автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Научно-практические основы создания бурового оборудования для сооружения восстающих выработок на угольных шахтах

министерство науки, высшей школы и технической

политики российской федерации

комитет по высшей школе ЗБАССКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На прапах рукописи

БОГОМОЛОВ Игорь Дмитриевич

УДК ,622.24.036.14

НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ БУРОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ СООРУЖЕНИЯ ВОССТАЮЩИХ ВЫРАБОТОК НА УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ

Специальность 05.05.06 — «Горные машины»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Кемерово 1992

Работа выполнена в Кузбасском политехническом институте и на Анжерском машиностроительном заводе (АО «Анжеро-маш»).

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор, заслуженный деятель науки РСФСР В. Ф. Горбунов

доктор технических наук, профессор, член-корреспондент Академии наук республики Кыргызстан Л- Т. Дворников

доктор технических наук, профессор А. И. Петров

Ведущее предприятие — Анжерский машиностроительный завод (АО «Анжеромаш»)

Защита диссертации состоится 14 декабря 1992 г. в 14-00 часов на заседании специализированного совета Д 063.70.01 при Кузбасском политехническом институте по адресу: 650026, г. Кемерово, 26, ул. Весенняя, 28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кузбасского политехнического института.

Телефон для справок (код 384-2) 23-26-87.

Автореферат разослан 12 ноября 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета Д 063. 70. 01 доктор технических наук, профессор

Б. Л. АЛЕКСАНДРОВ

Актуальность работы. Буровые работы в угольных чластах представлены дегазационными, нагнетательными, технологическими и другого назначения схоажкнами диаметром ^5-1500 мм, ооъем бурения которых превышает 3 тыс. ни а год* На угольных шахтах значительный объем скЬаасин диаметром 500 мы на крутых пластах разбуривается до большого диаметра специальным исполнительным оргечоц (расширителем) или преобразуется буровзрывным способом в технологическую выработку (углеспуск, грузовая п.чь, ходовая печь и т.д.) прямоугольной формы. Из-за несоответствия площади сочешя углеспуска условиям свободного истечения разру-пенпоЯ массы угля происходит его зависание. Ежемесячно до 9% рабочего времени затрачивается ь_. ликвидацию аварий из-за зии-сания угля. Ликвидация зависаний является одной из самых травмоопасных операции.

Расширение пробуренной сквьдины буровзрывными работами характеризуется неудовлетворительными санитарно-гигиеническими условиями труда (неудобство работы, запыленность, загазованность и '.д.) и присутствием людей в нарушенной вчрышом зоне рабочего пространства, что при одит к травмировании рабочих.

Опыт эксплуатации в Кузбассе буровых станков показал, что наиболее удобны легкие буроггтз стачки типа ЛЕС—5 и БГА-2Ы, впи-сыващиеся в сечение капиталка« н пр ыеяу.-очных выработо.:.

Отсутст ие оборудования для бургчия выработок прямоугольного сечения и больного диаметра, несоответствие разрушающего инструмента усложняй Ша и Шб групп пластов приводят a TOjy, что параметры подготовительных восстающих выработок на крут"х пластах не >довлетворяют технологии очистных рибог.

Рйзраблтка научно -практических основ создания нового бурового инструмента и механизированного способа сооружения восстающих вырабо.-ок путем бурения скважин прямоугольной и круглой форьМ с площадью сечения 1-2,2^ м*" в условиях Ша и Шб групп пластов и по породе являйся актуальной проблемой.

Диссертационная рябота выполнена в соответствии с пльиом Ш1Р Кузбасского политехнического института по программе 6: "Разработка технологии, оборудования и приборов для угольной промышленности", тема № 942-% и отраслевых планов iiHP А1УП СССР, Алжерского машзавода, п, огряммой "Уголь Кузбасса", являющейся составной частою регионально,, программ "Сибирь", в полняемой на основании постановления Ш1Т СССР и Президиума Ail СССР от

I3.07.b4 № ЗсЬ/%.

Цель работы - разработка научно-практических основ создания бурового оборудования для сооружения восст&юцих Еыработок на угольных »пахтах.

Идея работи заключается в кинематическом и конструктивном объединении разнофункциомалъного оборудования для сооружения восстающих выработок различной форма в единую механическую систему с обеспечением рабочих движений через буровой став от механизмов вращательно-штонговоло бурового станка.

Задача исследований;

- выбор критериев оценки прогрессивности сооружения восстающих выработок и повшение сроков службы разрушающего инструмента при бурении в условиях Ша и 1116 груш пластов!

- разработка унифицированного ряда исполнительных органов для буренля скважин до диаметра 1500 им круглой форш и с площадью сечзния до £,¡¿5 ьс прямоугольной формы;

- разработка теоретических основ бурения скважин фигурной фермы (прямоугольной, треугольной» овальной по периметру и конусной, ступенчатой по протяженности);

- разработка теоретических основ создания исполнительного органа с разрушающим инструментом движителем;

- разработка технических требований, схемы и определение конструктивных и режим (их параметров бурового комплекса для сооружения восстающих выработок.

Научные положения, выносимые на защиту и их новизна.

I. Методика оценки технологических схем сооружения восстаю-цих выработок и оборудования для их осуществления» - отличающаяся тем, что безопасность человека и его паергоэатрати кМ"*»*си определяющим фактором в системе "горний иаослв-чолийек-буроьое оборудование"* .

У, Область применения легких »{Ода?альнонитанговых станков для буркння сквшкин диаметром до и и выработок прямоугольной формы с площадью сечения до и'1 I» уо.-чяят Ша и Мб групп пластов и породе, ощ)едел.-»и«а-ч тишь ру ^уиакщиго инструмента и способом передачи крутящего моменте ь.ч инструмент,

3. Технология сооружения восстающих иирл'Ьяик .ча базе бурового оос-рудовалия, отличаш^адся использованием для возведении крепи механизма подачи бурового станка и универсального опорно-крепежного модуля.

4. Метод формирования профиля фигурной скиажюгн, обличающийся тем, что траектория движения задается посредством изменения длины выходного звена исполнительного органа или генерацией образующей по контуру • «■•шравлнудеп) сквалипы.

Ь» Способ управления прецессией исполнительиого органа, отличающийся тем, что уменьшение акпли'/удн колебаний осуществляется реализацией части усилия механизма подачи станка па распор опорных поверхностей активного стабилизатора в стенку скважины.

и. Структура я конструктивная схема комплекса для сооружения восстающих выработок, отлнчащиеся тем, что они базируются на разработанных вращательно-штанговсм станке, унифтшровшшцх исполнительных органах, унифицированном опорно-крепеяном модуле и модульных узлах вспомогательного оборудования.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций.

Научные положения, выводи и рекомендации, сформулироэанныо в диссертации, обоснованы сочетанием теоретических исследований с экспер»1мектальн№ш, проведенным)» г лабораторных к производственных условиях, применением методов математического анализ*, математической статистики и ЭВМ, сопоставлением расчетных показателей с опытными данники и результатами испытаний натурных образцов созданного бурового оборудования.

Достоверность научных положений подтверждена: согласованностью результатов теоретических исследований с экспериментальными данными, полученными » лабораториях и производственных условиях; опытом эксплуатации разработанного оборудования.

Личный р.клад заключается в систематизации подхода к оценке условий безопасности технологии сооружения восстающих выряботек по критериям соответствия подготовительных выработок технологи-« чесхим схемам очистных работ на крутых пластах; в разработке теоретических основ бурения скважин фигурной форда, теории исполнительного органа с разрушающим инструментом-движителем, аксперимзнт&ньно-теоретических моделей формирования нагрузок на комбинированном инструменте.

практическое значение работы заключается в установлении рациональных размеров углеспускннх наработок» создании и внедрении п практику унифицированных исполнительных органов для условий I, Я, Иб.и '¿а групп пластов и по породе с соответствующим

разрушающим инструментом; освоении выпуска некоторых видов разработанного оборудования; разработке рекомендаций.по выбору модульных конструкций навесного вспомогательного оборудовав-чя; выработке практических рекомендаций для сооружения госсгалцкх выработок.

Реализация выводов и рекомендаций. РазраОтанный уннфицмро-Ванный ряд бурового инструменте, явился основой для составления UiTa на подземнна буровые cri-чки. Разработанные конструкции бурового оборудования прошли широкую промышленную проверку на шахтах Кузбасса. Два типа станков и некоторые исполнительные органы выпускаются /г<керскшл шрглносгроительньш заводом.

"лробацил работы. Основные положения и результаты» содер-йщциесг в диссертации, докладывались: нй, научно-техянческшс коцфренццях студентов, научных сотрудников и профессорско-преподавательского состава Кузбасского политехнического 5й1стктуга tr. Неверове, 1У77-1У0УУ; всесоюзной. конвенции "Интенсивная и безотходная технология разработки угольных и сланцевых ueevo-рендений" 1г. Москва» 11" 39 »*,.); всесоюзно,м сечшаро на *з«у 'îâoBoe в теории, те оологии и технике бурения" (г* Мосхва» Î990 г.); всесоюзной коифренцин "Социально-зконоиячешсие прсо-asiiy достижения к а;, зкчого передала к эффективности развития производительных сил Кузбасса" (г. Кемерою, IS68 г.)» исесовз-н«и .конференции по развитию производительных сил Сибири "Уголь-•iui' комшгекс-ОО" (г. ЛениИск-Кузкеикий, I9JÜ г.).

Образцы исполнительных оргелов демонстрировались не выставке "Иаобретатели я рациш«йл"за?'с>гч - научно-техническому прогрессу" tr. Кеиорово, Wbti г.)} на выставках ВДНХ (г. Москва, 1979, I9B6, I9B9 г.), отмечет: двумя серебршшыми игдаляыи.

Публикации» ¿¡о теме диссертации опубликовано 210 пачатных работ, з состав яоторих входят тр»; книги, 153 статей, 94 авторских свидетельства «а'изобретения»

Объем работы. Диссертация состоит из »ведения. 8 гла.1е изложенных на 435 страницах и содержит 2Ш страниц машинописного ■ текста, III рисунксп, 61 таблицу, описок литературы иг 231 наименований»Ш прйлог.енкй.

ОСНОВНОЕ СОДЁР&АНИЕ РАБОТЫ

Больиой вклад в развитие бурения скважин большого диаыетра принадлежи« научно-исследовательским н проектно-конструкторским кнститу1им: ИГД им. A.A. Скочннского, институту ГД СО АН РФ, Гипруглемашу, Донгипроуглемшзу, ДонУГИ, КузНИУИ, Сибгкпроуг-лемашу, Дилерскому мадзаподу, Московское горному, ..овочер: ю-схому, Тульское, Иркутскому и Кузбасскому полнгктпчс лсии институтам. Наибольший вклад в область иг следования и создания ног'йс технических ре -ений по буровым машинам и инструменту внесли О.Д. Аликов, А.А:, Алейников, 1>.А. Катанов, Б.!1. Куту эв, Д.И. Кантоаич, 0.Д. Красников, А.Д. Кост«лев, Д.й. Крапивин, Н.Ф. Логунов, А.Ь. Лебедев, М.Т. Ыамасавдоа, Д.Н. Малик о«, A.A. Мо^илввский, И.О. {Медведев, В.Л. Иеретолчин, Е.З. Иоанн, А.И. Петров, Б.©. Скафа, H.H. Стр&быкин и др.

Целенаправленные исследования по бурешш сквшкин большого диаметр» выполнен!' на кафедре герн. х мааин и t.omлексо- КузНИ под руководством Ц.С, Сафохина и то учениками: В.А. Акуловым, Ш.И. Аксановым, А.Н. Ананьевым, В.И. Великеноэым, B.Ii. Дубровским, С.М. Карленко, i'.A. Мартыновым, P.P. Цасленникоьым, Л.Е. Ыаметьевыы, К.В. Начевым, В.'Л. Иетрогчы, Г.М. Снорнякогш:;, / .М. Цехиныы, Щербаковым и чр.

В Кузбассе резко разграничена область применена.. скважин. На пологом падении скважины бурятся с цель» профи-актики плас.а. На крутом падении ведут буровые работы как аналогичного naL.m-чеьия, так и для сооружения посстащиг выработок, которые эксплуатируются при :едении очистных работ в качестве углесп„z-ков, ходовых, грузовых и других по назначению выработок.

Пробуренная скважина диаметром 500 мм расширяется в технологическую выработку большого дт,аметра расширителем обратного хода, "ибо буровзрывным спосоСиМ в выработку прямоугольной формы площадью' сечения Оолее I, м^. «■

Исследоваьль условий бурения показало, что сквамины буря.ся по I, П, Ша и 1ÜÖ групп пластов одним и тем же разоущак^ин инструментом.

Дли крутых пласт iE Кузбасса полезность скважины определяет параметр "прямолинейность" ишажиыл. Значительный "'рак сквтип по этому параметру 1до 33%) резко удо;.- мает стоимость буровых

с

;абот.

"еследоваыге травматизма буровых р^бот на пологих и кру-тих пластах покаоало, что на пологом педет.л он связал п несовершенством конструкции станка и нелогичным действием операторов и лиц, нр~'одящи ся в зоне работы станка, и че оаь.юит от проияч димор проду ции 1т.е. скважины). На крутых пластах произведенная стелк а скваяина используется при гор. з-подгото-ълтельных, либо при очистных работах. 11с тому травматизм на кр< .-ых пластах рассматривается не только от несовершенства конструкции стилка и организационных при1"«», но и по результату эксплуатации скважин I ^выработки1 в технол; 'и:л очистных работ.

Резуяьт ты исследования травматизма позволили разработать матрицу отрицательных ьф^ктов базовой технологии сооружения восстакцих выработок 1 приведена в- работе К №"ение матрицы с учетом теории свободного истечения и установленного среднего размера куска полезного ископаемого позволило рекомендовать раз-к ры углеспусков для рази:«; типов щи.тов ( 50, 1070, 13Ш, 1500 мы), Чор^" ыощнзети установлен из условий эксплуатации буровых станков на шахтах Кузбасса л области .¡х применения.

В настоящее вреця удаляется большой вшшгние динамике работы .отдельных машин 'увеличению производительности» надежности и т.д.), тог„а как вопроси взшшо-вязки машин» горнэгэ массива и ^еловвка в едином трхнологичэском звене проработаны слабо. Ддя технологических схем сооружения ссстаюцхх Еыработок таь.де исследование вообще не проводились. Сопоставлением матриц отрицательных эффектов ^£ц»о'вай технологии соорукекля иосст&.лцих выработок и бурового оборудован..я установлено, что в системе "горный масснв-человен-Зуроьое оборудование" человек шляется об'. ;ктом, на который поэдейс вует горный массив, соответствие параметров горноподготовительных выработок технологии очистной выелгаи . орудия труде .Два первых фактора опрьдел ютоя горно- • геологи^ескик" и горно-гехничосшши условиями потребителя горного оборудования. Z¿e^¡.лй определяется конструкт/ ним ссершегот-вои бурового оборудования й его потенциальными техническими ^оз'».Зинос^ями, которые з^да-т и. готовитечь.

'патентным.: ..оследовшикз,:и, которые вы] шены в матрице "цель-средство достижения цел-.-^езульта' " установлено, что из су-¡цест: /юцего и перспективного оборудования можно потем логического перебора синтезировать рад те—юлогических схем для сооружения

восстающих выработс.. Исходя из альтернативного оборудования разраооташ четыре технологические; cxe-ш: А - Оуроэрквным споссоои, В - использованием маиини-расашрктеля, U - мазилой-расширителем и проталкивающей установкой для крепи, Д - i спол-нительньгм органом вращэтельно-гат^гозоги стзнк<., совмещенным с опорно-крепежным модулем.

Но нормативному показателю трудоемкость проведено сравнение альтернативных аркантов технологий.

Трудоемкость сооружений 1 ы выработки по брчовоП модели а составляет чел-мин; по е..еме Ь - iyv,'i чел.-мин; по схеме С-

it)ii,c чел-мин ; по схеме Д - 159,2 чел-мин.

Установлено, ч"о показатель "трудоемкость" не отражает безопасность на стадии проектирования технологической с;, „мы. Например, в схеме к операция осмотра и оборки забо.. является наименее трудоемкой (IU6 чел-мин), в то же г->емя в реальной технологии это наиболее травмоопасная операция для рабочего, занятого в технологическом цикле сооружения выработки.

Из результатов анализа методик и методов оце. ;и прогрессивности (прогресса), которые имеются в настоящей время, можно выделить четыре группы: методики и методы общегссударств' ного всеотраслевого нанраг.'енил» мет дики отраслевого уровни; методики единичного производства »пахта, карьер); методсчг оценки конкретного технологического процесса Ыч"стные работы, горноподготовительные работы, вспомогательные работу,

Б условиях нарождающегося рынка большое значение начинают играть стоимостные критерии, т.е. цена соорудования. Установить, согласуется ли критерий трудоемкость с иг енением стоимости, не представляется возможным. В условиях рынка критерии, в хоторыте не включены стоимостные показатели и для которых ■ ¿известно, согласуются ли и,. изменения с „змененчями с оимостчкх затрат, вряд ли пригодны для решения таких важных для развития техники вопросов, к ч выбор технологических схем горного производства (т.е. технологии).

При нахождении технического •гросня технологии сооружения восстающей выработки использовании мехш-.чесого органа бурового сташ:а кли ш-'шт-ряаилричала их1чаоовул скорое.о -(производительность) мохно определить из гчр&ченин

А к йО (-=-*- .tM)

К ГТ

где 1ч - подвиганио забоя ч» рейс бурения; tK - иремл работы по разруш' ию масскаа рабочим органом кд длину подвига^ ния забоя за один рейс; кгг - кооффицкеит готовности технологического оборудования; tи - производительность процессов, не совмещаемых с разрушением горного массива.

Следовательно» имеются показатели, отражающие ваяно Кике . цели технического прогресса,и разработать итигральный критерий . технического уровня возможно. Однако, объединение б одном критерии показателей безопасности, с одной стороны, стоимостного показателя и производительности технология, с другой, предполагает как норму "компенсацию" снижения безопасности, повышение'.* прибыльности проководса а, что неприемлемо по "оральным соображении» и угрозой статьи закона Уголовного кодекса за исход травмы для инженерно-технического состава. Б работе чыбор црогрессивьой технологии соорукения восстающей шрабо.иш осуществляется по следующему алгоритму,

Перьона' ивьно технологические процессы сравниваются по уровни безопасности и энергозатрат рабочих, занятых на выполнении рабочих операций. Затем из и- ",более безолаеннх жбиразотся удовлетворяющие по произвсдите-шизсти» а кз последних те, которые обеспечивает1 жшмэнь«::е стоимостные зетрпш.

Ддя оценки степени совершенства технологического процесса использова :?-? следуй;' :с поиг.эа'рли: li, - средние относительны« онергоэатряты горнорабочих; ht - когффициент относительной оп. аности труда; hi ~ коаффициен- относительной вредное:« труда; к^ - удельный вес ручных операций; стоимость

I м сооружения БосСатхки' a^t joroit; А « {¡роизЕодительиость, Но показатели энергозатрат на выполнение операций технологического процзссе.} при одиншювой численности бригад, лучшие результаты да»? схет С и Д, смергоз&трьты в схема Д несколько ниже, -*ем в схеме С. оотьясняется тем, что в схйнс Д отсутствует опег<Щйи по доионтачу и квредвнжг' установки УВТ для крепления.

Схемы сооружения машиной-расшфикзлем (В), а тем более БВР характеризуется большим количеством операция с высоким уровнем энергозатрат 14,7-16,2 хка^Лжн,

Но вероятности травмобяасн сти наименьший относительный по- • казатель к, имоэт схема С. При отой схь.е проходчики выведены

из восстающей выработки и осуществляется безлюдное крепление методом продавливали« кольцеобразной колонны крепи. Фактор травмоопасности рабочего на месте работы существенно уменьшен, так как кольца крепи собираются на сопряжении восстающей выработки со штреком. Но санитарно-гигиенический условиям труда лучшие показатели дает технологическая схема С. Установлено (табл. I), что имеется два альтернативных варианта технологии сооружения восстающих выработок с примерно равными возможное-тяш!.

Таблица I

Технологические схемы Относительные критерии техпроцесса

К, К ь, с,

Схема А 0,51 0,8 0,48 0,69 50,74

Схема В 0,4? 0,65 0,46 0,65 40,61

Схема С 0,44 0,51 0,44 0,62 108,83

Схема Д 0,42 0,56 0,45 0,56 30,94.

Определяя место рассматривавши в работе вопросам научного обоснования выбора прогрессивной технологии ссоруиения восстающей выработки посредством бурения и эффективности функционирования исполнительных органов буровых станков на перспективу следует отметить, что они, с одной стороны, являются часть» проблемы прогнозирования научно-технического прогресса, а с другой - связаны с проблемой механического разрушения углей (горных пород).

Применительно к станкам подземного бурения по угольным пластам, специального инструмента ^резцов, шарошек) заводы не производят. Для создания исполнительных органов используются серийно выпускаемый резцы дли очистных и проходческих комбайнов.

применение эффективного разрушающего инструмента еще не гарантия того, что сквшина удовлетворяет технологическую схему. Например, скважина "на вшила" в заданнув точку на верхнем штрек*;,

т.е. она не проходит по критерию - "на равленность", скважину нельзя бурить передним ходом диаметром ЬОО • м (критерий гаде • обильность).

Забурник выпольле" роль устройства» задающего "прт: линейность" с*г зжине. Прям'танейность характеризуется отклонением оси забурника от пр эктной оси скважины, что обуслопено возможностью его переко-а из-за наличия диаметрального зазора и изгиб-ноГ деформации тела забурника ^т действия поперечных сил, которые возникают 1.ри работе расширителя переднего хода.

Уменьшить угол отклонения возможно ликвидацией зазоров, а также увеличением жесткости за счет выбора рациональной формы сечения. Параметры длины и жесткости забурника определены из аналитических и экспериментальных исследовании. Для удержания бурового става на ос,»'скважины используются опорные фонвр". (стабилизаторы. . Серийно выпутаются стабилизаторы, не ликридкрую-о, е зазоры между опор^оом поверхностями и стенкой скваашш. Зазоры приводят к перекосу стабилизатора, что сказываемой на параметре 'прямолинейность".- Рациона >ная кс струкция активного стабилизатора (рис. I) наедена пу .ем применения параметрического метода-разрешения противоречив в технике. В основу разрешения противоречия легла вдел использования Привода механизма подачи сгонка для ликвидации зазоров.

Установ-йно, при отсутствии центрации головного участка бурового става скважина приобретает вид многогранника. Определена зависимость отклоняющего усилия, действующего : 1 расширгтель

Р » НОВ + С,51 Рое » где - усилие подачи, .шалитичесхай модель необходимого усилия распора Рр « Р^ Р/п., где

'.'.- угол ьаклона тгп, г. - количество опорных поверхностей. Особенностями р;. 5оты резцов типа РКС на исполнительных органах буровмх станков являться: постоянны.» контакт ; эзтв с забоем; постоя, лая точцина с.ружки (г.ри условии ^,:Coпдt ); условие вписывания резцов в ¡ср^гог.ю траекторию 1.а малых по -,иусах вра-ще ия (100-250 км).

-На рис. а представлена ^авсимость потребляемой мощности эле^тродвигат ¡^ м вращателя от углов о<. <• % при разрушении углецеменп^го блока о,,.« -)чным реяцом РКС-1. Минимум лотребляе-ыой ••ощности наблюдается при значении углов Ы. 5Ь-65°, р> » 32° и о(. ■ 60-67°, ^з = 58°. Резец, ориентированный

Рис. 1. Активный стаоияизоте/з

'Ступицы^ ¿ал ■ 4 -олчця£ОЛ м/ф/по.

3 - Г

л У

•5 0 &0 7С Ы.гроЭ

Рис. 2. Зойисимее/гн, потрголяемой мощности о/7» угло ¡¿'.при ( »

Рис.3 Расширит*** с резцами

РКС:

Рис. к. ЪисКо&иа срго*

диаметрам 1$ООпм: i~taл; Ъ'коописе-лзчи- 3- диски.

иод углами сС =. 50-65° и J2> «= 32°, во всем диапазоне исследуемых диаметров (200«о00 мм) ира^апся. Установка резца под Л = 60-67° и jb = 50° приводит к неравномерному вращению. Зависимость I на рис. 2 характеризует отсутствие вращения резца. Рекомендованы рациональные значения углов et » 62° и J& г. 32°. Установлено, шаг резания не должен превышать 40 ым. При цате более 40 км резец не осуществляет бокового скола. Из-за малого вылета керна резца Wß им) ке.чрезцовый целик разрушается телом резцедержателя.

Импульсивный характер компоненты разрушения определил модель вращения на основе дифферащиальиого уравнении взаимодействия резца с упруговяаким массивом

f (t) * С OlVliidi * к V(t) ,

dt t2)

где T - постоянная времени массива; С - жесткость массива, проявляющаяся по отношению к шедр<лш> S (О - JV{t)dt ;

К - вязкость массива» t - врэмя» Реакция массива при постоянной скорости ( V» ) резца описывается импульсной функцией,

Опереяамщий скол является необходимым условием вращения резца ГНС в резцедержателе. Ьрищанхцчй иомеит па резце

mtf s [pt kteo»jbünf* * p* >:s cftifx * рд <, cihp jh. diu 1,

13)

где и - угол между осью рззца и горизонтально!:, плоскостью;

- угол разворота резца; % - угол при вершине конуса керна; Ь- - тшщчна стружки; Рг , Р, , р, - соответственно векторы касательной, боковой и осевой составляющих усилия резания массива; Кг , , Ку - коэффициент пропорциональности

Момент сил трения Мгр в местах контакта резца с резцедержателем •

г0 Гсо& 6> (г-'.",)). р сот А .

= ^— - £г " * ^ *

- рм- Ру(г-г.Ул л ^

* (Р,м} <■ Р, Ип н •К ^ } с, , {4)

где с - радиус цилиндрической части отверстия резцедержателе;

г, - радиус торца цилиндрической части резца; - коэффициент трения для Пары трущихся поверхностей, ■ - расстояние

от вершины керна до мест контакта тела резца с резцедержателем.

Условие вращения ( М > ) резца ¡'КС в резцедержателе можег бы.ь представлено в седо: Ру > М Р, * 1,И Рд.

Абсолютные значения составляющих усилия резания РЛ , Рй , Рг ноепт переменкой характер.

Хрупкое разрушение массива, носящее характер опере, аюцего ..;<ола, приводит к тону, что в зтот период составляющие ус:.лия резания Рг и Рх , действующие на резец, незначительны по сравнению с составляющей Р.. .

Применение расширителя с поворотными резцами (рис. 3) дл" бурения по породе с = Ь-В существенного аффекта не принесло из-за больших энергетических зетрат на разрушение.

Исследование критериев разрушения (онергленкоеть, • силие подачи и т.д.) горного массива инструментом, работающим по принципу резания (резцысхола (диског :е пароик; ), раздав; ;ви!ия (зубчатые шарошки) погаоало, что наиболее перспективным для условий породного забоя 1диеыегр сквшыны до ¿00 "и) является использование комбинации р^гу^е-скалываю^его инструмента, а для сква-яшн большего диаметра - скалывающего.

Моделирование гхе1!ц взаимодействия сил на комбинированном инструненте показало, что сложение полей напряжений Jт резцов и иарошек, а также наличие оонаженних поверхностей у внешних и внутренних гране 1 дисков в значительной нерв влияет на сило' ые параметры разрушения.

испоен*ши геок тр'<ческик-1 параметрами рабочей части ободе многовенцовой шарашки при комбинированном разрушении являются: угол заострения £ и задний уюл ¿ь . Установлено, У10Л £~ сле зет считать в диапазоне = 40-45°, а угол 1Ь в диапазоне £ а 25- 30°. Установ- .'но, что при Р* от 400 до ЬОО Н/мм^ скорость бурени.. и энергоемкость изменяются незначительна. При

= оОО-ЭОО наблюдается интенсивный рост усилий на

инструменте и сш...сение производительности бурения.

Срашп.^елг'ые испытания к мбина_,ии резцов с дьок- чими и зубчаты. .1 шарошками, чо- озали, что резцово-д;.-¡новый инструмент обеспечивает _,<орос?ь бурени • в' 2,С- ряза вше, а энергоемкость

и 1,5 раза I.лжч, чем комбинации резцов с зубчатыми шарошками.

С учетом теплового нагрева инструмента для расширителей переднего хода частота вращения не "олжна превышать а =7" мин-*. Из условия одноразового прокатывания шарошки для разруцрчия шаг ^'.зания (t ) до._хен выбираться из диапаз на значений X » 28км. С возрастанием усилия^ подачи (глубины стружки) скорость 6-фения, крутящий момент и потребляемая мощность увеличиваются} а энергоемкость разрушенил уменьшается.

Совокупности- влияния основных параметров на-показатели бурения оценеп уравнениями тожественной корреляции

Р= (0,013'} +3,УН)Р, нН,р. (9 . Ю"4^ + 0,ЗК)Ро (5)

Но результатам исаледовг 1ий разработан расширитель с 'комбинированным икструментог, имеющем параметры; диа! .тр калибрующего венца многодисковой шарошк" 230 мм, уол заострения венцов 45°, задний угол 30°, шаг расстановки 35 мм, номинальный диаметр бурения 500 мм. Скорость бур ния в усле иях породного забоя достигал, дс м/ч.

Полученные результаты и данные раоот, ранее проведенных на кафе-?е горных машин и комплексов КузШ, позволили выбрать параметры разрушающего ^.струмента: диаметр шарошки 280 мм; /гол заострения 38 угол установки гчролки относительно плоскости забоя 1С-230- радиус притупления режуцей кромки 1,8 мм.

Ша; Л1ыми испыта"ияыи дисовых исполнительных органов диаметром 1200--15СЭ ¡..л (рис. 4) установлено, что ыощностные параметры (18,5 кБт) станка позволит обеспечить аысокую скорость бурения (до 3,6 м/ч) при бурени скважин диаметром до 1500 мм.

Сравнительными ..спытаниями резцовых и дискс.зых исполнитель-I ъпс органов, проведенных в адекватных горне геологических ¿ловлях, установлено, что дисковые имею™ меньшую онергоемкость по сравне..ию ре новыми фис. 5).

I'р&фики функций спектральной плотности потребляемой мощности 'рис. 6) для дисковых'расширителей показывают, чте имеется экстремум на кинематической частоте. Дисперсии мог'чостк возникает с увел! 1ешюм диаметра скважины, что „видетольствует об увеличили динамичности работы испытательного органа. Исследованиями установлено смещение оси разбуриваемой скванш.л относительно ос: оиере«а«4ей ск1.а2и.-:у у расширителе»:, работащих без стабили-

4> к . rr~ V»- «a «O

A шу* «M* 4> О

И1Ц '¿Vfi ■c» CM Hï

t4

*

«а

«I

• - * £ T t i

Ï5 — .___

S «Л. « 5 P S

О «M ío

réf.,¡'H î

*Э (g

заторов. У резцов'<х расширителей смещение дост; .'ало Ш мм. Установлено: в диапазоне диаметров сквахин X300-Î50Û мм при длине Vu-b<J v. наблюдается "силовой" оарьер применения г>лект|0-дьигателя вращателя мощностью Id,b кЬт в условий" угольно-породного забоя.

Разбуривание скважин большого диаметра связано со значительным удалением разувающего инструмента от оси скважины. Если на малых радиусах разбуривания скорость инструмента минимал. .а, то на периферийных участках она максимальна и определяется частотой вращеи!«' бурового стива и диаметром скважины. Установлен", что дальнейшее совершен« ование исполнительных г огонов для условий у -оль..о-породного и породного забоя долкно бить направлено ¡¡а исключение влияния диаметра скважины на скорость взаимодействия инструмента с забоем скваиины.

Газработаны конструкция разруканцего инструмента с режущей хромкой nepei ' ;нной кривчэны и исполнительный орган с разрукшщим инструмеитон-движителем, получившего название активный инструмент.

Отличительной особенное ю активного mhctj, мента лдвипителя) (рис. 7) является то, что он нагружен усилием подачи и индивидуальным крутящим моментом. Окружное усилие ( Рек >, развиваемое активным инструменте,.!, реализуется на создание силы Т , сообщающей корпусу чрыцатель ое движение относительна оси схвгшшы и Рг на проо"оление сопротивления качению. Pt4 t Т * Р„ , где Р. - сила на преодоление сопрот! ления качению; Т члговое усилие шарошки.

Крутяш"й момент от бу эвогс с mira передается ~олу 1, передаточному механизму 2-5» От воздействия усилия передаточный механизм 2-3 трасформируется в-планетарии» f у которого неподвижным звено?.: лвляется забой скважины, а роль сателлит", приводящего'в движение водило (корпус Ь), выполняет породоразруоающий инг ру-кент 4.

Установлено, что момент ка активной' шарошке пр: постоянных её геометрических параметрах и физико-леханических свойствах разрушаемого массива,не зависит от диаметра скваминн, а, на пассивной ¡ларошке момент возрастает с увеличением диаметра скважины.

. ¡арнду с исследованиями кии латлк:; движ-нин исполнительного органа с. активными иарошками разработана ut :одика расчета нагрузки на пазруиаихцёк кнетрум ' ¡те. Методика предполагает исполь-

кование длп расчета нагрузки на активных и пассивных шарошках площади контакта ревущей кромки инструмента " массивом и удельного давления, денете кхц-зго со стороны эе.Оол на царошку.

Нлоцядь контактируемой поверхности определяется с учетом геометрии режущей кромки зубчато-рисково". шартгги

и---Ь--

■ -

- Й141 П$ } - £ л ,

16) '

де Й р'*ц,иус закругления режуцей кромки зуба "арошки; 8 -/гол оаострения зуба шарошки; & ■ ( К * Я ^п ¿>) ; и ~ ширина нояки зуба; Н, - глубина внедрения.

Для оценки нагруж»нности инг-румента первостепенное „наченив- имеет изучение напряженного состояния массива. На основе качественного и количественного анализа, выполненного с применением метода фотоупругости, Ом установлен характер напряженного состояния массива и распределения удельных давлений ппи работе здрошек ч активном и пассивном режимах.

Составляющие нагрузки в ,ориэоктадьной вертикальной плоскостях определяются из выражении

Л;'= Л- = Л*

и момент сопротивления перемещению

М ' г (р1 * * Н. Ра + 1*4, рз. ш>

где 1 - радиус .¡трошки; X ~ центральный уг^л, ограниченный шагом зубьев; - радиус цапфы; - коэффициент трения скольжения лезвия по городе; ^ - коэффициент трени" в с.юре шарошки.

Исследование напряженного состояния массива изволило установить влияние геометрии и схемы нагрумения инструмента на фор мирование нагруики при работе шарошек в активном и пассивном режимах. Критерием оценки напряженного состояния массива и его разрушаемос*и принято соотношение прочностных характеристик.

Регультаты анализа картин изолиний максимальных екглывающих напряжений показали„ что под активной шароа ой глубина скалыва-шя увеличивается в 1,4 раза по сравнении с пассивной.

Установлено, что при работе в активном р^химе рациональный радиус кривизны режущей кромки зуба шарошки заключен з диапазоне ,40-1)4 мм при Р"с.ате -уба 50 да и диаметре шарошки 2Ь0 мм ^рис.ЬЧ Установлено, что при увеличении диаметр« скваиины скорость перемещения активной шарошки остается постоянной, в то время ка: у пассивной, она возрастает -ропорциональнс ди; аетру. с>та особенность оказывает отрицательное влияние на работу пассивной шарошки» ухудшает процесс скалывания и объясняет различие в' характи-ое поведения зависимостей М*р

Цри б,\ ;ении исж лнительпыл органами с г"ссисными шарошкап рациональней шаг резания составляет 60-90 мы» а активными иа-ро.жами - 60-100 мм (рис. 10). хтивнал работа исполньгель-нсго органа для этих значений тага-обеспечивается усилием подачи 10-15 кН (развиваемом т одно», п ссивной шарошке * и соответс-^ен-но 0,1- 1,1 кН на активной шарошке {рис. II). Рациональная часто-? та вращения активной шарошки соответствует 25-36 а пас-

сивно,! - 40-65 мин™^. Активная шаоошка при большой частоте вращения пробуксовывает, осуществлял фрезерование забоя (Рис,

Шахтными гегштаниямч исполнительного 01 "ана с -активным разрушавшим инструментом установлено снижение онергс -.мкости бурения в условиях породного забоя на 30% по сравнению с исполнительным органом, оснащег.'ым пассивными шарошками.

В основу теоретических основ созданиг исполнительных о ^рано., для бурения скважин некру1..ой формы загохены: принцип изменения длины выходного звена исполнительно.-о органа и принцип формообразования поверхнос.-... Применительно к исполнительным

M ç?

К PC

У У

- V /

N H* ><]

к tK№uinet neeeniM^'

52 о то s го ton ?>,»« Fui.9 За£исимоел-,е *pyтьщею момента (Мкр), скорости бурения (vï/t зтргоймк^пт^н^

orr¡ L i а мр Tip Q скбошцыы.

I

с

iiOC

9S0

4

-t

И,

*

timui чаи |\|f{, j i - — J"ütutSnat

10 чС tC i O »Uf

Рис. 10. ¿cSucumoc/пь кру/Пещгго мома»то [ cxop^trr.u сурй ни Я тарtcîrttOîmu

шаго раония при Syptauu по порода.

-1 »1 ?!

•t «o i.

x1

•í. í

< >-

<ijo qn

?so z j,14

го tu é ооо тс. :■ ¡ьаво р, iT PlíC. 11. Зависимость крхтяшего моменте/ (к<р), Скорости оуренир (Y¿), знгргсемкослп От yc^.i Jf подачи г.-ju Сургнии г. уijihS,

£ а

V

'S

pli)' ■

Toa 2 -

-, 1 Vi

\

J I — 4 'jH*/ —— \r.cttuê

2S /•S 7O n.t muh'Ï

Рис. 12. Зобисимс^/nt- крутрщаго моменте

С\с?ости 'уремия (Vf), ' ia.piazi*Kcert:u(tfJ), on иостоть/ ¿рощания

i

органам буроглх станков количество движений ограничено, так как забой (поверхность разрушения) неподвижен. Поэтому задавать форму поверхности, следовательно, и профиль скважины, южно только за счет соответствующего перемещения разрушающего инструмента в пространстве и месте контакта его с ~абоем.

Работа исшлни"";льного органа должна удовлетворять следующим ребованиям: раз; уиащий инструмент точно воспроизводит заданную 1с"чьую (прямую), соответствующую контуру скважины; исполнительный орге.'; вписывается в сечение, оконтуренное заданной кривой; I 1струмент обеспечивает разрушение массиьа по всей площади сечения скважипы.

Закон движения ведущих звеньев определяется на основе син-. .¿за механизма по заданной траектории рабочего звена (рис. 13). Траекторию рабочего звена задаем'в соотвотстьии с контуром сква-гчны: олли'с, прямоуголы ш, треугольник.

Для эллипса имев! : Хц ~ а.еоли>Ь , У< • _ парамет-

рические уравнения двихеь^я точки А (точка на оси рг.„очего инструмента) по эллипсу, гт,е а. , 6 - по-уоси оллипса; -угловая скорость вращения бурово- т става; ± - время.

Тогда

г . м

.-де ^ ■ - полярный радиус точки А

углу поворота бурового .става б « и>£ ,

Для прямоугольника: на участке ей,: X ;

а <л1д Уд

(9)

соответствующий

О

аЬу ¿ЬЬ при ге а./ем

О,

по)

на участке'

с£ е: -с «

4 при Ь0*

¿/а

2.и>

г :

(II)

с

где а » Ь - длина пс :овины сторон пряыоупльника; tt ,

■fcn - момент времени, соответствую^., начальному и конечному положению точки на участке траекторьл cd и d е, Для треугольника:

2 * all an ¿t * |) (i2)

где a - QA -- Уз t toiZO' = ,

i - длина стороны треугольника. Движение рабочего органа (т.Л ) достаточно рассмотреть для промежут :а времени ie ~ О, t* - ^/¿.А ~ для рис. О,а " »3,6 л t о * 0, t «г я • j^j- для рис. О, в.

k-следованы кривошипно-кулисный механизм и механизм с гидро-цилиндрии, в которых звено переиенной длины ^О,- Данное устройство вращается вокруг оси Ог с угловой скоростью u) iCO/tit. За счет управления длгчой звена переменной .длины получим

переменную т;-лекторию точки А . Зная заданную траектои» z*z(t) можно определить закон движения звена переменной длины zs s га(t) или, если за управляемое эвс to выбрать луч ОД . то угол поворота его ^ (t), •

Законы изменения г} » г, (t) звено переменной длины и угла поворота луча» на которой установлен рабочий инструмент и»« в зависимое ч от вре* ни, для п лучения уллип-чческой, прямоуго"ь~ ной и треугольной формы представлены на рис. 14, а, б, в.

Кинематический йетод исследован! поверхностей предполагает, что возникновение поверхности в пространстве обусловлено движением образ-тощей по напрсе чще!..

Направляющая известна - ато полярный радиус 2. * 2 (t) , соответствующий определенному углу поьирота бурового става

Q = и, t .Направляемая лежит в неподвижной плоскости - на периферии поверхности сквашшы. Образующая подвижна в пространс ве и должна сфорш'ювать поверхность тела, к mi: \е гася без скольжения по неподвижной поверхности.

Условие отсутствия скольжения исполняется, tели общие точки поверхностей, сос зетствуюцих направляющей и гбразущей. лежат на мгновенной оси вращения . Заданный контур скважины вос-про. вводится поворотом направля. дей 1 на угол б вокруг центральной оек скважины, мгновенная ось ьра-иения it лежит в неподвижней кутковоЙ торцевс: плоскости сквакины, т.е. тело,

выполняющее заданное движение, : ¡еет одну неподвижною т^чку и.^и отсутствии подачи вдоль оси скважины), лежащую на пересечении отих осей (т. О ). Ось праще"Ип | самого тела доплат лежать между осями 2 и 01 и иметь с ними обаяло точку 0 , т.е. форма поверхности ~ конус..

Обра^уюцая и направляющая существенно различаются от време! ноге параметра, что предъявляет определенные условия к угловым скоростям, синтезируемого механизма и бурового става.

Установленный характер перемещения образующей позьилил разработать конструкции исполнительного оргг >.а д.»я бурения Сивахин прямоугольной формы рис. 15). Принята редукторная схема испол нительного органа с размещением разрушающих конусов на выхо„лых валах регуктора. Исходя из условия статического равновесия количество резруиаицих конусов выбрано четным. Количество резцов на одной разрушающем конусе (при установке одного резца в линий резания) определяется п. * (А'^/ь » где 9- - поле .ина диагонали поперечного сечения буримой прямоугольной выработку е. -радиус е~ережаищеС с.:важины; t • шаг резания (разрушения). Общее количество реэпэв на исполнительном органе //г к,к1 , где к, - количество резцов в линии резания; К1 - количество разрушающих кинусов.

Условием стабилизации уг~ов внряб-1тки в пространстве лв: те^-ся исключеьле воз»ю).шости поворота "орпусд исполнительного органа. Модель формирования момента поворота на корпусе Мкер = Мл*(¥ • • гдэ Мл" момент вынужденного трения; М; ч М2 - встречно направленные моменты, действующие на корпус и об^словлеь.1ые усилиями |ш резцах разрушающих конусо£ 1-го и П-.-о ярусов.

Мг(д; ; , где £[- радиус приложения уси. ш

от резца коронки относительно вращения коппуса исполнительного органа; */ - число резцов на разрушающем органе; ¿.¡^ - сила реоания на I -том резце; - угол поворота I -того 1ззца относительно точки начад„ отсчета. При г^ ~ для с.

от 1 до д/ Мх . Но г в £ (А) , где А - сопротивляе-

мость пласта резанию, является вечичиной, имеющей вероятностнил характер, поэтому = возможна только в однородном массиве.

Поэтому п<.лолпительнцй ор.ан до^ен быть оснащен устройством, выполняющим две функ /л.. стабилизацию корпуса исполнительного органа в пространстве и ооеслечивать ¿пергщии креп :ш;я выработки

Модели стабилизации корпуса Мк»р< ¿Рр-гг , где Рр -необходимое усилие распора; 2У - радиус приложения усилия распора относительно оси опорно-крепежного мл^улн.

Промышленные испытания исполнительного органа были проиеде-ны в два ьтаг.а. Иериый отап предусматривал замеры онергомехани-леских показателей работы бурового станка. Второй отап составлял подготовку щ; .-■ового столба к отработке путем сооружения восстающих выработок методом рейсов го бурения.

С учетом полученных результатов при шахтных испытаниях исполнительных органов была Доработана конструкция бурового станка. >1аштания станка на ра-пи * (ых пластах показали: скорость бурения скважин по Пласту хУ "ьнутреннчй" 0 130, ЫЮ и 1300 мм, соответственно, составила до 24; и; ъ й/ч; по пласту "Мощный" соответственно, до .и; 10} 2 м/ч. Эксплуатационная производительность. ь.-аяка при бурении и разбури!аник скважины длиной УО к, с учето» транспортирпания станка от скважины к скважине, составила 14 м в сиену, при скЕачсино диаметром ЬЬО мм, и 10 м' в смену для скванины 0 ЛИЛ) мм. При глубине скважины чй~ю м оксплуатационная производительность составила 10-12 и/смену.

Установлено, что технологическая схема сооружения восстающих выработок методом рейсового бурения на базе в] щательно-штанго-лого станка унифицировании;; ясполкительпых органов для бурения скважин как круглой, ,ак и прямоугольной формы требует создания универсального опорно-крепежного модуля обеспечивав »'о операции крепления выработок как круглой, так и пр...«¡угольной формы и фиксацию пространственного положения корпуса исполнительного органа при бурении прямоугольной выработки.

Результат испытания технологической схемы сооружения восстающих выработок методом рейсового бурения; время бурения одного рейса (2,£> м) - до 25 мин; машинное врем станка составило до рейса сооружения восстающей выработки; среднемесячная производительность по сооружению - дс 2,6 м/скеиу; максимальная производительность составил. Ь м/емзну. С опорно-крепежного модуля осуществляется засечка сбое!., пои проведении сбоек бурение и крепление ходовой печи Не велось.

Опенка мощностаых параметров бурового станка проведена в зависимости от технической скорости бурения и размеров сечений

сооружаемой выра^тки Мр • * *■ к/ес. , где -

мощность холостого хода и определяс ''ся потерями на трение в редукторе бурового стши 1 и расширителя (до 3,2 кЬт); -мощность, потребляемая опережающей ступенью ра^иштеля; Немощность, потребляемая разрушающими конусами паеширигэля. 11а рис. 16 приведена планограмма выбора моцностных параметров вр г иеля станка при бурении прямоугольных скважин в зависимости от скорости подачи. На рис, 17 технологическая схема сооружения иосстаащих выработок.

Затраты времени на спуско-подьемные работы по наращ..ванию и демонтажу бурового става и уровень травматизма при их выполнении, а также опыт ведения буровых работ в выбросоопасных пластах, определяют создание базового станка -¡уровто комплекса с механизированным наращиванием и демонтажем бурового става. Комплекс устро' ггв, Зеспечннаюцих механизацию спуско-подъемных устройств, должен быть выполнен в виде навесного (модульного) рабочего оборудования. Сущность блочно-модульного пг'нципа состоит в создании комплекса различного функционалоного назначения из оптимального количества типоразмеров первичных олементов-модулей. И соответствии с этим модуль - самостоятельный элемент, :ыполнякщиП определенную функцию (функции), с определен-чми габаритными .. присоединительными размерами, нормированными выход ннми пара; ■■ трами. Применительно к буровому комплексу такими модулями являются: исполнительный ор1ан, буровоГ инструмент (штанги, фонари, стабилизаторы), опорно-крепежный модуль, буровой станок, г.^регружатель. Ь^имените—оно к станку моделями являются: основание, привод, параллели, подхват, патрон, кассета, манипулятор» Модульный вариант обепечивает выпуск бурового комплекса двух т"пов исполнения, что позволит шахтам при бретать оборудование без принудительного ценового давления со стороны иэ1 ото! теля.

Использование модульного принципа обеспечивае! возможность модернизации комплекса (. станка) как о сфере производства (изготовитель), так ь а сфере эксплуатации ^потре^чтель). Модернизацию бозмозшо осуществлять путем замены ус аревиего модуля бглее совершенном.

Создание комнле-са с широкимспектром нсчмокностей сооружения ъссетак: IX гчработок необходимой формы и гиющаД1 сечения позволит

~п штр \

,n(J, _ /7 Технологическая гхекц ссорумг чим ёосст^ющьх ¿ырооота•-.

шахтам заказывать вид бурового оборудовали«, который соответствует принятой технологии и горн геологический условие, использование механизмов станка для крепления восстающей выработки с опопно-крепежно^о модуля оОеспечиьает минимальный разрыв в операциях сооружения восстающей выработки.

аш'ш

В диссертационной работе на базе теоретических и экспериментальных исследовании, результатов опишо-проыышленных испытаний решена крупная народнохозяйственная проблема по разработке научно-практических основ создания бурового оборудования нового технического уровня д.)..! сооружения восстающих выработок на угольных шахта-.,

Основные выводы ..о работе.

I. Систематизирован подход к оценке условий и безопасности технологии сооружения востауцих выработок по критериям соот- » ветствия подготовительных выработок технологическим схемам оч^тных работ на крутых пла^гах. ■

'¿. Определены технико-технологические параметры вращатель. итанговкх станков и установлен мощностнил Предел (1Ь,а кВт) эффективно:, области применения вращательного станка по критерию '¿оссы, габаритных размеров,, эксплуатационных возможностей буре- _ нм скважин диаметром более ЬОО мм и протяженностью свыше 70 м.

3. Разработана инженерная методика расчета усилия распора сорных поьо'рхносией .активных стабилизаторов о стенку скважины, исходя из просринственного положения тяг стабилизирующего устройства и реализации части уснл..я от механизма подачи бурового ст-нка. Р-дионал ными параметрами активного стабилизатора является угол наклона тяг 40-45° и усил ;я напора 0,3-0,5 максимального усилия подачи.

4. Экспериментально-ш алитчческим путем обоснована модел1 вращения пог">] тного резца, которая реализована в реальных конструктива с схемах ра' 'иирителей переднего и обратно'о хода. Экспериментально найдены рациональные пространственные углы

с4 и (атаки, рагзорота), геометрические {диаметр лобовой ыноговенишой зароили, задний угол, угол заострения, радиус

режущей кромки) и режимные (шаг резания, частота вращения, усилие подачи) парс.-:етры для бурения а лород"х с разными фмзико-механическими характеристиками.

5. Определены области эффективного применения исполнительных органов буровых станков с различными типами разруыа»щ;»х инструментов: длг радиальных резцов I и Л группы пластов, поворотных резцов lila и 1116 групп пластов перекатывающего инструмента - породы cf» 4-6. Применение исполнительных органов .с разрушающим инструментом соответствующим физико-механическим характеристикам горного массива, гбеспечивает снижение удельного расхода инструмента в 1,41-2,5 раза.

6. Поэтапное создание и производственные испытания созданного бурового оборудеэшшя: станка, расширителей прямого и обратного хода, стабилизаторов» опорно~крепг -кного модуля, перегружателя определили вид комплекса для сооружения восстающей выработки механизированным способом. Внедрение комплекса в производство предопределило разработку технологической схемы сооружения восстающей выработки.

7. Рекомендовано использование в качестве базового станок

с приводом вращения 1й,5 кВт и модульным лавег-шы оборудованием,

8. Реальный сконсылчсски'Л эффект от внедрения некоторых результатов работы в це .ах 1990 года составляет более 27 млн.руб.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в следующих работах:

I, Богомолов И.Д., Цехин A.M. Взаимодействие активных зубчатых шарошек с забоем скважины //Механизация горных работ: Сб. науч. -р. ДузПИ. - Кемерово, 1978. - Вып. № 2 - с.121-126.

2« Богомолов И.Д., Цехин А.Ы. Вл-яние геометрии режущей кромки и режима работы дисковой шарошки на картину распределения напряжений в забое скважины //механизация горных работ: сб. науч. тр. / КузШ. - Кемерочо, 1978. - Вып. № 2. - с. 126-128.

3. Сафохин М.С., Богомолов И.Д Бурение скважин большого диаметра и протяженности легкими бу^осбоечными машинами // Уго-.ь Украины, 1978. - ti> b. - с. 28-30.

4. Богомолов Л.Д., Цехин A.M. Определение нагрузки на режущей кромке активной дисковой иарошки // Механизация работ на рудниках. СО. науч. тр. /КузШ. - Кемерово» 197У. - Вып. № 3. -с. 88-92.

Ь. Спфохин M.С., Богомолов И,Д. Увеличение диаметра угле-спуска - резерв снижения травматизма //Безопасность труда в промышленности - i960. - № 9. - c.MJ-Ö2.

о. Сафохин М.С., Богомолов И.Д,, СереОряков А.И. Результаты исследований дисковых расширителен // Угольное машиностроение / ЩШИуголь, И., 19ti0. - Вып, J.O. - с. 1-5,

?. Сафсхин М.С., Богомолов Начев К.Б. О бурении сква-

жин большого диаметра в крутых пластах // Шахтное строительство. i960. - № 5. - с. 2Ö-30.

Ь. Сафохин М.С., Богомолов И.Д., пачев К.В. Об использовании резцов PKC-I на исполнительных органах буросбоечных машин // Шахтное строительство - 19У2. - 12. - с. 14-16.

9. Богомолов И.Д. йахтные испытания расиирителей позой конструкции // Горноиеталлургическал промышленность. - 19ВЗ. -

» 4. - с. 12-15.

10. Богомолов И.Д. Расширитель скважин с автоматической заменой раэрушалцего инструмента //Сб.науч.тр. /ЦнМИТЗЙтжмаш, М., I9B4. - Вып. в. - с. 1-4.

11. Звягин B.Ü., СереОряков А.Н., Богомолов И.Д. Выбор частоты вращения инструмента при бурении по углю восстающих скважин// Шахтное строительотьо. - 1984. - № 4« - с. 26-27.

12. Богомолов И.Д. Оасрио-центрирушее устройство //Экспресс-инфорышуш. Отечественный опыт /ЦгШИТаИтадмаш. М„, 19Ь4. -

Вып. 9. - с. 1-3.

13. Ссфохин М.С., Богомолов И.Д., Начев К.В. Новая конструкция расаирихеля для бурения восстащих скважин диаметром bOü мм //Шахтное строительство. - 19Ь4. - M 9. - с. 11-14.

14. Сафохин M.G., Богомолов И.Д., Начев К.В. Ü создании новых типов стабилизаторов для буровых машин //Уголь Украины. -1985. - » 2. - с. 31-33.

15. Сафохин M.G., Богомолов И.Д,, Скорняков Н.М., Цехин л.М. Машины и инструменты для бурения скважин на угольных шахтах. -Ы., Недра, Iödft. - 212 с.

16. Влияние параметров режима бурения на показатели работы расширителя с резцами PKC-Ï и И-79 Б /И.Д. Богомолов, К.В. Начев /КузПй. - Кемерово, I9ÙÔ. - 21 с. - Деп. в УШЭИугодь 20.02.06 » 3Ö32.

17. Богомолов И.Д.» Кутихин В.Г., Бурцев В.Ю. К вопросу

улучшения использования анергии взрыва //Механизация горных работ: Межвуэ. сб.науч.тр. /Kyallll. - Кемерово, 19Ь6, -с. 131—140.

IÖ, Богомолов И.Д. Проведение восстающих выработок в крутых пластах бурением скважин большого диаметра // Уголь Украины. I9u7. - № 8. - с. 14-16.

19. Богомолов И.Д., Начев К.В., Бурцев B.W. Механизированное проведение восстающих выработок //Безопасность труда в промышленности. - 196Ü. - № Ь. - п. 42-44.

20. Богомолов И.Д., Бурцев В.Ю. Исполнительный орган буровой машины P11-I0W. - В кн: Перспективная и безотходная технология разработки угольных и сланцевых месторождений //Сб.науч. тр. И1Д им. А.д. Скочинского. - I9b9. - с. 93-94.

21. Сафохин U.C., Богомолов И.Д., Скорняков U.M. Машинист бурового станка. М.: Недра, 1990. - 272 с.

22. Богомолов И.Д. Шахтные испытания раиширит£,чей обратного хода //Механизация горных работ. Сб. науч. тр. /КузШ. - Кемерово, 199J. - с. 176- IVti.

23. Богомолов И.Д., Начев Я.В., Цехин Л.И. Разработка и океплуатация новых видов оборудования для бурения скважин большого диаметра //Уголь. 1990. - № 10. - с:. 25-27.

24. Сафохин ii.fi., Богомолов И.Д,, Начев К.В. О проведении восстающих выработок по углю вращательно-планговыми бурошми станками //Уголь. 1991. - № 9. - е. 3b-37.

25. Богомолов И.Д., Цехин A.M. К вопросу бурения скиашн в угольных пластах //Механизация горних работ: об.науч. тр./ КуэНИ. - Кемерово, 1992. - с. 71-7ь.

'26. Соколова К,К., Богомолов И.Д. Моделирование устройств бурения сквалин с поперечным сечением некруглой формы //¡Ь'ха-низация горных работ:сб. науч. тр. /Kyalüi. - Кемерово, 1992. -с. 7U-ЬЗ.

2?. A.c. 794174 СССР Е21В 17/10. Центрирующее устройство / U.C. Сафохин, И.Д. Богомолов, К.В. Начев и др. KyaliH. - Опубл. 07.()i.dl. - Бнл. № I.

2d. a.c. ¡я9297 СССР К2Ш 40/40. Опорно-направляющей устройство дли бурения и расширения опережающей скважины /М.С. Сг-.фо-хил, И.Д. Богомолов, К.В. Начев и др, КуэНИ. - Опубл. ПММ.Ы,-бюл. н? 1.3,

29. A.c. I4J490I СССР E2IBI7/UÜ Бургзой став для бурения восстающих выработок /И.Д. Богомолов, К.В. Н-.чев, О.И. Крин и др. KyaiM. - Опубл. 07.U6.b9. - Бюл. ^ 21.

30. A.c. 1625961 СССР E2IC9/0Ü Опорный фонарь бурового счава /И.Д. Богомолов, Ч.В. Начев, О.И. Ьрин и др. КузНИ.-Опубл. 07.02.91. - Ьгч. » 5.

31. A.c. 66562^ СССР Е21С17/00 Расширитель обратного хода/ U.C. Cai эхин, И.Д. Богомолов, К.В. Начев и др. Kyalilrl. - Опубл. 15.09.79 te 34.

34. A.c. 16Ш92? СССР Е21Ы7/00 Устройство для бурения восстающей внчаботки прямоугольного сечения /11.Д. Богомолов, К.Ь. иачев, Г.Н. Чепля и др. Куз1М. Опубл. 30.09.91. -bojt. te 36.

33. A.c. 1162963 wCP E21C11/02 Буросбоечная машина /U.C. Сафохин, И.Д Богомолов, K.J. Начев. hyallH. - Опубл. 23.06.65.-Бюг. Jh 23.

34. а.с. 1262033 СССР £¿1011/02 Буровая машина /U.C. Сафо-хин, И.Д. Богомолов, К.В. Нечев и др. ЧузШ. Опубл. 07.10.66.-ьюл. k 37.

oj» " à«c« 1472664 СССР Е21Си/02 Буровая ышина /М.Д. Богомолов, К.В.- Начев, B.C. Ермолаев и др. КузШ,- Опубл. 25.03.tiV. -Бюл. > 14.

36. a.c. 1566656 СССР E2IB7/2Ö, E2IC1/00 Способ разбуривачия вс стающих скважин /U.C. Сафо^ин, И.Д. Богомолов, Ù.B. Начев, B.C. Етюлаев и др. КузнИ. - Опубл. 30.06.90. - Бюл. № 32.

37. авторские свидетельства, полученные в процесса выполнения исследований и составляющие патентное дерево: 499399, Ьо2394, 6u9t:ai; 62061-., 62ö3uö, 66204?, 6b5b20, 602642, 771323, 715706, 7x7323, 732544, 7".9212, 739226, 754037, 759714 , 771323, 76i313, 7oi3ü5, '7b54bl, dU035i, blr,199, b25640, 625o95, b2W77, 646560, 046620, -ö7'i72. 674962,,ö7b901. ö7t>yu2, ОоЗЗОб, OOJ3y9, 667605, 901455 , 907213, 9l26l" >, У35Г09, 949172, 9Lo?42, 960<uü, "jüu-ilV, 9oO''2b, 962606 , 9Ö410U, 966379 , 9 6360, 9b3244, 903240, 9o5277, 94902*3, 1006744, 101649b, Ю 120'7, 1067190, 109904., 1Ю3007, 1256У76, 12524"!, 1262022, 1262043, 127U2ü2, 1323725, 140636?, I4l6bn3, 147 ЛОи, Ï5007c -Iü0994l. 16ü4o7u, 16bU927.