Подъемно-транспортные, строительные и дорожные машины и оборудование - часть 14

Глава 6. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОБЫЧИ И ПЕРЕРАБОТКИ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ

6.1. ВИДЫ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ И МЕТОДЫ ИХ РАЗРУШЕНИЯ

Каменные материалы используются в транспортном строительстве в виде гравия и щебня, добываемого разработкой

естественных   залежей   и   разрушением   скальных   монолитов   из   изверженных,  осадочных   и   видоизмененных   пород.
Независимо от способа добычи каменный материал в дальнейшем обязательно проходит стадию измельчения и от
его   прочностных   свойств   зависит   выбор   способа   разрушения.   Для   сравнительной   оценки   горных   пород   по
прочности в нашей стране широко используется шкала  М. М. Протодьяконова (табл. 6.1), в соответствии с которой
прочность   породы   оценивается   коэффициентом   крепости   -   безразмерной   величиной,   равной   одной   десятой
временного сопротивления породы сжатию, измеренного в МПа.

Таблица 6.1 Классификация крепости пород по М. М. Протодьяконову

Категория породы 

Степень крепости 

Коэффициент крепости 

I 

В высшей степени крепкие 

20 

II 

Очень крепкие 

15 

III 

Крепкие 

10 

Ш-а 

8 

IV 

Довольно крепкие 

6 

IV-a 

5 

V 

Средние 

4 

V-a 

3 

182

Дурения

 

Степень крепости

Довольно мягкие

Мягкие
Землистые
Сыпучие
Плывучие

Коэффициенты   крепости   гранитов   и   известняков,   обычно   ис пользуемых для получения щебня, лежат в диапазоне от 2 (для наименее прочных

известняков) до 20 (для некоторых видов гранита). Чем более ответственным является сооружение, тем более проч ные сорта щебня применяются
при его возведении.

6.2. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОБЫЧИ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Добыча каменных материалов ведется как обычными строительными машинами, так и специально предназначенными для работы в карьерах.

К   ним   относятся   бурильные   машины,   разбуривающие  шпуры   и   скважины   в   наиболее   прочных   скальных   массивах   для  разрушения   их
взрывом, карьерные одноковшовые экскаваторы -прямые лопаты (рис. 6.1) и драглайны (рис. 6.2), разбирающие прочную взорванную и более
слабую невзорванную породы, а также самоходные фрезы (рис. 6.3), сконструированные для переработки в щебень известняковых массивов.

Бурильные   машины   для   разрушения   горной   породы   (рис.   6.4)  используют   ударные,   вращательные,   ударно-вращательные   и   не-

традиционные  способы  действия.  Ударные   машины   применяются  для   бурения   крепких   и   средних   пород,   вращательные   -   средних  и
мягких пород, ударно-вращательные - очень крепких и крепких пород.

Нетрадиционными называются способы бурения, успешно  прошедшие лабораторные и полевые испытания, удачно реали зованные в

конструкторских разработках, но не нашедшие мас-

183

Категория породы

VI

VI-a

VII

VII-a

VIII

IX

Глава 6. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОБЫЧИ И   П Е Р Е Р А Б О Т К И   К А М Е Н Н Ы Х   М А Т Е Р И А Л О В

6.1. ВИДЫ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ И МЕТОДЫ ИХ РАЗРУШЕНИЯ

Каменные   материалы   используются   в   транспортном   строительстве   в   виде   гравия   и   щебня,   добываемого   разработкой   естественных

залежей   и   разрушением   скальных   монолитов   из   изверженных,  осадочных   и   видоизмененных   пород.   Независимо   от   способа   добычи

каменный   материал   в   дальнейшем   обязательно   проходит  стадию   измельчения   и   от   его  прочностных  свойств  зависит  выбор способа

разрушения. Для сравнительной оценки горных пород по прочности в нашей стране широко используется шкала  М.М.Протодьяконова

(табл. 6.1), в соответствии с которой прочность породы оценивается  коэффициентом крепости - безразмерной величиной, равной одной

десятой временного сопротивления породы сжатию, измеренного в МПа.

Таблица 6.1 Классификация крепости пород по М. М. Протодьяконову

Категория породы 

Степень крепости 

Коэффициент крепости 

I 

В высшей степени крепкие 

20

II 

Очень крепкие 

15

III 

Крепкие 

10

Ш-а 

8

IV 

Довольно крепкие 

6

IV-a 

'      5

V 

Средние 

4

V-a 

3

182

Окончание табл. 6.1

Категория породы 

Степень крепости 

Коэффициент крепости 

VI 

Довольно мягкие 

2 

VI-a 

1,5 

VII 

Мягкие 

1,0 

VII-a 

0,8 

VIII 

Землистые 

0,6 

IX 

Сыпучие 

0,5 

X 

Плывучие 

0,3 

Коэффициенты   крепости   гранитов   и   известняков,   обычно   ис пользуемых для получения щебня, лежат в диапазоне от 2 (для наименее прочных

известняков) до 20 (для некоторых видов гранита). Чем более ответственным является сооружение, тем более проч ные сорта щебня применяются
при его возведении.

6.2. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОБЫЧИ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Добыча   каменных   материалов   ведется   как   обычными   строительными   машинами,   так   и   специально   предназначенными   для   работы   в

карьерах. К ним относятся бурильные машины, разбуривающие шпуры и скважины в наиболее прочных скальных массивах для разрушения

их взрывом, карьерные одноковшовые экскаваторы -прямые лопаты (рис. 6.1) и драглайны (рис. 6.2), разбирающие прочную взорванную и

более слабую невзорванную породы, а  также  самоходные фрезы (рис. 6.3), сконструированные для переработки  в щебень известняковых

массивов.

Бурильные   машины   для   разрушения   горной   породы   (рис.   6.4)  используют   ударные,   вращательные,   ударно-вращательные   и   не-

традиционные способы действия. Ударные машины применяются  для   бурения   крепких   и   средних   пород,   вращательные   -   средних   и

мягких пород, ударно-вращательные - очень крепких и крепких пород.

Нетрадиционными называются способы бурения, успешно прошедшие лабораторные и полевые испытания, удачно реализованные в

конструкторских разработках, но не нашедшие мас-

183

Рис. 6.1. Карьерный экскаватор на разборке взорванной горной породы

Рис. 6.2. Схема эскаватора-драглайна

184

Рис. 6.3. Фреза для переработки мягких горных пород в щебень

сового применения по организационным, экономическим или иным причинам. К ним относятся:

термический   способ   бурения,   при  котором   порода   прожигается  плазмой,   подаваемой  со  скоростью  до  2  000  м/с   при  температуре

2500...3500 °С;

гидродинамический  способ бурения,  при котором   порода  разрушается струей воды, подаваемой под давлением не менее  50

МПа;

электрогидравлический способ бурения, при котором порода разрушается высокочастотными гидравлическими ударами, сопро-

Бурильные установки

Способы бурения

и 

3 

Я 

л 

ш 

5 

н 

Я 

я! 

И 

X 

О

 

03 

я 

5 

ft 

л 

я 

и 

ш 

5 

л 

6 

н 

С- 

Он 

Ж

03 

И 

Е

 

и
Ј

 

а 

1
« 

Рис. 6.4. Классификация буровых установок

185

Назначение

 

3 

 

я 

ft 

S 

м 

и 

э 

м
и

 

вождающими кавитацию жидкости, возникающую в результате электрических микроразрядов;

способ   ультразвуковой   эрозии,   при   котором   порода   разруша ется   абразивными   частицами   (в   том   числе   и   продуктами   разруше ния),

беспорядочно двигающимися под действием ультразвука в суспензии, подаваемой в забой.

Установки ударного бурения делятся на перфораторы для бурения шпуров диаметром до 75 мм и глубиной до 9 м и станки ударно-канатного

бурения для бурения скважин диметром до 300 мм и глубиной до 40 м.

Перфораторы.  Перфораторы являются инструментом ударно-поворотного действия и  применяются   для  бурения  крепких пород и   пород

средней крепости (рис. 6.5). Перфораторы обычного типа работают с частотой до 30 Гц, быстроударные - с частотой от 35 Гц и выше. Ручные легкие

и средние перфораторы используют при горизонтальном бурении или бурении сверху вниз. Легкие перфораторы  массой до 18 кг применяются

для бурения пород с коэффициентом крепости до 10, средние перфораторы массой до 25 кг - не выше 15; тяжелые ручные перфораторы массой не

более 35 кг - до 20.

^Колонковые перфораторы используют для бурения пород средней  крепости   и  крепких.   Они  устанавливаются   на  распорных  колонках,

буровых каретках (рис. 6.6) и манипуляторах погрузочных и специальных машин. Телескопные перфораторы применяют при бурении снизу вверх

вертикально и с отклонением до 45° пород

Перфораторы

любой   крепости.   Установки   отличаются   обязательным   наличием  устройства   принудительной   осевой   подачи   бурового   инструмента.

Устройство и принцип работы перфоратора независимо  от типа  и размера (рис. 6.7) определяются характером используемого энергоносителя

(сжатый воздух или масло) и особенностями распределительных устройств.

Работает  перфоратор  следующим  образом.   При  движении   поршня вниз воздух из-под него выходит через канал 2, пока стенка поршня   не

перекроет отверстие. Продолжая двигаться по инерции вниз, поршень вытесняет воздух через канал 8 в камеру 7, из-за чего заслонка 5 закрывает

канал 4. В результате упругого удара бойка о хвостовик бура поршень отбрасывает вверх. При движении вверх его стенка

 

Частота ударов

Б
ы
с
т
р
о
у
д
а
р
н
ы
е

Способ применения

>s

3

то

«

к

0

0

у

ч

>"i 

о

Он

«

1 

_____        

«

«

>s 

Я

2

X

tn

<L

>

Ч 

1

о.и

I

OS

 
Способ очистки шпура

Б
о
к
о
ва
я 
п
р
о
м
ы
в
ка
и 
п
р
о

Рис. 6.6. Колонковый перфоратор на самоходной бурильной каретке

снова закрывает канал 2, воздух над  поршнем   сжимается   и   открывает  канал  4,  закрывая заслонкой 5 канал  8.
Затем цикл повторяется.

Ударно-поворотными   перфораторы   называются   потому,   что   благодаря   специальному   храповому

колесу бур после удара о породу   п о во ра чи ва ет ся   н а   н еб оль шой   угол. Это обеспечивает равномерный
износ   инструмента   и   концентричность   пробуриваемого   отверстия,   что   исключает   заклинивание
инструмента в шпуре.

Бур перфоратора состоит из коронки, являющейся разрушающей частью инструмента, непосред -

ственно взаимодействующей с породой, стержня, на нижний конец которого надевается или наваривается 
коронка, и хвостовика, зак репляемого в перфораторе и воспринимающего удары его бойка. На 
рабочем торце коронки привариваются твердосплавные долота (рис. 6.8), которые и разрушают породу. 
Звездчатые и крестовые  коронки применяются при бурении весьма крепких пород, двухдолот-чатые •- при
бурении трещиноватых пород и однодолотчатые - в осталь-

nvypw,u, и идпидили гчатые — в остальных случаях. Стержни буров изготавливаются из высококачествен ных

углеродистых сталей и имеют осевое отверстие по всей длине.

Рис. 6.8. Расположение твердосплавных долот на рабочей поверхности коронок

буров перфораторов (вид снизу):

а - однодолотчатая; б - двухдолотчатая; в - крестовая; г - звездчатая; / - долото; 2 - тело

коронки

188

Рис.   6.7.   Устройство   и   работа

пневматического   перфоратора:

1   -

 корпус   цилиндра

перфоратора;

 2

 

-канал,

связывающий цилиндр с атмосферой;

3 -  поршень с бойком;  4 -  канал

подачи   воздуха   в   цилиндр;  5   -

двухпо-зиционная   клапанная

заслонка;  6   —  канал   подачи

сжатого воздуха от компрессора; 7 -

воздухораспределительная

камера;  8   -  канал   для   подачи

Отверстие служит для подачи в зону бурения промывочной жидкости или сжатого воздуха, которые выносят из шпура или скважины продукты

разрушения и одновременно охлаждают инструмент.

При необходимости создания дополнительного осевого усилия  подачи  при бурении  перфоратором  наклонных  шпуров используются

пневмоподдержки. Общим для этих механизмов является телескопическая трубчатая конструкция, устанавливаемая в забое под нужным углом

и при раздвижении с помощью сжатого воздуха осуществляющая осевую подачу перфоратора.

Станки ударно-канатного бурения. При ударно-канатном бурении порода разрушается от ударов, наносимых периодически падающим на дно

скважины буровым снарядом (рис. 6.9). Буровой снаряд состоит из долота, навинчиваемого на нижний конец штанги снаряда,  и канатного

замка, обеспечивающего надежное соединение снаряда с подъемным канатом и навинченного на верхний конец штанги.

По форме ударной части долота различают плоское (с головкой в форме зубила) долото, применяемое для бурения нетрещиноватых

пород,   крестовое   (с   одинаковыми   и   разновысокими   головками)   долото,   используемое   при   бурении   трещиноватых   пород,   и   фасонное

(копытное), с седловидной рабочей поверхностью. При ударе о дно скважины долото крошит породу, выбивая в ней ка-

Рис. 6.9. Схема станка ударно-канатного бурения:

1 - буровой снаряд; 2 - грузоподъемный канат; 3 - направление движения грузового

каната; 4 - головной блок; 5 - мачта; 6 - подкос; 7 - оттяжной блок, 8 - направление

вращения кривошипного колеса; 9 - подъемный барабан; 10 - направляющий блок;

11 - кривошипное колесо, 12 — шатун

189

навку,   затем,   поднимаясь,   оно  немного  поворачивается  и  следующий  удар образует  канавку рядом с  первой.  Куски  породы,  оказав шиеся

между   канавками,   скалываются,   благодаря   чему   и   происходит   углубление   скважины.   Продукты   разрушения   удаляются   из   скважины

промывочной жидкостью, подаваемой с поверхности и вычерпываемой так называемым желоночным устройством.

Буровой   снаряд   ударяется   о   дно   скважины   с   частотой   до   1   Гц,  благодаря   оттяжному   блоку,   соединенному   с   шатуном   ударного

кривошипно-шатунного механизма. В ходе этих колебаний снаряд  поднимается над дном скважины на высоту 0,6... 1,3 м, падает вниз и снова

поднимается. Общая длина каната регулируется подъемным барабаном таким образом, чтобы при неподвижном снаряде  долота не доставали

до дна скважины на 20... 50 мм.  Благодаря  этому   канат   все   время   находится   в   натянутом   состоянии   и   испытывает   меньшие   динамические

нагрузки при подъеме бурового снаряда, так как работает в режиме «подъем с веса». Станки ударно-канатного бурения устанавливаются на

рамах с полозьями или самоходных, чаще гусеничных шасси, и оснащаются приводом от двигателя внутреннего сгорания или от стационарной

электрической   сети.   Поскольку   эти   установки   не   перебрасываются   собственным   ходом   на   значительные   расстояния,   к   их   ходовой

трансмиссии и движителю серьезных требований не предъявляется.

Производительность станков ударно-канатного бурения (П

уд

) измеряется в сантиметрах скважины, пробуренной в единицу времени,  поэтому

размерности величин, входящих в формулу для ее расчета, не всегда совпадают с единицами измерения, предусмотренными СИ:

42т

сн

й

под

"уА

где га

сн

  - масса бурового снаряда, приходящаяся на 1 мм диаметра  скважины, кг/мм (для слабых пород - 2, для пород средней крепости - 4, для

крепких пород - 6,5); /г

под

 - высота подъема бурового снаряда, м; и

уд

 - частота ударов снаряда о дно забоя в минуту; k

e

 -коэффициент использования

времени смены; а - удельная работа, затрачиваемая на разрушение 1 м

3

 породы (табл. 6.2); rf

CKB

 - диаметр скважины, см.

Таблица 6.2

Удельная работа разрушения для разных пород

Крепость 

I 

II 

III 

IV 

V 

VI 

VII  VIII  IX 

X 

породы 

Удельная  6 

7 

10 

14 

19 

27 

35 

55 

70 

100 

работа 

190

(6.1)

Станки вращательного бурения.  Станки вращательного бурения (рис. 6.10) выгодно отличаются высокой производительностью, отсутствием

пыли и низким уровнем шума при работе, а также легкостью механизации и автоматизации основных и вспомогательных рабочих операций.

Они рассчитаны на бурение скважин диамет-

Рис. 6.10. Установка для вертикального вращательного бурения с пневматическим приводом бурильного снаряда и гидравлической осевой подачей

191