Буровой инструмент

23.12.2016

Разрушение породы в забое шпура при бурении осуществляется буровым инструментом. Качество и конструкция бурового инструмента во многом определяют эффективность бурения шпуров. Материалом для изготовления бурового инструмента служат легированные стали, а также твердые сплавы.
Буровой инструмент для вращательного бурения шпуров состоит из штанги и съемного резца. Штанги изготовляют из витой углеродистой стали (У7 и У8) с ромбическим или реже прямоугольным сечением. Поперечные размеры прутков ромбического профиля выбираются в пределах от 30х16 до 42х20 мм; сталь с меньшими поперечными размерами используется для бурения неглубоких шпуров ручными сверлами. Витая сталь применяется для буровых штанг с целью удаления бурового шлама из шпура в процессе бурения.
При бурении шпуров колонковыми электросверлами с промывкой используются штанги, изготовленные из полой шестигранной стали. На одном конце штанги имеется головка для укрепления в ней резца, на другом — хвостовик, вставляемый при бурении в патрон шпинделя сверла.
Длина буровых штанг выбирается в зависимости от глубины буримых шпуров. Обычно бурение шпуров производится комплектом штанг длиной 0,8—1; 1,6—1,9; 2,6-2,8 м.
Основными элементами резцов являются: корпус, хвостовик и режущие перья. Резцы изготовляются из инструментальной или конструкционной сталей; перья армируются твердым сплавом. Существует довольно значительное количество различных конструкций резцов (табл. 6), они разделяются на резцы для ручных и колонковых сверл, для бурения по углю и породе (рис. 23).
Буровой инструмент
Буровой инструмент

Буровой инструмент для ударного бурения шпуров изготовляется цельным или составным (рис. 24). Цельные буры обычно имеют долотчатую головку, армированную твердым сплавом. Элементами составного бура являются штанга и съемная буровая коронка. Материалом для изготовления цельных буров служит углеродистая сталь У7 и У8, для составных буров — сталь У7, У8 и 45, а также специальная легированная сталь.
Цельные буры и штанги составных буров изготовляются из пустотелых стержней шестигранного или круглого сечения диаметром 22, 25, 28 и 32 мм.
Хвостовики буровых штанг (буров) изготовляют шестигранными с буртиками — для ручных молотков, шестигранными без буртиков — для телескопных и круглыми с двумя выступами — для колонковых перфораторов. Головка штанги для плотной насадки на нее буровой коронки делается конусной; резьбовое соединение штанги с буровой колонкой более сложно и менее удобно в эксплуатации. Буровые штанги выпускаются заводами различных типоразмеров длиной 700, 1300, 1600, 1900, 2500 мм и более. Индекс штанги, например БШ22-700, означает, что, диаметр штанги 22, а длина 700 мм. Длина штанг (буров) выбирается в зависимости от глубины буримых шпуров.
Буровой инструмент

Материалом для изготовления буровых коронок служит сталь марки 30хГСА и 30хГТ; буровые коронки армируются пластинами или цилиндрическими вставками твердых сплавов ВК6В, ВК8В и ВК15. Формы буровых коронок довольно разнообразны, однако для бурения шпуров в проходческих забоях применяют преимущественно крестовые и долотчатые буровые коронки (см. рис. 24). Kpeстовые коронки применяют в трещиноватых, а долотчатые — в монолитных, однородных породах.
Крестовые и долотчатые коронки выпускаются сериями нескольких типоразмеров с диаметром от 32 до 52 мм (табл. 7).
Типоразмер коронок обозначается двумя двухзначными цифрами, первой из которых обозначается диаметр коронки, второй — начальный диаметр посадочного конуса; например, индексом ККА-32-19 обозначается крестообразная коронка диаметром 32 мм, имеющая начальный диаметр конусной выемки для насадки коронки на штангу 19 мм.
Буровой инструмент

Изготовление и восстановление бурового инструмента. Изготовление и восстановление цельных буров и буровых штанг, восстановление съемных буровых коронок или резцов осуществляется в так называемых бурозаправочных мастерских. Комплект оборудования бурозаправочных мастерских должен обеспечивать механическую и термическую обработку металлов; в него входят: пламенная или электрическая нагревательная печь, бурозаправочный станок, масляная и водяная закалочные ванны, ящик с теплоизоляционным материалом (например, сухой известью), заточной и токарный станки и термоизмерительная аппаратура.
Нагревательные печи необходимы для нагрева буров или буровых штанг под рубку, ковку (высадку), нормализацию, отжиг и закалку.
Электрическая или пламенная на жидком топливе (нефти, мазуте) печь должна обеспечивать возможность нагрева буровой стали до 1100—1200 °C в течение непродолжительного времени (5—20 мин).
Буровой инструмент
Режимы нагрева буровой стали имеют огромное влияние на стойкость бурового инструмента и должны тщательно соблюдаться, контроль за температурой нагрева буров и штанг осуществляется с помощью термоэлектрических пирометров.
Бурозаправочный станок представляет собой пневматическую универсальную ковочную машину, предназначенную для изготовления и заправки (восстановления) буров, а также для изготовления и восстановления буровых штанг (рис. 25).
Буровой инструмент

При небольшом объеме горнопроходческих работ в геологоразведочных партиях нагрев буров может производиться в кузнечных горнах, а изготовление и заправка буров без бурозаправочных станков — вручную с помощью специальных матриц. Заточка затупленного бурового инструмента, армированного твердым сплавом, производится заточными кругами на заточных станках или с помощью небольших пневматических шлифовальных машин ШР (табл. 8).
Из технологических процессов изготовления и восстановления бурового инструмента выделим основные производственные операции.
Рубка и резка буровой стали. Изготовление буровых штанг и буров начинается с рубки или резки прутков буровой стали на заготовки требуемой длины. В процессе восстановления буровых штанг и буров также в ряде случаев приходится отрубать или отрезать их концы. Рубка стали может производиться на бурозаправочном станке с предварительным ее нагревом до температуры 550—600 °С. Резка стали осуществляется в холодном состоянии на отрезном станке с ножовочной пилой или токарном станке.
Изготовление и восстановление буровых штанг и буров. Буровые штанги изготовляют из заготовок буровой стали. Основной операцией изготовления буровых штанг является ковка (высадка) хвостовика, выполняемая на бурозаправочном станке после нагрева конца стальной заготовки до температуры 1050—1150°С. Откованный хвостовик буровой штанги для бурения перфораторами подвергают отжигу (хвостовики из стали 55С2, У7 и У8 нагреваются до температуры 750° и затем охлаждаются на воздухе; отжиг хвостовиков из стали 45 производят погружением не остывшей еще после ковки заготовки в сухую известь). После отжига хвостовики штанг, предназначенных для бурения с боковой промывкой или боковым отсосом, подвергают холодной обработке на токарном станке. Вслед за этими операциями производят поверхностную закалку хвостовиков; для закалки хвостовик необходимо в течение 8—10 мин нагреть до температуры 840—860 °С для стали 55С2; 800—820 °C для стали У7 и У8 и 820—840 °C для стали 45; хвостовики из сталей 55С2, У7 и У8 закаливают в масле, а из стали 45 — в воде.
Буровой инструмент

Головки штанг обтачивают; закалку конусных головок производят при бурении шпуров в породах с коэффициентом крепости более 12. Хвостовики буровых штанг для сверл подвергают нормализации, для чего их нагревают до 760—780 °C, выдерживают при этой температуре 10—15 мин и затем охлаждают на воздухе.
Изготовление цельных буров отличается от изготовления буровых штанг дополнительными операциями: ковкой (высадкой) головки бура и термической обработкой, устройством пазов для пластин твердого сплава и пайкой. При восстановлении деформированных или поломанных буровых штанг и буров могут выполняться перечисленные выше технологические операции.
Заточка бурового инструмента, армированного твердым сплавом. В процессе бурения буровой инструмент затупляется, вследствие чего производительность бурения снижается. Восстановление затупленных буровых коронок, резцов и буров, армированных твердым сплавом, производят путем их заточки. Буровой инструмент, армированный пластинами твердого сплава, выдерживает 8—12 заточек до полного износа, после чего подлежит заправке или списанию. Заточка бурового инструмента может производиться или непосредственно в горных выработках с помощью шлифовальных машинок ШР, или в бурозаправочной мастерской на заточных станках абразивными заточными кругами. Заточку рекомендуется производить с охлаждением коронок (резцов) водными растворами соды или мыльного стирального порошка; при сухой заточке нельзя допускать нагрева металла до появления побежалости.