Лекція 39 Бурові верстати

План

1. Класифікація бурових верстатів.

2. Технічні характеристики бурових верстатів.

3. Буровий верстат Б100-200.

4. Буровий верстат БГА-4.

5. Буровий верстат СБГ1М.

6. Бурова машина «Стріла».

7. Буровий верстат СБШ-250МН.

1 Класифікація бурових верстатів.

На вугільних шахтах країни при веденні підготовчих і очисних робіт

виникає необхідність в бурінні великого числа свердловин різного

призначення по вугіллю і породі. Для цієї цілі застосовуються бурові

верстати. Основний спосіб буріння — обертальний. Робочим органом

бурового верстата є бурильна машина, що складається з бурильної голівки

(обертача) і механізму подачі. Обертач призначений для передачі моменту,

що крутить, від двигуна буровому ставу з робочим інструментом. Механізм

подачі забезпечує поступальне переміщення бурового ставу та створює певне

осьове навантаження.

Бурові верстати можна класифікувати таким чином:

- за призначенням — для буріння свердловин для дегазації, нагнітання

води в пласт, буріння технічних свердловин різного призначення

(вуглеспускові, водоспускові, вентиляційні, розвідувальні, розрізні), буріння

свердловин по породі (гезенки, скати, сбойки та т. п.);

- по виду вживаній енергії — на електричні та пневматичні;

- за способом подачі бурового інструменту — на установки із ставом, що

обертається, нарощуваним в процесі буріння, з різцевим буровим інструментом;

на установки з необертальним одним або двома ставами, що нарощуються в

процесі буріння, призначені для подачі в свердловину снаряда-обертача з

різцевим або шарошечним інструментом; бурові безштангові автономні

машини, що переміщаються в свердловині за допомогою розпорно-крокуючого

механізму подачі, що знаходяться доки у стадії дослідних робіт;

- за типом механізму подачі бурового ставу на забій — з механічною

диференціально-гвинтовою подачею; з гідравлічною подачею за допомогою

гідроциліндрів;

- за способом режиму буріння свердловини — із заданим нерегульованим

режимом буріння (швидкість подачі і осьове зусилля); з оптимальним режимом

буріння залежно від міцності порід і вугілля, що автоматично набудовується;

- за способом управління буровою установкою — з місця буріння;

дистанційне на відстані до 20 м від місця буріння (в межах видимості), вживане

при бурінні по пластах вугілля, небезпечних по раптових викидах вугілля та

газу, при цьому нарощування бурового ставу виробляється також дистанційно,

автоматично.

Сучасне устаткування для підземного буріння свердловин в більшості

випадків оснащене гідрофікованими механізмами подачі, що допускають

регулювання в широких межах режиму буріння, у ряді випадків автоматичне.

Воно оснащене механізмами для установки та закріплення бурових верстатів

у виробленнях, має маслостанцию, виносний пульт дистанційного керування,

засоби для пылеподавления, у ряді випадків засоби для дистанційного

нарощування бурового ставу в процесі буріння.

Визначальними чинниками для вибору типа бурового верстата є:

характеристика породи, діаметр і довжина свердловини, кут її нахилу,

призначення та розмір виробки, з якої виробляється буріння, технічна

характеристика верстата та ін.

Технічні характеристики деяких бурових верстатів приведені в таблиці 1.

2 Технічні характеристики бурових верстатів.

Таблиця 1.

Параметри Бурові верстати

Б100-200

БГА-4

Б-68КП

«Стріла-77»

Тип енергії Електрічна, пнев-

матична

Електріч-

на

Пневматич-

на

Електріч-

на, пнев-

матична

Потужність двигуна, кВт:

обертача

насосної станції

17

10

17

3

30

18

35

7,5

Продуктивність при

бурінні по вугіллю, t/ч

20

10

25

По породі

до 2,5

Діаметр свердловини, мм

100; 130 390; 500; 850

250; 400; 600; 800

190; 1000

Глибина буріння, м

200 До 150

150 До 100

Кут нахилу свердловини до горизонту, градус

0-90 -90 45-90 40-90

Частота обертання бурової коронки, об/мин

80; 125

205; 300

75; 123

30; 70

107

Швидкість подачі, м/мин:

робоча

маневрова

0-2,0

0-9,0

0-1,3

0-5,5

0-3

0-6,5

0-0,7

0-2,2

Максимальне зусилля подачі, кН 50 110 200 380

Робочий тиск в гідросистемі, МПа

16 До 10 20 2,5

Маса установки (без бурового інструменту), т

—

1,0

4,5

4,5

(снаряда)

3 Буровий верстат Б100-200.

Верстат Б100-200 призначений для буріння по вугіллю та неміцним

породам дегазацій, зволожувальних, водоспускових, вентиляційних і іншого

призначення свердловин діаметром 100, 130 мм, завглибшки до 200 м в

пологих пластах і до 150 м в крутих з підготовчих виробок в будь-якому

напрямі, з дистанційним управлінням і автоматичним нарощуванням

бурового ставу. Верстат виготовляється в двох виконань: з електричним

приводом — Б100-200Е та пневматичним — Б100-200П.

Буровий верстат Б100-200 (мал. 1) складається з бурильної машини

обертальної дії БСА; живильника для автоматичного нарощування бурових

штанг; насосної станції; апаратури АНС9, що забезпечує автоматичне

управління процесом нарощування бурового ставу з автоматичною

стабілізацією струму двигуна обертача та захисту його від перекидання при

технологічних перевантаженнях; бурового інструменту; промивального

насоса; пускової електроапаратури та станції управління САУБ.

Бурильна машина БСА складається з чотирьох механізмів —

настановного I, обертального II, подачі III і підхоплення IV. Настановний

механізм має платформу 1, основну та рухливу стійки 2 з гідроциліндрами

розпору. Верстат можна піднімати відносно грунту виробок гідроциліндрами

підйому, а за допомогою черв'ячного механізму здійснювати його поворот у

вертикальній площині на 360о і горизонтальній на 180о.

Обертальний механізм включає електродвигун або пневмомотор 3,

редуктор 4 і обертач 5 з патроном 6. Механізм подачі верстата складається з

направляючої рами 7 та двох гідродомкратів 8, які штоками кріпляться до

гідроподхвату IV, а циліндрами — до обертача 5. Гідропідхват IV може

перемещатися по направляючих. При роботі верстата гідропідхват крепиться

непорушно двома гвинтовими стопорами.

Рис. 1. Буровий верстат Б100-200

На рис. 2 показана кінематична схема обертального механізму бурового

верстата Б100-200. Обертання від електродвигуна або пневмомотора М пере-

дається через зубчасту муфту 1 та редуктор на зубчасту муфту 7, шліцьовий

ходовий вал 12, на шестерні 8—9 обертача, патрон 10 і буровий став. Буровій

став може мати чотири частоти обертання, що досягається різною комбнацією

зачеплення блоку шестерень 3 з шестернями 2 і 4 і шестерень 5 і 11 з блоком 6.

Рис. 2. Кінематична схема обертального механізму бурового верстата Б100-200.

Маслостанция бурової установки складається з електродвигуна,

редуктора, двох насосів, маслобака, блоку фільтрів, апаратури регулювання

та управління.

Один насос призначен для гідросистеми, яка включається в режимі

буріння (буріння та повільне відведення назад обертача); інший насос — для

гідросистеми, яка призначається для здійснення маневрових переміщень

обертача з великою швидкістю. Зміна швидкості подачі бурового ставу на

вибій виробляється в гідросистемі регулювальником потоку в межах від 0,05

до 2 м/хв. Швидкість подачі обертача назад регулюється в межах 0,036-9

м/хв.

Реле тиску видає електричний (або пневматичний) сигнал в систему

автоматики про наявність або відсутність тиску в поршневій порожнині

гідродомкрата підхоплення. Таким чином поступає інформація про

утримання або звільнення бурової штанги в підхопленні.

Буровий верстат в роботу включається з виносного пульта управління.

Включення пускача відбувається після подачі попереджувального звукового

сигналу акустичними випромінювачами, розташованими біля верстата.

Передбачений регулювальник швидкості подачі, що автоматично змінює

швидкість подачі бурового ставу залежно від навантаження на привід

обертача. Верстат Б100-200 повинен замінити верстати БІП-2, СБГ-1М.

4 Буровий верстат БГА-4

Легкий універсальний буровий верстат з твердосплавним і

шарошечним породоруйнуючим інструментом призначений для буріння та

розширення свердловин по вугіллю з гірничих виробок не менше 4м2 .

Перетин виробки в місці установки розширювача зворотного ходу діаметром

1300мм має бути не менше 4,5м2 . Потужність вугільного пласта повинно

перевищувати діаметр руйнівного інструменту не менше чим на 0,2м. Для

верстата бурового БГА2М-01 зміна кута залягання пласта на довжині 10м не

має бути більше 2 °.

5 Верстат бурової СБГ1М

Призначений для буріння газодренажних і геологорозвідувальних

свердловин по вугіллю та породам міцністю до 120МПа в шахтах,

небезпечних і безпечних по газу та пилу, виключаючи викидонебезпечні

пласти.

Глибина буріння в будь-якому напрямі діаметром 100мм по вугіллю -

до 300м, в напрямі від горизонтальної площини до вертикалі вниз діаметром

100мм по породі та діаметром 150мм по вугіллю - до 300м.

Передбачено ручне управління. Верстат компактний,

високопродуктивний і надійний в експлуатації.

Таблиця 2 Технічна характеристика СБГ1М

Діаметр виконавського органу, мм 150; 100

Технічна швидкість буріння, м/с:

- по вугіллю

10 - по породі 3 Номінальна потужність приводів, кВт 26 Хід механізму подачі, мм 460 Зусилля подачі, кН:

- вперед

64,5

- назад 45,4 Діаметр бурильних труб, мм 50 Габаритні розміри верстата, мм:

- довжина

1950 - ширина 940 - висота:

- у робочому положенні

3000

- у транспортному положенні 930 Маса, кг:

- бурового верстата

2950

- комплекту постачання 5000

6 Бурова машина "СТРІЛА"

Машина «Стріла-77» призначена для проведення виробок, що

повстають, під кутом нахилу 40-90°, круглого перетину (свердловин),

діаметром 1м або 1,5м і довжиною до 125м по породах з коефіцієнтом

міцності до 10 на шахтах будь-якої категорії по газу та пилу, небезпечних по

раптових викидах вугілля та газу, окрім викидонебезпечних крутих пластів

Пройдені виробки можуть бути використані як скати, гезенкі для спуску

вугілля та породи, переміщення людей, доставки матеріалів, вентиляції та

інших цілей. Машина виготовляється з пневмо- або електроприводом;

управляється вона дистанційно з відстані до 20 м від місця проведення

виробки.

Машина «Стріла-77» також забезпечує буріння направляючої пілот —

свердловини діаметром 190 мм, з подальшим її розбурюванням до 1м або 2м.

Машина «Стріла-77» складається з бурового снаряда-обертача 2,

необертального бурового ставу 3, механізму подачі 4, механізму повороту,

насосної станції 9, пневмо- або електроапаратури 10, візка, зрошувальної

системи.

Снаряд-обертач 2 призначений для руйнування породи; він складається

з пневмомотора або електродвигуна потужністю 35 кВт, передає момент, що

крутить, виконавському органу через плоский планетарний редуктор.

Виконавський орган виконаний у вигляді водила з трьома долотами, на

кожному з яких закріплено по три шарошки із знімними зубчастими вінцями.

По осі виконавського органу розташовано ще одне долото 1 з трьома

шарошками для руйнування породи в центральній частині вибою при

проведенні пілот-свердловини діаметром 190 мм.

Необертальний буровий став 3 подачі складається з штанг завдовжки по

600 мм, перехідника та долота; на кожній п'ятій штанзі змонтовані

направляючі ліхтарі 7. Буровій став призначений для переміщення снаряда-

обертача на довжину виробки, що проводиться, та для передачі на нього

осьових зусиль від механізму подачі.

Рис. 1. Гезенкопрохідницька бурова машина «Стріла-77».

Механізм подачі призначений для установки бурової машини з снарядом-

обертачем на необхідний кут нахилу виробки, що проводиться, та для подачі

на забій снаряда-обертача через буровою ставши. Базовою конструкцією

механізму подачі є жорсткій, розбірній конструкції рама напрямної 6, на якій

змонтовані всі вузли механізму подачі. Усередині рами встановлений в

початковому положенні снаряд-обертач. Своєю нижньою частиною рама

спирається за допомогою роликів на секційний монорельс з черевиками,

укладеними на грунті вироблення. Під рамою розташовано два гідродомкрата

5, якими машина встановлюється під певним кутом нахилу (в межах 45-90°);

двома верхніми гидродомкратами 8 рама непорушно розпирається у виробці.

Механізм повороту розташований в задній частині каретки, він має

гідроциліндр, який утримує став подачі від обертання та сприймає

реактивний момент, що крутить, при роботі виконавського органу. Крім

того, механізм повороту використовується для регулювання при постановці

та зніманні бурових штанг. Став подачі та снаряд-обертач при нарощуванні

та зніманні бурових штанг стримуються гідравлічним захватом,

розташованим у верхній частині рами.

Насосна станція призначена для живлення гідроциліндрів подачі,

повороту, захвату ставу, подачі та розпору. На ній встановлений також

регулювальник навантаження для автоматизованого управління проведенням

виробки. Станція виконана у вигляді окремого блоку та сполучена з

механізмом подачі гнучкими високонапірними рукавами.

Зрошувальна система передбачає подачу води під тиском від насосної

установки в штреку через фільтр по гнучкому рукаву у виробці для

охолоджування електродвигуна та до форсунок придушення пилу.

Для провітрювання виробки до бурового ставу на першому ліхтарі,

кріпиться вентиляційний став, до третього ліхтаря — датчик метан-реле

АМТ-ЗТ13.

Бурова машина «Стріла-77» є варіантом модернізованої машини «Стріла-

68», що підвищує її надійність і покращує показники роботи.

Рис. 2. Кінематична схема бурової машини «Стріла-77».

Кінематична схема машини показана на рис 2. Передача обертання від

пневматичного або електричного двигуна 7 снаряда-обертача здійснюється

через зубчасту муфту М1, пару косозубих шестерень 2—3 і сонячну

шестерню 4 планетарні механізми, яка наводить в обертання сателіти 5.

Сателіти, обкатуючись по нерухомому вінцю 6, наводять в обертання водило і

ексцентриковий вал. Від останнього через муфту М2 і патрон обертання

передається буровим штангам з направляючими опорами Про і буровим

інструментам І для буріння направляючої пілот-свердловини.

На ексцентриковому валу вільно сидить подвійна шестерня 7—8.

Завдяки ексцентриситету валу шестерня 7 обкатується по зубчастому вінцю 9

внутрішнього зачеплення. При цьому шестерня 8 обертає вінець

внутрішнього зачеплення 10. Цей вінець жорстко закріплений в корпусі

планетарного редуктора, і тому обертається разом з ним. Разом з корпусом

обертаються три шестерні 11, встановлені в нім на підшипникових опорах (на

мал. 2 умовно показано дві шестерні). Шестерні 11 обкатуються довкола

шестерні 12, жорстко закріпленою на ексцентриковому валу. На валах

шестерень 11 встановлені шарошки (або різці) виконавського органу, що

здійснюють складний рух, який складається з двох: відносного — обертання

шарошек (або різців) відносно власної осі і переносного — рухи осі обертання

інструменту по колу з центром, лежачим на осі утворюваної свердловини.

Гідроциліндри подачі 13 повідомляють зворотно-поступальний рух

каретці 14 з механізмом захвату бурового ставу 8 (див. мал. 2). Цей механізм

складається з двох важелів 15 (див. мал. 2) із захватами 16 та гідроциліндра 17.

Для повороту бурового ставу на заданий кут нахилу на каретці встановлений

гідравлічний механізм подачі. Він складається з рухливого гідроциліндра 18 із

зубчастою рейкою 19, яка зчіплюється із зубчастим сектором 20, сполученим з

патроном 21.

Пневматичний або електричний двигун 24 через муфту М3 і пару

шестерень 25—26 приводить в дію два насоси 22 і 23 насосної станції.

Діаметр виконавського органу (при розширенні), мм 1060 (1500) Діаметр випереджаючого долота, мм 215 Технічна продуктивність при проведенні виробки по породам міцністю, м/год:

- до 70 МПа

3,0-4,5 (4-6) - 70-120 МПа 1,5-3,0 (2-4) - 140 МПа 0,6-1,5 (1-2) Довжина виробки, що проводиться, м 25;75;100;125 Зусилля подачі, кН:

- при проведенні виробки

500 - при забурюванні 275 - при забурюванні випереджаючого долота 150 Потужність приводу, кВт 55 у режимеS 4 Маса машини, кг: 8500

7. Буровий верстат СБШ-250МН.

До верстатів шарошечного буріння відносять машину СБШ-250МН.

Бурові штанги наводяться в обертання асинхронним двигуном через

редуктор і муфту. Живлення електродвигуна і подача в свердловину водяної

для повітря суміші здійснюються через гнучку гірлянду з електричним

кабелем, повітряним і водяним шлангами. Вода та стисле повітря підводяться

до бурового інструменту через сальниковий пристрій.

Обертач і опорний вузол поміщені в загальну каретку, яка

переміщається по тих, що направляють щогли. Щогла встановлюється за

допомогою цапф на підшипниках опорної рами верстата.

Механізм подачі (встановлений також на щоглі верстата) складається з

двох гідроциліндрів, нерухомих і рухливих блоків і системи верхніх і

нижніх канатів. Верхні канати сполучені з обертачем, нижние — з опорним

вузлом. При висуненні штока гідроциліндра нижні канати натягаються,

верхні — ослабляються; відбувається подача бурового інструменту на забій.

При зворотному русі штока буровий інструмент піднімається зі свердловини.

Чотирикратна полиспастная система дозволяє при ході поршня гідроциліндра

на 2 м переміщати буровий інструмент на відстань 8 м, тобто на довжину

однієї штанги. Штанги нарощуються автоматично за допомогою

встановленої на щоглі касети, що обертається, з комплектом штанг.

Контрольні питання:

1 Класифікація бурових верстатів.

2 Призначення, сфера застосування та устрій бурового верстата Б100-

200.

3 Особливість бурового верстата БГА4.

4 Яке призначення має буровий верстат СБГ1М?

5 Особливість бурової машини «Стріла-77»?

6 Яка перспектива розвитку бурової техніки?

Література:

• В.Г. Яцких, Л.А. Спектр, А.Г. Кучер Горные машины и комплексы /

Учебник для горных техникумов. – М: Недра, 1984г. – с. 54 – 67.