§ 52. БУРЕНИЕ ШПУРОВ (ч. 1)

Общие сведения. При проведении горизонтальных выработок бурение шпуров занимает 40—45%, а в особо твердых породах — до 75% времени проходческого цикла и наряду с уборкой породы является трудоемким процессом, механизация которого имеет решающее значение для повышения скоростей проходки.

Для бурения применяют бурильные машины ударно-поворотного, вращательного или вращательно-ударного действия.

При ударно-поворотном бурении поршень-боек, совершающий в цилиндре пневматического перфоратора возвратно-поступательное движение, наносит частые удары (до 3000 в минуту) по хвостовику рабочего инструмента — бура, прижимаемого к забою шпура осевым усилием до 200 кгс. При прямом ходе поршня коронка бура внедряется в породу, а при обратном ходе поворачивается на небольшой угол, скалывая породу на части сечения шпура.

Пневматические перфораторы просты, безопасны в обращении, создают на буровую коронку значительное удельное усилие, но при обратном ходе не внедряют инструмент в породу, обладают низким к.п.д. и требуют наличия компрессорной установки.

При вращательном бурении разрушение породы производится непрерывно резцом, прижатым к дну шпура. Электросверла имеют высокий к.п.д., обеспечивают значительную производительность бурения и не требуют создания компрессорного хозяйства, но применимы в малоабразивных породах, мягких передней крепости, так как в менее благоприятных условиях вызывают сильный износ резцов.

При вращательно-ударном бурении разрушение породы производится прижатой к дну шпура коронкой, внедряющейся в породу под действием большого статического осевого усилия (до 1,2 тс) и большого числа ударов (до 4000 в минуту), наносимых пневматическим ударным узлом машины. Машины этого типа весьма производительны в породах средней крепости, но сложны и имеют большую массу.

При ударно-поворотном бурении происходит наименьший износ буровых коронок, непосредственно разрушающих породу, при вращательном бурении — наибольший. Этим определяются границы наиболее рационального применения бурильных машин различных типов в зависимости от величины коэффициента крепости породы: вращательные — в малоабразивных породах при f ≤ 8, вращательно-ударные при f = 8÷16, ударно-поворотные при f = 6÷20.

Пневматические перфораторы. В зависимости от условий применения (способ установки и подачи, т.е. прижатия бура к дну шпура) пневматические перфораторы делят на ручные, телескопные и колонковые.

Ручные перфораторы, применяемые в средней крепости и крепких породах, поддерживаются в рабочем положении специальными приспособлениями-поддержками и подаются вперед усилием рабочего или давлением сжатого воздуха. Эти перфораторы делят на легкие (масса до 20 кг), средние (до 25 кг) и тяжелые (до 30 кг); они потребляют до 3,5 м3/мин сжатого воздуха.

Телескопные перфораторы составляют одно целое с цилиндрической стойкой, раздвигаемой давлением сжатого воздуха и обеспечивающей, таким образом, подачу вперед. Их применяют для бурения шпуров снизу вверх, при этом стойка перфоратора упирается в пол выработки.

Колонковые перфораторы являются наиболее тяжелыми и применяются в очень крепких породах. Их подача осуществляется перемещением на специальных салазках механическими и пневматическими устройствами (автоподатчиками). Масса колонкового перфоратора (вместе с салазками) достигает 75—100 кг, а расход сжатого воздуха составляет 3—5 м3/мин.

Производительность бурения находится в зависимости от массы перфоратора и давления сжатого воздуха и возрастает с их увеличением. Поэтому в трудно буримых породах, а также для бурения глубоких шпуров, имеющих увеличенный диаметр, целесообразно применять тяжелые перфораторы, имеющие большую производительность.

Давление воздуха должно быть не менее 6 кгс/см2. Чрезмерное повышение давления сжатого воздуха (до 8 ат) нецелесообразно, так как ведет к усиленному износу бурового оборудования.

Перфоратор выбирают в зависимости от твердости породы, глубины и диаметра шпуров, размеров выработки и способа ее проходки. Ручные перфораторы требуют меньших затрат времени на перестановку и позволяют производить частичное обуривание забоя до полной уборки породы, т.е. совмещение двух важных проходческих операций.

Колонковые перфораторы обладают большей производительностью, чем ручные, и обеспечивают более точное расположение шпуров, что особенно важно при обуривании прямых врубов. Их применение обязательно в очень твердых породах, при бурении глубоких (более 3 м) шпуров и шпуров большого диаметра (более 50 мм). Особенно целесообразны колонковые перфораторы при применении буровых рам и подмостей, облегчающих их перестановку в забое. Бурение колонковыми перфораторами, смонтированными на различных поддерживающих устройствах, требует, как правило, завершения работ по уборке породы, т.е. предварительной очистки забоя.

В последние годы широкое распространение получили ручные высокочастотные перфораторы (дающие до 3500 ударов в минуту), обладающие повышенной производительностью. Увеличение частоты ударов бойка достигается за счет уменьшения хода поршня при одновременном увеличении силы удара вследствие большего диаметра поршня. Применение высокочастотных перфораторов обеспечивает повышение скорости бурения в 2—3 раза при условии создания достаточного усилия подачи. Благодаря небольшой массе (до 25 кг) для их поддержки во время бурения не требуется сложное оборудование и создается возможность их удобного маневренного использования.

Легкие и средние ручные перфораторы обычно применяют в легкобуримых породах. В труднобуримых породах VIII и более высоких категорий следует применять ручные высокочастотные тяжелые и колонковые перфораторы.

При подборе бурового оборудования необходимо иметь в виду, что отдача и вибрация бурильных машин вредно влияют на организм человека и в неблагоприятных условиях могут вызвать так называемую вибрационную болезнь. Особенно интенсивно воздействие вибрации при применении высокочастотных перфораторов. Поэтому даже легкие перфораторы этого типа следует обязательно устанавливать на поддержках.