Типы пневматических перфораторов

Для выполнения буровых работ при проходке горных выработок, нарезке и выемке полезного ископаемого в различных горногеологических условиях разработаны различные типы бурильных машин (область их применения приведена в табл. 1.2).

Переносные перфораторы имеют наибольшее распространение и применяются на горных, геологоразведочных, строительных, дорожных и других работах. Выпускаемые серийно перфораторы ПП-36, ПП-50, ПП-54, ПП-63 и другие имеют технические характеристики (табл. 1.3), близкие к указанным в ГОСТ Р 51 681−2000. Для облегчения труда при бурении шпуров ручными перфораторами средней и тяжелой массы рекомендуется применение поддерживающих колонок (рис. 1.9). Бурильные машины ударно-поворотного действия различаются:

• • по роду потребляемой энергии — пневматические, гидравлические;
• • конструктивным особенностям механизма поворота — с зависимым и независимым приводом;
• • способу применения (угла наклона шпуров) — ручные и колонковые (для бурения горизонтальных и нисходящих шпуров), телескопные (для бурения шпуров, но восстанию);
• • по массе — лёгкие (до 18 кг), средние (20. .25 кг) и тяжёлые (более 30 кг);
• • способу очистки шпуров от буровой мелочи — с осевой промывкой, с боковой промывкой, с отсосом от пыли.

Рис. 1.9. Бурение шпура ручным перфоратором с помощью пневмоподдержки: 1 — коронка; 2 — бур; 3 — перфоратор;

4 — пневмоподдержка; 5 — автомаслёнка

Таблица 1.2.

Область применения бурильных машин

Бурильные машины ударно-поворотного действия (перфораторы) работают по принципу нанесения периодических ударов штока поршня по хвостовику штанги. Частота ударов 28,3…43 с .

Буквы и их сочетания в марке перфоратора обозначают: В — с осевой промывкой; ВБ — с боковой промывкой; С — для бурения шпуров в обводнённых породах при проходке стволов шахт; СВП — для бурения шпуров с интенсивной продувкой и подавлением пыли методом увлажнения в многолетнемёрзлых россыпях.

Основными частями пневматической бурильной машины (рис. 1.10) являются цилиндр, поршень-ударник, ствол, поворотные муфты, пусковая рукоятка, воздухораспределительный механизм, поворотный механизм, буродержагель, крышка. Крышка, цилиндр, ствол с буродержателем соединяются при помощи стяжных болтов с гайками. Количество сжатого воздуха, поступающего к бурильной машине по шлангу диаметром 10…51 мм, регулируется рукояткой. При подаче рукоятки вперед до упора сжатый воздух полностью поступает в бурильную машину. При среднем положении рукоятки впуск сжатого воздуха производится частично, давление его небольшое. Такое положение рукоятки характерно при забуривании шпуров. Вода для промывки шпура проходит через перфоратор по трубке (при центральной промывке) или через промывочную муфту, минуя перфоратор (при боковой промывке).

Таблица 1.3.

Техническая характеристика переносных перфораторов

Воздухораспределительные устройства, применяемые в перфораторах, делятся: на клапанные (кольцевой или откидной клапан); золотниковые (с фланцевым, полым цилиндрическим, управляемым, катушечным, жёсткосвязанным золотником), бесклапанные.

Достоинство золотниковых воздухораспределительных устройств — высокая энергия удара, наибольший крутящий момент, сравнительно большая экономичность расхода воздуха, уменьшенная отдача, автоматичность действия, безотказность и чёткость работы ударного механизма. Однако они не обеспечивают такой частоты ударов, как клапанные.

К достоинствам воздухораспределительных устройств с кольцевым клапаном относится малый ход клапана, следовательно, высокая скорость его перебросок и малые утечки воздуха. Это устройство надежно в работе и широко применяется в перфораторах.

Клапанный воздухораспределительный механизм состоит из клапанной коробки (/), направляющей клапана (2), крышки клапанной коробки (2) и кольцевого клапана (4) (рис. 1.11). Сжатый воздух попадает в кольцевое пространство (6), а из него — по каналам (7) в кольцевое пространство клапанной коробки (#). Когда клапан (4) находится в левом положении, сжатый воздух через кольцевое пространство (#), образуемое между клапаном и крышкой клапанной коробки, поступает в рабочую часть цилиндра и, оказывая давление на поршень (10), перемещает его (рабочий ход). В это время противоположная часть цилиндра через кольцевые выточки (II) соединена с выхлопным отверстием (12). При движении поршня он закрывает кольцевые выточки и сжимает отсеченный в правой части цилиндра воздух, который по каналу (13) в корпусе цилиндра и каналу (14) в корпусе клапанной коробки попадает в кольцевое пространство (9) и давит на верхнюю часть клапана. При дальнейшем движении поршень открывает кольцевые выточки (11) и через них соединяет рабочую часть цилиндра с выхлопным отверстием.

Давление сжатого воздуха в рабочей части резко понижается, клапан перемещается вправо и соединяет между собой кольцевые пространства (5) и (9).

Сжатый воздух по каналам (13) и (14) поступает в противоположную часть цилиндра и, оказывая давление на кольцевую поверхность поршня, перемещает его (холостой ход). Затем поршень закрывает кольцевые выточки и сжимает воздух, оставшийся в левой части цилиндра. Сжимаемый воздух давит на клапан справа. Когда поршень проходит кольцевые выточки и соединяет левую часть цилиндра с выхлопным отверстием, клапан перебрасывается влево и рабочий ход повторяется.

Работа воздухораспределительного устройства с фланцевым золотником происходит следующим образом. При открытии впускного канала через кольцевую полость сжатый воздух по сквозным каналам, проходящим в теле храповой буксы поворотного механизма, диска, направляющей золотника и задней крышки золотниковой коробки, поступает внутрь золотниковой коробки и через кольцевой зазор между передним фланцем золотника и внутренней поверхностью — в заднюю часть цилиндра, заставляя поршень перемещаться вперед.

Рис. 1.10. Ручной перфоратор:

а — устройство перфоратора; б — детали поворотного механизма.

• 1 — крап; 2 — головка корпуса; 3 — поворотное устройство; 4 — выхлопное отверстие; 5 — поршень-ударник; 6 — цилиндр; 7 — поворотная букса;
• 8 — грандбукса; 9 — буродержатель; 10- стяжные болты; 11- вентиль;
• 12 — кронштейн; 13 — рабочая пружина; 14 — воздухораспределительное устройство; 15 — вспомогательная пружина; 6 — направляющий кронштейн;
• 17 — рукоятка; 18 — пазы; 19 — храповое кольцо; 20 — собачки;
• 21 — геликоидальный стержень; 22 — геликоидальная гайка; 23 — задняя крышка; 24 — промывочное устройство; 25 — обводной канал; 26 — глушитель шума;
• 27 — ствол; 28 — натяжной стержень; 29 — пружина; 30 — бур

Рис. 1.11. Воздухораспределительное устройство: а — клапанного типа; б — золотникового типа.

• 1 — корпус клапанной коробки; 2 — направляющая клапана;
• 3 — крышка клапанной коробки; 4 — кольцевой клапан; 5 — кольцевая полость;
• 6 — кольцевое пространство; 7 — каналы; 8 — кольцевое пространство клапанной коробки; 9 — кольцевое пространство; 10- поршень-ударник;
• 11- кольцевые выточки; 12 — выхлопное отверстие; 13 — канал в корпусе цилиндра;
• 14 — канал в корпусе клапанной коробки; 15 — кольцевое пространство;
• 16 — золотник; 17 — канал; 18, 20 — золотниковая коробка;
• 19 — крышка; 21 — задняя полость; 22 — выхлопное отверстие;
• 23 — специальный канал; 24 — канал; 25 — кольцевое пространство

Двигаясь вперед, поршень в какой-то момент закрывает выхлопное отверстие, вследствие чего воздух в передней части цилиндра сжимается, оказывая сопротивление движению поршня, и, одновременно поступая в левую часть золотниковой коробки по каналам, производит давление на задний фланец золотника в направлении слева направо. Достигнув крайнего правого положения в цилиндре, поршень штоком наносит удар по хвостовику бура, и выхлопное отверстие открывается. Вследствие этого давление воздуха в задней части цилиндра резко падает. Усилие, действующее на золотник слева, станет больше, чем усилие, действующее на него справа, и он будет переброшен в новое положение. Кольцевой зазор между передним фланцем золотника и внутренней поверхностью передней крышки перекрывается, но образуется зазор между золотником и нижней кромкой золотниковой коробки. Теперь воздух по этому зазору, каналам поступает в переднюю часть цилиндра и заставляет поршень двигаться назад. Далее вес повторяется в той же последовательности, но в обратном порядке.

В применяющихся конструкциях пневматических бурильных машин механизм поворота бура бывает зависимого и независимого действия. У первых поворот буру передается от поршня, у вторых — от специального пневматического двигателя.

Колонковые перфораторы предназначаются для бурения шпуров, направленных горизонтально или с отклонением от горизонтали на ±45°, в породах и рудах любой крепости. Серийно выпускается колонковый перфоратор КС-50.

При работе колонковый перфоратор вместе с автоподатчиком монтируют на манипулятор буровой каретки или на распорной винтовой колонке. Установлено, что для надёжной работы масса колонки должна быть не менее чем в полтора раза больше массы перфоратора.

Колонковые бурильные машины более мощные, чем ручные. При очистных работах колонковые перфораторы применяют для бурения скважин глубиной до 25 м из подэтажных штреков.

Колонковый перфоратор имеет такое же устройство, как и ручной, но отличается большими размерами и наличием приливов для крепления и передвижения их в салазках автоподатчика.

Телескопные перфораторы применяются при бурении шпуров, направленных вверх или с отклонением от вертикали до 35…45°, в породах любой крепости (рис. 1.12). Серийно выпускаемые перфораторы ПТ-38 и ПТ-48 соответствуют требованиям ГОСТ Р 52 442−2005.

В разведочных выработках их обычно используют при бурении шпуров в восстающих и «подбурков» в кровле выработки для навески коммуникаций и под анкерную крепь. Устройство перфоратора в принципе такое же, как и у ручного, но удар от поршня буру передаётся через промежуточный боёк, расположенный в передней головке и предохраняющий цилиндр от засорения буровой пылью.

Цилиндр соединён с головкой телескопной колонки двумя стяжными болтами, проходящими сквозь проушины в передней головке перфоратора. Сжатый воздух подводится по шлангу к воздушному колену, откуда он поступает в перфоратор и цилиндр телескопной колонки. Впуск регулируется воздушным краном. При забуривании проходчик придерживает перфоратор с помощью рукоятки, в которой находится клапан разгрузочного устройства. При нажатии на кнопку клапан открывает выход воздуха из цилиндра колонки наружу и молоток опускается вниз.

Таблица 1.4.

Техническая характеристика колонковых перфораторов

При бурении шпуров с промывкой вода через специальный штуцер подаётся в полость задней головки и в промывочную трубку.

Основным направлением повышения производительности труда и улучшения санитарно-гигиенических условий работы бурильщика является механизация и автоматизация всех операций при бурении. При этом улучшаются технико-экономические показатели буровых работ. Механизация и автоматизация операций при бурении осуществляется с помощью применения усовершенствованных конструкций распорных колонок, самоходных буровых кареток с управляемыми манипуляторами, автоматических подающих механизмов и автоматических систем смазки.

Рис. 1.12. Телескопный перфоратор:

• 1 — грундбукса; 2 — боёк; 3 — поворотная букса; 4 — направляющая втулка;
• 5 — поршень; б — поворотный винт; 7 — воздухораспределитель;
• 8 — водоподающая трубка; 9 — воздуховпускной кран; 10 — головка поршня;
• 11 — шток поршня; 12 — цилиндр телескопа; 13 — патрон; 14 — цилиндр; 15 — головка молотка; 16 — водоподающий патрубок; 17 — шланг водяной; 18 — стяжные болты; 19 — автомаслёнка;
• 20 — разгрузочный клапан телескопа; 21 — упор

Техническая характеристика телескопных перфораторов

Распорные колонки с механизированной перестановкой перфоратора приведены на рис. 1.13. Поднятие или опускание кронштейна вместе с установленным на нём автоподатчиком с перфоратором производится с помощью резьбы на поверхности колонки и гайки (вариант а), рычажно-храпового устройства (вариант б) и домкрата, устанавливаемого на колонке (вариант в).

Буровые каретки изготовляются самоходными и несамоходными на один или несколько перфораторов, на гусеничном, колёсном рельсовом или резиновом ходу, работающие на пневматической и электрической энергии.

В последние годы для комплексной механизации отдельных видов горных работ разрабатываются комплексы машин. Для комплексной механизации работ по проведению горных выработок разработаны комплексы, включающие буровые каретки, погрузочное и транспортное оборудование. В комплексе, разработанном НИПИгормаш, имеется самоходная буровая каретка СБКН-2П на пневмошинном ходу. На манипуляторах установлены автоподатчики с перфораторами. Управление рабочей и ходовой частью каретки осуществляется с пульта управления.

В стеснённых подземных условиях более производительным является оборудование, обеспечивающее поворот на 360° вокруг собственной оси на месте стояния. Таким качеством обладают гусеничные ходовые тележки с отдельным приводом для каждой гусеницы, а также колесные — с отдельными двигателями для правого и левого колёс. Чем больше маневренность оборудования, тем выше коэффициент его использования.

Рис. 1.13. Распорные винтовые колонки для перфоратора с механизированной перестановкой бурильной машины: а — при помощи винта и гайки; б — при помощи рычажно-храпового устройства; в — при помощи винтового домкрата, установленного на колонке