Машины для бурения

ТЕМА 12. История РАЗВИТИЯ ГОРНЫХ МАШИН И ОБОРУДОВАНИЯ

ТЕСТЫ САМОКОНТРОЛЯ № 11

1. Закончите определение. Тепловым двигателем называется устройство,…. способное превращать полученное количество теплоты в механическую работу.

2. Выберите правильный ответ. Первый промышленный двигатель внутреннего сгорания построен…

а) в 1801 г. французским инженером Лебон Ф;

б) в 1860 г. французским инженером Ленуаром Ж;

в) в 1876 г. немецким инженером Отто.

3. Выберите правильный ответ. Основоположником автомобилестроения в России является:

а) Яковлев;

б) Фрезе;

в) Потворский.

4. Укажите. Специализация карьерных автосамосвалов к конкретным горнотехническим условиям эксплуатации заключается в следующем:

а) оснащение автосамосвалов сменными кузовами различной вместимости;

б) установка двигателей различной мощности;

в) применение усиленных тормозных систем.

Изучив данную тему, вы будете иметь представление:

- о горных машинах и оборудовании, применяемых при разработке месторождений полезных ископаемых;

знать:

- историю развития горных машин;

уметь:

- ориентироваться в большом многообразии горных машин и оборудования.

Современное горное предприятие представляет собой сложное производство, включающее подземную и открытую разработки, с соответствующими комплексами машин и технических средств для ведения горных работ. Технический прогресс определяется энерговооруженностью, поэтому создание прогрессивных технологических схем разработки полезных ископаемых и средств механизации их выемки является одной из актуальнейших задач горного производства. В настоящее время создано и находит применение большое количество горных машин и оборудования, выполняющих различные функции. Это объясняется и большим разнообразием горно-геологических условий, развитием науки и постоянным совершенствованием техники и технологии, которые обязательно учитываются при конструировании и применении машин. По назначению машины, используемые и на открытых, и на подземных разработках, делятся на две большие группы – это машины для бурения и машины для экскавации и погрузки горных пород.

Бурение – процесс сооружения горной выработки цилиндрической формы – скважины, шпура или шахтного ствола – путём разрушения горных пород на забое. Область применения бурения многогранна: поиски и разведка полезных ископаемых, изучение свойств горных пород, добыча жидких, газообразных и твердых (при выщелачивании и выплавлении) полезных ископаемых через эксплуатационные скважины, производство взрывных работ, выемка твердых полезных ископаемых, искусственное закрепление горных пород (замораживание, битумизация, цементация и др.), осушение обводнённых месторождений полезных ископаемых и заболоченных районов, вскрытие месторождений, прокладка подземных коммуникаций: сооружение свайных фундаментов и др. Ежегодные объемы бурения огромны, только в нашей стране на нефть и газ пробуривается около 20 млн. м глубоких скважин, из которых 8 млн. м – разведочные.

Бурение развивалось и специализировалось применительно к трем основным областям техники: наиболее глубокие скважины (несколько км) бурятся на нефть и газ, менее глубокие (сотни м) для поисков и разведки твердых полезных ископаемых, скважины и шпуры глубиной от нескольких до десятков метров бурят для размещения зарядов взрывчатых веществ (главным образом в горном деле и строительстве). В Китае свыше 2 тыс. лет назад впервые в мировой практике вручную бурились скважины (диаметром 12–15 см и глубиной до 900 м) для добычи соляных растворов. Буровой инструмент (долото и бамбуковые штанги) опускался в скважину на канатах толщиной 1–4 см, свитых из индийского тростника. Бурение первых скважин в России относится к IX в. и связано с добычей растворов поваренной соли (Старая Русса). Затем соляные промыслы развиваются в Балахне (XII в.), в Соликамске (XVI в.). На русских соляных промыслах издавна применялось ударное штанговое бурение. Во избежание ржавления буровые штанги делали деревянными, стенки скважин закрепляли деревянными трубами. Первый буровой колодец, закрепленный трубами, был пробурен на воду в 1126 г. в провинции Артуа (Франция), отсюда глубокие колодцы с напорной водой получили название артезианских.

Развитие методов и техники бурения в России начинается с XIX в. в связи с необходимостью снабжения крупных городов питьевой водой. В 1831 г. в Одессе было образовано «Общество артезианских фонтанов» и пробурены четыре скважины глубиной от 36 до 189 м. В 1831–32 гг. бурили скважины в Петербурге (на Выборгской стороне); в 1833 – в Царском Селе, в Симферополе и Керчи; в 1834 – в Тамбове, Казани и Евпатории; в 1836 – в Астрахани. В 1844 г. была заложена первая буровая скважина для артезианской воды в Киеве. В Москве первая артезианская скважина глубиной 458 м пробурена на Яузском бульваре в 1876 г.

Технические усовершенствования бурения в XIX в. открываются предложением немецкого инженера Эйгаузена (1834) применять так называемые ножницы (сдвигавшаяся пара звеньев при штанговом бурении). Идея сбрасывать соединенное со штангами долото привела к изобретению во Франции Киндом (1844) и Фабианом (1849) свободно падающего бурового инструмента («фрейфала»). Этот способ получил название «немецкий».

Буровой станок – это машина, установленная на самоходной платформе или передвижной раме, используемая для бурения вертикальных и наклонных скважин.

Буровые станки для открытых горных работ. В начале XX века на карьерах США впервые применены ударно-канатные буровые станки. В СССР этот метод бурения применялся в 30–60-е годы XX века и являлся основным в породах выше средней крепости для скважин диаметром 150-300 мм. В 1939 году в СССР осваивается вращательное бурение скважин резцами с удалением буровой мелочи шнеками. В 1943 г. на Богословских угольных разрезах (Урал) испытан первый шнековый станок на гусеничном ходу. В 1947 г. в США испытан на карьере станок для бурения взрывных скважин шарошечными долотами. В СССР работы по шарошечному бурению начаты с 1956 г. В 60-е годы созданы отечественные серийные шарошечные станки для бурения вертикальных и наклонных скважин диаметром 214–320 мм и глубиной до 30 м. Производительность таких станков составляет до 70 м в смену. Эти станки стали наиболее эффективными и экономичными для бурения крепких пород.

С 1958 года предложен комбинированный ударно-шарошечный буровой инструмент, использование которого возможно на станках вращательного бурения с пневматической продувкой скважин. В 1959 году начат выпуск станков огневого бурения для крепких кварцсодержащих пород. Разрушение породы происходит при этом за счет быстрого разогрева поверхности забоя газовыми струями, вылетающими из горелки с температурой 2000⁰ и скоростью 2000 м\с.

В настоящее время бурение скважин в карьерах производится буровыми станками 2СБШ-200, СБШ-250МН шарошечного бурения, СБО-1 и СБО-2 огневого бурения, «Урал-64» ударно-вращательного бурения.

Буровая техника для подземных горных работ. Эволюция развития буровой техники для подземных горных работ берет свое начало с бурильных молотков (перфораторов). В конце 30-х годов XX века на шахтах Кривого Рога внедрено многоперфораторное бурение глубоких скважин. В 1938 году А. К. Сидоренко предложено бурение погружными перфораторами, входящими в скважину вслед за продвигающимся забоем.

Создание машин для подземного бурения скважин взамен шпуров началось в начале 30-х годов XX века. Впервые тяжелые бурильные молотки были опробованы на подземных рудниках Апатитского комбината и в Кривом Роге. С середины 30-х годов внедряется метод штангового бурения взрывных скважин, который способствовал технической революции в разработке рудных месторождений большой мощности.

В 1935 г. А. А. Миняйло сконструировал станок для вращательного бурения резцами до 150 мм в мягких породах. А с 1949 года на подземных рудниках испытаны буровые станки с погружными пневмоударниками (вращение пневмоударника осуществлялось с поверхности через став буровых штанг). С 1950 г. в СССР на подземных рудниках Алтая разрабатываются и внедряются станки для бурения скважин шарошечными долотами, один из которых БШ-145 выпускается серийно. В 1954 г. Новосибирским институтом горного дела и кузнецким металлургическим комбинатом создан промышленный образец бурового станка БУ-100 – первой машины, в которой рабочим телом служит воздушно-водяная смесь. Эта машина стала основой для создания в СССР серии буровых машин для пневмоударного бурения скважин диаметром 85–100 мм и глубиной до 50 м (в том числе бурового полуавтомата НКР-100 в 1959 г.).

В 60-е годы XX века для подземного бурения скважин диаметром 60–70 мм разрабатываются вращательно-ударные буровые машины, устанавливаемые на буровых каретках, а также буровые станки с мощными бурильными молотками и независимым вращением инструмента. Современные бурильные молотки из-за чрезмерного уровня шума (до 120 дБ) и вибрации применяют только при их установке на буровые каретки. При проведении горизонтальных и наклонных подземных горных выработок для бурения шпуров и погрузки взорванной горной массы широко применяются буропогрузочные машины. Производительность бурильных машин с одним комплектом бурильного оборудования в породах с крепостью менее 6 составляет от 5 до 6 м³ в смену, темпы проведения выработки сечением 5,6 м² 300–400 м в месяц.

На шахтах широкое распространение получают высокопроизводительные системы разработки с отбойкой руды глубокими скважинами. Уже в 1965 г. бурение шпуров на рудниках черной и цветной металлургии было механизировано на 100 %, доставка руды при очистных работах – на 99,8 %, уборка руды и породы при горнопроходческих работах – на 85,4 %, подземная откатка – на 98,5 %.

В настоящее время на рудниках применяются буровые станки типа ИКР-100м, БМК-4 и другие, мощные скреперные лебедки, высокопроизводительные погрузочные машины ППН-2,ППН-3, ПНБ-ЗК. Внедрение передовой техники и технологии на шахтах обеспечивает значительный рост производительности труда. За счет внедрения новой высокопроизводительной техники резко увеличивается объем добычи руды и снижается ее себестоимость. Основным техническим направлением развития механизации и автоматизации в настоящее время на рудниках являются разработка и внедрение самоходного оборудования для бурения и погрузки руд, создание высокопроизводительных проходческих комбайнов и комплексов для проходки горных выработок в различных условиях.

Совершенствование бурильных машин осуществляется за счет увеличения параметров нагрузки на инструмент, механизации и автоматизации вспомогательных операций. Перспектива развития буровых станков связана с применением гидроударных бурильных машин, систем автоматического управления, гидропривод узлов, созданием станков роботов. Перспективно создание вибробуров и взрывного бурения. Ведутся работы по созданию аппаратов электрогидравлического, электроимпульсного и гидроимпульсного бурения. Большой интерес представляет механизированное бурение вертикальных горных выработок большого сечения – шахтных стволов.

Дата добавления: 2014-12-27