 1960 г. начат выпуск усовершенствованного варианта станка БСН, а после модернизации - 1СБР-125. В 1953 г. был спроектирован и начато изготовление станка СВБ-2, который после доработки длительное время выпускался под маркой СВБ-2 М. Простота конструкции и надежность работы обеспечила ему широкое распространение и продолжительный период изготовления. С 1980 г. Карпинский машиностроительный завод начал выпуск станков СБР-160 (табл. 1.1.).

Конструкция станка СБР-160 постоянно совершенствуется. Так, в станке СБР-160А-24 предусмотрен компрессор для шнеко-пневматического удаления буровой мелочи из скважины, а в станке СБР-160Б-32 (рис. 1.1.), который представляет собой модернизированный станок СБР-160-24, в целях повышения технического уровня и надежности работы улучшены узлы, в том числе ходовой части. В 1990 г. прошел испытания станок 2СБР-160-24 и по их результатам рекомендован для серийного изготовления. В отличие от предшествующих моделей, в этом станке подача бурового става на забой, создание осевого усилия и спуско-подъемные операции осуществляются канатно-гидравлическим механизмом подачи.

  Таблица 1.1.

Техническая характеристика станков вращательного бурения

Показатели	Станки режущего типа	Станки комбинированные
СБР-160А-24	СБР 160Б-32	2СБР-160-24	2СБР-125-30	БТС-150	СБШК-200
1	2	3	4	5	6	7
Условный диаметр скважины, мм	160	160	160	115,125	160	190,216
Глубина бурения, м	24	32	24	30	23	50

Продолжение таблицы 1.1

1	2	3	4	5	6	7
Угол бурения скважины к вертикали, град	0,15,30	0,15,30	0,15,30	0,15,30	До 30	0,15,30
Усилие подачи, кН	65	80	70	До 40	До 108	До19б,2
Частота вращения бурового става, с-1	1,7;2,3; 3,3	1,7;2,3; 3,3	0,67;0,81 1,33;1,47 2,0;2,14	0-4,2	1,8-3,3	0,05-3,0
Номинальный крутящий  момент на буровом ставе, Нм	1200	3200	3200	1800	1500	7500
Скорость передвижения станка, км/ч	0,9	0,9	1,0	До 1,5	2,36	0,8
Угол, преодолеваемый станком, град	15	15	15	До 15	20	12
Длина штанги, м	8,39	8,39	8,39	4,2	2,01	12,0
Масса станка, т	25	32	18	12	20	48,2

Для повышения производительности при бурении в сложноструктурных породах с коэффициентом крепости от 2 до 12 различными способами (режущий, шарошечный, пневмоударный) разработаны станки комбинированного бурения, рассчитанные на шнеко-пневмотический и пневматический способы удаления буровой мелочи из скважины. Карпинским машиностроительным заводом освоен выпуск комбинированного станка 2СБР-125-30, который может производить бурение по углю и породам с коэффициентом крепости менее 6 режущим инструментом со шнековым или шнеко-пневматическим способом удаления буровой мелочи, менее 10 - шарошечным инструментом с пневматическим удалением, менее 8 - режуще-ударным инструментом с продувкой воздухом. На станке 2 СБР-125-30 используется вращательно-подающий механизм шпиндельного типа с цепной подачей.

Разработана конструкция и освоено изготовление комбинированного станка БТС-150 для бурения вертикальных и наклонных скважин в породах крепостью до 12 (рис. 1.2), Станок осуществляет бурение режущими долотами со шнековой очисткой или шарошечными долотами с продувкой сжатым воздухом с передвижной компрессорной установкой Применение этот станок получил в сложных горногеологических условиях и при удаленности участков от линий электрификации. Привод основных механизмов станка БТС-150 производится от дизельного двигателя.

Рис 1.2. Буровой станок. БТС-150

1 – ходовая часть, 2 – передний, опорный гидродомкрат, 3 – буровая мачта, 4 – кассетирующий механизм, 5 – выносной пульт,

6 – пылеулавливающая установка, 7 – задние опорные гидродомкраты, 8 – буровой инструмент

Специальное конструкторское бюро института горного дела им. и институт открытых горных работ разработали станок комбинированного бурения СБШК-200 (рис.1.3). Опытные образцы этого станка прошли промышленные испытания на угольных разрезах Восточной Сибири. Этот станок предназначен для бурения глубоких взрывных скважин диаметром 190,5 и 215,9 мм режущим, шарошечным и комбинированным режуще-шарошечным инструментом, станок оснащен двумя комплектами буровых штанг, размещенных в различных кассетах. Витые штанги предназначены для бурения со шнековой или шнеко-пневматической очисткой скважины, а гладкие штанги используются для бурения с воздушной очисткой. Для приводов гусеничного хода, вращателя и лебедки подъема бурового става на станке применен объемный гидропривод с высокомоментными гидродвигателями. Крутящий момент на буровой став и барабан лебедки передается от безредукторных приводов вращателя и лебедки.

Рис 1.3. Станок комбинированного бурения СБШК-200-50

Несмотря на разнообразие конструкций станки вращательного бурения с режущим инструментом состоят из следующих основных узлов; ходовой базы, мачты для размещения бурового снаряда и направления подачи буровых штанг при бурении скважины, механизма подъема и опускания мачты, вращателя бурового става, механизмов наращивания и подъема бурового става, выравнивания станка перед бурением, подачи бурового става на забой. Кроме того, станок вращательного бурения может снабжаться компрессорной установкой и устройством для улавливания и сбора продуктов разрушения в случае использования шнеко-пневматической очистки скважины от буровой мелочи.