Конспект геология

Увеличение объемов добычи различных полезных ископаемых на основе всемерного роста производительности труда рабочих горных предприятий — непременное условие интенсификации экономического развития предприятий и различных горнодобывающих отраслей страны. Выполнение его теснейшим образом связано с оснащением предприятий современной высокопроизводительной и надежной горной техникой.
Горные предприятия используют большую номенклатуру машин различного функционального назначения, которые относят к следующим группам: собственно годные машины, предназначенные для добычи полезных ископаемых и проведения горных выработок, горно-транспортные машины и стационарные машины.
Широкая вариация физико-механических свойств, условий залегания полезных ископаемых и горных пород, наличие подземного и открытого способов добычи предопределили многообразие конструктивных типов машин в пределах каждой группы.
Горные машины подразделяют на машины, производящие разрушение полезных ископаемых и пород, их погрузку (навалку) на транспортные средства, выдающие полезное ископаемое или породу за пределы очистного или проходческого забоя, а также осуществляющие крепление в подземных условиях очистных и проходческих выработок.
В связи с выполняемыми функциями различают: бурильные машины, выемочные (добычные и проходческие) горные машины, погрузочные машины и крепи (индивидуальные и механизированные).
К выемочным горным машинам относятся очистные и проходческие комбайны, угольные струги, одно- и многоковшовые экскаваторы, бульдозеры, скреперы, гидромониторы, земснаряды и драги.
Большинство указанных машин комбинированные, производящие не только разрушение полезных ископаемых и пород, но также и их погрузку на транспортные средства. При этом указанные операции могут выполняться последовательно (буропогрузочные машины и одноковшовые экскаваторы) или, что более прогрессивно, совмещаться во времени (очистные и проходческие комбайны, угольные струги, многоковшовые экскаваторы, земснаряды, драги).
Ряд горных машин производят не только разрушение, но и транспортирование или погрузку и транспортирование горной массы на значительные расстояния (бульдозеры, скреперы, погрузочно-транспортные машины).
Наибольшую производительность при добыче полезных ископаемых и проведении горных выработок (вскрышных работ при открытой добыче полезных ископаемых) обеспечивает комплексное использование машин различного функционального назначения, увязанных конструктивными и режимными параметрами и одновременно выполняющих свои рабочие функции по механизации основных и вспомогательных операций технологического процесса добычи полезного ископаемого (проведения горной выработки).
На угольных шахтах широкое применение получили очистные комбайновые и струговые комплексы, имеющие в своем составе очистной узкозахватный комбайн или угольный струг, поставочную машину (забойный скребковый конвейер) и гидрофицированную механизированную крепь. На открытых горных работах используют комплексы машин непрерывного действия, имеющие в своем составе мощные многоковшовые (роторные) экскаваторы и ленточные магистральные конвейеры.
Горные транспортные машины, выполняющие большие объемы работ по выдаче на поверхность из подземного пространства или за пределы карьера (в том числе в отвал, расположенный в зоне выработанного пространства карьера) полезных ископаемых и пород, включают большую номенклатуру машин единого функционального назначения, но отличающихся весьма существенно по конструкции и принципу действия.

Эти машины предназначены для бурения шпуров и скважин по углю и породам с использованием в режиме резания. Горная порода при вращательном бурении (сверлении) разрушается спиральными слоями за счет сообщения буровому инструменту осевого усилия подачи, крутящего момента и движении инструмента по винтовой линии.
Машины вращательного бурения подразделяют на ручные, колонковые сверла и бурильные головки, применяемые в основном для бурения шпуров по углю и породам ниже средней крепости; станки для бурения разведочных и взрывных скважин по породам любой крепости, гезенко-проходческие и буросбоечные машины.
Ручные горные сверла предназначены для бурения шпуров диаметром до 50 мм по углям всех категорий крепости и слабым породам (f < 3). Современные горные сверла по способу подачи бурового инструмента на забой подразделяют на сверла с ручной и механической подачей; по роду потребляемой энергии — на электрические, пневматические и гидравлические и по типу управления — с непосредственным и дистанционным управлением.
Электросверло СЭР19-2М применяют для бурения шпуров по углю и мягким породам. Электрический ток подводится к пусковому устройству (выключателю) гибким кабелем, один конец которого подсоединен к штепсельной вилке пускателя. Сверло включается нажатием на пусковой рычаг, расположенный в правой рукоятке сверла.

Рис. 5. Кинематические схемы электросверл: а – с двухступенчатым редуктором; б – с одноступенчатым редуктором; 1 – статор электродвигателя; 2 – ротор; 3 – вал ротора; 4 – вентилятор; 5 и 8 – роторная и шпиндельная шестерни; 6 и 7 – промежуточные шестерни; 9 – шпиндель; 10 – патрон

Планетарные редукторы имеют ряд общих черт с цилиндрическими редукторами, так как передача усилия так же происходит посредством зубчатой передачи, а в конструкции используются зубчатые колеса. Однако конструкция планетарных редукторов, как и принцип работы, сложнее.
В общем случае в планетарном редукторе можно выделить следующие основные детали: коронная шестерня, планетарные шестерни (сателлиты), водило и солнечная шестерня. По аналогии с Солнцем, расположенным в центре солнечной системы, солнечная шестерня расположена в центре рабочей части редуктора. Она находится в зацеплении с идентичными планетарными шестернями, оси которых расположены на окружности, центр которой лежит на оси солнечной шестерни, и в то же время сателлиты сцеплены с коронной шестерней, представляющей собой зубчатое колесо с внутренним зацеплением. Водило жестко закрепляет все сателлиты относительно друг друга.
Для работы планетарного редуктора необходимо, чтобы одна из его деталей (солнечная шестерня, коронная шестерня или водило) была жестко закреплена относительно корпуса редуктора. В зависимости от выбора ведущего и ведомого элемента будет зависеть передаточное число планетарного редуктора. Также работа планетарного редуктора возможна и в случае, когда ни одна из его деталей не закреплена. В таком случае становится возможным разложение одного движения на два (к примеру, от солнечной шестерни к коронной шестерни и водилу), или слияние двух движений в одно.

Одноступенчатые редукторы наиболее компактны, в то время как многоступенчатые значительно сложнее по конструкции и занимают больше места, но позволяют достичь больших передаточных чисел.
По факту жесткого закрепления одного из элементов редуктора выделяют:
 простейшие;
 дифференциальные.
В простейших планетарных редукторах одно из звеньев жестко закреплено, и передача усилия происходит от одного из незакрепленных звеньев к другому с фиксированным передаточным числом. В дифференциальных редукторах ни один из элементов не закреплен, что позволяет использовать редуктор как дифференциальный механизм.
Сердцем буровой установки является роторный вращатель, так как именно он приводит в движение бурильную колонну, а через неё опосредованно и породорарзрушающий инструмент. Сам же ротор приводится в действие ДВС или электромотором. Передача вращающего усилия осуществляется через вал. Таким образом передаваемое от двигателя усилие преобразуется во вращение ротора.
Вращаясь, долото дробит породу, выделяя при этом большое количество тепла. С повышением температуры данного инструмента уменьшается его износостойкость, поэтому долото необходимо постоянно охлаждать. Для этих целей используется промывочная жидкость. Она же освобождает скважину от раздробленной и измельчённой породы, вытесняя её через так называемое кольцевое пространство — пустую полость между внешней поверхностью бурильной колонны и внутренними стенками скважины. После прохождения сквозь очистную систему данная жидкость снова отправляется в забой.
Несмотря на тщательно просчитанную геометрию лопастей и армирование твёрдыми сплавами, долото буровое всегда будет самым изнашиваемым инструментом роторной буровой установки. Его регулярная замена — неотъемлемая составляющая рабочего процесса. Для этих целей используются так называемые «свечи» — блоки из нескольких труб. В зависимости от высоты буровой вышки и глубины скважины, длина свечи может варьироваться от 20 до 50 м. С целью упростить свинчивание, трубы оснащают замками с конической резьбой.
За последние 10 лет сфера применения роторных буровых установок существенно расширилась. Тому есть две причины: разработка и внедрение струйных шарошечных долот; появление мощных компрессоров и использование сжатого воздуха для очистки скважин от шлама. Но на этом развитие роторного бурения не останавливается: разработки в данной области ведутся постоянно.
Бурение скважин роторным способом выполняется с применением решетчатой или рамной вышки, на которой крепится подъемное оборудование и другие системы установки. Она обеспечивает возможность поднимать и опускать в ствол скважины протяженные участки бурильной колонны.
В составе установки может применяться электродвигатель или двигатель внутреннего сгорания. В качестве такого двигателя может использоваться ДВС транспортного средства, на котором смонтировано оборудование. Привод передает вращение от двигателя на ротор. На привод может быть возложена функция изменения диапазона оборотов вращения бурового инструмента.
Ротор с помощью зубчатой передачи преобразует вращение приводного вала во вращение детали, которую называют столом ротора. На оси стола есть отверстие для ведущей трубы бурильной колонны. Отверстие и сама колонна имеют квадратную, шестигранную или другую профилированную форму. По способу передачи усилия соединение напоминает шлицевое. Ведущая труба воспринимает крутящий момент от ротора, но сохраняет возможность свободно перемещаться в осевом направлении. Часть стола с профильным отверстием является съемной и может заменяться под различные типы труб. Эту деталь называют рабочим вкладышем.
Бурильная колонна состоит из отдельных труб, что соединены с ведущей трубой и между собой – разъемными муфтами. По трубам вращение передается на долото. Долото вращается и своими рабочими кромками разрушает породу в зоне забоя. Долото может иметь разные типы рабочих органов. Могут применяться алмазные, твердосплавные, композитные материалы. Форма кромок может быть режущей или с шарошками. В разных грунтах и слоях грунта оправдано применение разных типов рабочих граней долота.
Буровая колонна не воспринимает осевое усилие от ротора. Для исключения изгиба труб колонна должна пребывать в растянутом положении. Но и давление от рабочих органов на зону забоя тоже должно присутствовать. Усилие создается непосредственно над долотом, его обеспечивает повышенная масса специальных утяжеляющих труб. Действие силы тяжести распределяется следующим образом: ¾ массы давят на долото, а ¼ растягивает подвешенную буровую колонну.
.