Филиппов Иван Иванович, к т. н., профессор учебно-методический комплекс

Вид материала

Учебно-методический комплекс

Содержание Разработка породы при проходке тоннелей 1 и поступает в компрессор 2 2.2. Проходческие комбайны 2.3. Взрывные работы Расположение шпуров Взрывчатые вещества. Средства взрывания и заряжания шпуров. Взрывание шпуров. Гладкое взрывание. 5.6. Бурение шпуров Пневматические перфораторы. Телескопные перфораторы Колонковые перфораторы Колонковые перфораторы Легкие и средние ручные перфораторы Буры и буровые коронки. Электрические сверла. Устройства для установки бурильных машин. Установки для бурильных машин вращательно-ударного действия.

Подобный материал:

• Корниенко Сергей Иванович, доктор исторических наук, профессор кафедры новейшей истории, 248.33kb.
• Алексунин Владимир Алексеевич, профессор, к э. н., профессор кафедры маркетинга и рекламы, 1296.15kb.
• Автор Баташов Сергей Иванович (Ф. И. О) учебно-методический комплекс, 414.78kb.
• Климов Иван Андреевич, доктор философских наук, профессор учебно-методический комплекс, 2577.41kb.
• Слонов Людин Хачимович Доктор биологических наук, профессор, профессор кафедры ботаники, 823.83kb.
• Литвинюк Александр Александрович д э. н., профессор должность профессор учебно-методический, 654.29kb.
• Панкратов Леонид Васильевич Д. т н., профессор учебно-методический комплекс, 948.73kb.
• Шевчук Иван Викторович, преподаватель учебно-методический комплекс, 654.01kb.
• Чиркун Сергей Иванович учебно-методический комплекс, 257.6kb.
• Парамонова Татьяна Николаевна д э. н., профессор Красюк Ирина Николаевна к э. н., доцент,, 1704.02kb.

Глава 2

РАЗРАБОТКА ПОРОДЫ ПРИ ПРОХОДКЕ ТОННЕЛЕЙ


2.1. Способы разработки грунта ручными и механизированными инструментами.

Особенностью подземных работ, по сравнению с надземными, является необходимость создания выработки достаточных размеров для того, чтобы разместить запроектированное подземное сооружение. Разработка грунта, подлежащего удалению, и его перемещение к месту отвала является чрезвычайно трудоемкими процессами, требующими максимальной механизации. Выбор способа и средств механизированной разработки определяется прежде всего свойствами грунтов (твердость, вязкость, упругость, трещиноватость). При работе в слабых и неустойчивых грунтах, требующих тщательного крепления, подчистке и подборке в устойчивых грунтах (грунты I, II, III, IV категории f=0,4-0,6; 0,6-1; 1-1,5; 1,5-2 соответственно), применяют пневматические инструменты – лопаты, отбойные молотки, ломы и пики (кирки), работающие при давлении сжатого воздуха 0,4-0,55 МПа. К.п.д. и производительность отбойного молотка возрастают с увеличением массы молотка и давления сжатого воздуха, а также с уменьшением массы рабочего инструмента – пики.

Пневматические инструменты дешевы, просты по конструкции и безопасны в обращении, но их применение требует устройства компрессорной со значительным резервом производительности и давления, так как коэффициент полезного действия их низок (менее 0,15), а потери в сети велики. Ширина рабочего места забойщика принимается от 0,7 до 1 м. Средняя производительность труда забойщика за смену 1,4-4 м³

Для обеспечения подземных работ сжатым воздухом у каждого входа в выработку устраивают компрессорные станции (рис. 2.11). Иногда сооружают центральные компрессорные, обслуживающие несколько участков работ. Стационарные компрессоры поршневого типа – одно- и двухступенчатые – имеют производительность от 10 до 200 м³/мин и охлаждаются водой, расход которой составляет 5-7 л на 1 м³ сжимаемого воздуха.

Атмосферный воздух объемом V_k (расход сжатого воздуха на один инструмент – 0,9-1,25 м³/мин) проходит через фильтр 1 и поступает в компрессор 2, где сжимается до требуемого давления Р_к.

Для выравнивания колебаний давления сжатого воздуха в сети, улавливания содержащихся в нем пыли, воды и масла, в начале воздухопровода оборудуют воздухосборник 3 (ресивер) вместимостью, м³ не менее у стационарных и у передвижных компрессоров. Воздухосборник располагают вне помещения компрессорной и снабжают предохранительными клапанами и ограждениями.

Сжатый воздух поступает к забоям по стальным трубам диаметром 100-300 мм, соединенным электросваркой или на фланцах с резиновыми прокладками и уложенными с продольным уклоном не менее 0,3-0,5% в направлении движения сжатого воздуха для обеспечения стока конденсирующейся воды к водоотделителям, располагаемым через каждые 500-600 м. Диаметры труб назначают в соответствии с расходом воздуха, в связи с чем при наличии ответвлений уменьшают диаметры по мере удаления от компрессорной. К забою воздух подводят по стальным газовым трубам диаметром 32-50 мм. Для присоединения резиновых шлангов от пневматических инструментов (диаметр 22-25 мм и длина 10-15 м) в забое устанавливают воздухораспределитель с патрубками, кранами и манометром для контроля давления сжатого воздуха у инструментов.

Потери давления на самой длиной линии воздухопровода не должны превышать 10-15%. Это достигают подбором труб и их плотным стыкованием.

Тип и число компрессоров подбирают в зависимости от расхода и необходимого давления сжатого воздуха у забоя с обеспечением резерва производительности установки не менее 50%.


2.2. Проходческие комбайны


Современным направлением в разработке грунтов в подземных выработках является применение проходческих комбайнов. Комбайны представляют собой самоходные машины на гусеничном ходу, имеющие для отбойки грунта стреловидный рабочий орган с резцами, армированными твердыми сплавами, и устройство для погрузки грунта нагребающими лапами на скребковый транспортер-перегружатель. Например, комбайн ПК-9Р (рис. 2.12), имеющий массу 30 т, способен с одного положения обработать забой шириной 5,5 м и высотой до 3,9 м. Проходческий комбайн позволяет увеличить в 2-2,2 раза темпы проходки и в 1,5-1,7 раза производительность труда строителей за счет совмещения операций разрушения и погрузки грунта, непрерывности проходческого цикла. Однако применение проходческих комбайнов ограничено мягкими, слабоабразивными грунтами с коэффициентом крепости, не превышающим 5.

К существенным недостаткам разработки грунта комбайнами относятся: энергоемкость процесса его разрушения, в 8-12 раз большая, чем при взрывном способе, высокий расход дефицитных твердых сплавов, большие габариты и масса комбайнов, а также пылеобразование, требующее специального оборудования для пылеподавления.

В настоящее время проходческие комбайны применяют преимущественно в горном деле; при строительстве транспортных тоннелей широкого распространения не получили.


2.3. Взрывные работы


Наиболее распространенный и эффективный способ разработки скальных и полускальных грунтов – их взрывание, которое может быть обычным или гладким. Оно дешево и обеспечивает высокие скорости проходки. К преимуществам взрывного способа относятся его универсальность, мобильность и низкая энергоемкость, а также высокая производительность труда, несмотря на многооперационность и прерывистость цикла работ.

Для размещения зарядов ВВ при взрывном способе бурят шпуры (скважины диаметром  100 мм), поэтому обычно применяют термин «буровзрывные работы». Все буровзрывные работы производят в соответствии с Правилами безопасности при взрывных работах.

Ц и к л б у р о в з р ы в н ы х р а б о т представляет собой ряд последовательных операций, производимых для разрушения забоя на некоторую глубину, называемую глбиной заходки. В состав цикла входят основные работы (разметка шпуров в забое, установка бурового инструмента, бурение, заряжание и взрывание шпуров, проветривание забоя после взрыва, оборка контура и забоя выработки, уборка взорванного грунта и в случае необходимости установка временной крепи) и вспомогательные (наращивание путей, кабелей и трубопроводов, водоотлив и операции по разбивке оси и сечений выработки). Вспомогательные работы ведут одновременно с основными, их производство не влияет на продолжительность цикла.

В результате взрыва стенки шпура разрушаются не по всей его длине. Донная часть шпура (так называемый «стакан») подвергается лишь некоторому расширению, и часть шпура оказывается неиспользованной. Отношение длины W использованной части шпура к его полной длине l_к называют коэффициентом использования шпура:

η=W / l_к.

В горизонтальных выработках η обычно составляет 0,8-0,9.

Взрываемый грунт зажат окружающим горным массивом, поэтому целесообразно образовывать дополнительные поверхности обнажения, освобождающие грунт от зажима и облегчающие условия его взрывния.

Для этого в первую очередь взрывают более глубокие врубовые шпуры 1, сходящиеся под углом α и имеющие большие заряды, создавая в забое врубовую воронку 2, вруб (рис. 2.13). Остальные шпуры (отбойные) работают при взрыве с уменьшенной ЛНС (линия наименьшего сопротивления – кратчайшее расстояние от центра заряда до поверхности обнажения) и разрушают грунт более эффективно. Отбойные шпуры делят на вспомогательные 3 и контурные 4. В результате взрывания комплекта шпуров, забуренных на его глубину l_к, забой продвигается на глубину заходки W. Практика показывает, что при механизированной погрузке ВВ и применение легких бурильных машин целесообразно бурить шпуры глубиной 2,5-3 м, а при применении тяжелых бурильных машин – глубиной 3-4 м. Глубина шпуров в отстающем забое, взрываемом при двух плоскостях обнажения, принимают равной или в 2 раза большей глубины в передовом забое.

В практике буровзрывных работ выработано большое число типов врубов, соответствующих разнообразным условиям проведения подземных выработок (рис. 2.14).

Тип вруба выбирают с учетом удобства бурения врубовых шпуров. В горизонтальных выработках наиболее удобны для бурения горизонтальные шпуры; в вертикальных ходках – шпуры, буримые снизу вверх с помощью телескопных перфораторов, поэтому в горизонтальных выработках рекомендуется применение вертикального центрального клиновых врубов, дающих хорошие результаты при разном направлении слоистости.

В крепких скальных грунтах клиновые врубы могут быть усилены различными способами: путем первоочередного образования воронки вспомогательного клинового вруба меньшей чем у основной глубины, или размещением по оси вруба незаряженной скважины диаметром 75-100 мм, образующей дополнительную поверхность обнажения и одновременно используемой для уточнения геологических условий перед забоем.

Расположение шпуров. Расположение шпуров в забое должно обеспечить намеченную глубину заходки с максимальным использованием длины шпуров, правильное оконтуривание выработки, а также кучность отброса взорванного грунта и необходимую для производительной работы погрузочной машины кусковатость последнего. Наряду с этим нужно обеспечить сохранение от повреждений грунтов вокруг выработки и прежде в ее кровле.

Отбойные шпуры разрушают основную массу грунта, когда имеется воронка, образованная взрывом врубовых шпуров I I I (рис.2.15). Они делятся на вспомогательные I для расширения вруба и I I – контурные – для обеспечения правильного проектного очертания выработки. Шпуры размещают так, чтобы на каждые шпур приходился примерно одинаковый объем взрываемого грунта. Концы всех шпуров должны находиться в одной плоскости, перпендикулярной оси выработки. При этом концы контурных шпуров располагают на проектном контуре выработки. Длину отбойных шпуров назначают больше намеченной глубины заходки с учетом коэффициента использования шпура, полученного при пробных взрывах. Контурные шпуры располагают под углом 80-85˚ к плоскости забоя, чем и определяется удаление их отверстий от контура выработки. Очередность взрывания групп шпуров показана на рис. 2.15 арабскими цифрами.

Для обеспечения правильной формы сечения выработки, сокращения переборов грунта и перерасхода бетона для их заполнения желательно уменьшать расстояние между контурными шпурами и количество ВВ в каждом из них, точнее их располагать и бурить, а также рассредоточивать заряд ВВ по длине шпура. Оптимальное расстояние между контурными шпурами определяют в процессе проходки выработки.


Взрывчатые вещества. Выбор вида ВВ и определение его количества, необходимого для взрывания забоя на глубину заходки, обуславливаются крепостью грунта, влажностью выработки, глубиной заходки, требуемой крупностью кусков и экономическими соображениями.

При проходке подземных выработок чаще пользуются аммонитами, которые представляют собой широкий класс ВВ, получающихся при механическом смешении аммиачной селитры с нитропроизводными. Они дешевы и безопасны в обращении, но имеют сравнительно небольшую плотность, гигроскопичны и склонны к слеживанию.

Эти недостатки преодолеваются выпуском ВВ повышенной водостойкости, как динафталит и аммонит 6ЖВ, и плотности, таких как прессованные аммониты.

Число шпуров, необходимых для продвижения забоя на глубину заходки W , зависит в первую очередь от таких факторов, как свойства грунта, площадь забоя, конструкция заряда и число плоскостей, ограничивающих забой. Наиболее простым и распространенным на практике является способ определения числа шпуров, при котором находят массу ВВ, необходимую для разрушения грунта в объеме, соответствующем глубине заходки, а затем – число шпуров, нужное для размещения получающегося общего заряда.

Количество ВВ, обеспечивающее разрушение 1 м³ обуренного грунта, называют удельным расходом ВВ. Удельный расход q₀, кг/м³, зависит от крепости и трещиноватости грунта, площади сечения выработки, рода ВВ и способа заряжения шпуров.

Для выработок сечением более 20 м² с одной плоскостью обнажения в грунтах с коэффициентом крепости f = 16 ÷ 18 удельный расход ВВ может быть определен по формуле ВНИИ транспортного строительства, обобщающей данные практики тоннелестроения:



где S – площадь поперечного сечения выработки, м²; е – коэффициент относительного расхода ВВ; ψ- коэффициент плотности заряжания, равный 1,1 при заряжании патронами и на 1,0 при пневмозарядке рассыпными ВВ; ω – коэффициент структуры и трещиноватости грунта, изменяющийся от 1,9 до 2,0 для монолитных плотных грунтов и до 0,6-0,8 для сильнотрещиноватых грунтов.

Расход ВВ на разрушение грунта отбойными шпурами

,

где S_вр – площадь врубовой воронки, м²; l_k – глубина комплекта отбойных шпуров, м.

Число отбойных (вспомогательных и контурных) шпуров, нужное для размещения количества ВВ, равного Q₀, определяют по формуле



где q₁ – масса ВВ на 1 м шпура с учетом степени его заполнения:

q₁=0,001к₃ рV,

где к₃ – коэффициент заполнения шпура зарядом; р – плотность ВВ в патронах; V – объем 1 м цилиндрического колонкового заряда.

Масса заряда отбойного шпура

q_отб=q₁l_k

Массу заряда врубового шпура, работающего в условиях большого зажима грунта, принимают на 15-20 % больше.


Средства взрывания и заряжания шпуров. В практике проходки тоннельных выработок наиболее распространено электрическое взрывание с применением электродетонаторов (ЭД).

Кроме мгновенно взрывающихся электродетонаторов ЭД, имеются электродетонаторы замедленного действия ЭД-ЗД с замедлениями 0,5; 0,75; 1; 1,5; 2; 4; 6; 8 и 10 с, в которых между воспламенительной головкой и индицирующим веществом находится столбик замедляющего состава, обеспечивающего необходимое время замедления.

При короткозамедленном взрывании применяют электродетонаторы ЭД-КЗ с интервалами замедления, выражающимися в миллисекундах (например, 25, 50, 75, 100, 150 и 250 мс). Перед заряжанием шпуры очищают от буровой муки для размещения заряда в их наиболее глубокой части. Заряд, состоящий из нескольких патронов ВВ, один из которых со вставленным в него электродетонатором является боевиком, вводят в шпур. Устье шпура заполняют забойкой из смеси крупного песка с жирной глиной (1 : 3) при влажности 7-10 %.

Патрон-боевик 2 обычно ставят первым от устья шпура (рис. 2.16). В этом случае более безопасно уплотнение большей части заряда, состоящей из инертных патронов 1. В случае необходимости (например, при гладком взрывании контурных шпуров) допускается помещать патрон-боевик у дна шпура.

В выработках большого сечения, к которым относятся транспортные тоннели, работы по заряжанию шпуров выполняют с площадок буровых рам и подмостей. Если забой обуривают с помощью самоходной установки и буровые подмости отсутствуют, для заряжания используют специальную монтажную машину на гусеничном ходу с шарнирной стрелой. С рабочей площадки такой машины-гидроподъемника можно производить разнообразные операции: заряжания шпуров, оборку кровли и стен выработки и установку анкерной и арочной крепи.


Взрывание шпуров. Электрическое взрывание применимо при проходке выработок любого размера (в том числе вертикальных и наклонных) и единственно допустимо в выработках, опасных по газу и пыли.

Перед взрыванием в забое монтируют взрывную цепь, состоящую из детонаторов, соединительных и магистральных проводов. Источником тока служат взрывные машинки или электросеть переменного тока напряжением 127/380 В.

При электрическом взрывании обеспечивается безопасность условий труда, так как включение тока производится из укрытия, однако оно требует назначения в помощь взрывнику электрика. При наличии в забое высокого потенциала блуждающих токов рекомендуется переходить на электроогневое взрывание, при котором электрический импульс с помощью электрозажигательных патрончиков воспламеняет группы огнепроводных шпуров, заканчивающихся капсюлями-детонаторами в патронах-боевиках.

Современным направлением взрывной техники является применение короткозамедленного взрывания с интервалами между взрывами 10-100 мс.

Максимальная эффективность взрывания обеспечивается правильным подбором интервала замедления в соответствии с конкретными условиями забоя. Для уменьшения разброса грунта и предотвращения повреждения крепи целесообразно принимать интервал между взрывами врубовых и первой группы отбойных шпуров до 50 мс, чтобы грунт не успел сдвинутся из врубовой воронки, а интервал между взрывами групп отбойных шпуров 10-25 мс.

Гладкое взрывание. Для совершенствования способов проходки выработок в скальных грунтах огромное значение имеет сокращение переборов за пределами проектного контура, достигающих в зависимости от геологических условий и сечения выработки 8-20 % его площади.

Переборы искажают форму выработки, увеличивают объемы работ по погрузки и транспорту грунта и значительно (на 50-80%) повышают расход бетона для заполнения пространства за проектным контуром выработки.

Приближение контура выработки к проектному может быть достигнуто с помощью гладкого (контурного) взрывания, которое позволяет сократить переборы до 5-10 см, уменьшить расход бетона на их заполнение в 1,5-2 раза и погрузочно-транспортные расходы, а также снизить общую стоимость сооружения тоннеля на 20-40 %, несмотря на некоторое повышение стоимости буровзрывных работ.

Кроме того, обеспечение правильной формы выработки повышает ее устойчивость и создает благоприятные условия для применения современных видов временной крепи (анкерная, арочная, набрызг-бетон) и сборных железобетонных обделок.

Условиями гладкого взрывания являются: расположение контурных шпуров в непосредственной близости к проектной поверхности выработки; уменьшение дробящего действия их зарядов за счет применения ВВ с минимальной бризантностью (например, аммонит ПЖВ-20); бурение контурных шпуров коронками, диаметр которых существенно превышает диаметр патронов ВВ (например, 42 и 32 мм); рассредоточение зарядов по их длине за счет устройства между патронами ВВ воздушных промежутков.

При гладком взрывании, эффективном при коэффициенте крепости грунта f3 (с учетом трещиноватости), шпуры, удовлетворяющие перечисленным выше условиям, располагают по контуру выработки с шагом а_к (см.) в зависимости от крепости грунтов и глубины заходки, и взрывают в последнюю очередь или перед взрыванием подошвенных шпуров. Эффективность гладкого взрывания зависит от точности бурения контурных шпуров. Поэтому рекомендуют применять шпуры глубиной до 2,5 м, так как иначе возрастает из возможное отклонение при бурении. Машинное бурение с буровых рам обеспечивает большую точность и расширяет границы уверенного применения гладкого взрывания.

Расстояние от устья контурного шпура до проектного очертания выработки, зависящее от технических возможностей бурового оборудования, должно быть как можно меньше и не превышать 10 см. Направление контурных шпуров должно приближаться к параллельному оси выработки с расположением донной части шпуров на проектном контуре или в случае очень крепких скальных грунтов - незначительно за его пределами.

Конструкция заряда контурного шпура изображена на рис. 2.17а. В донной части шпура размещаются два патрона ВВ повышенной бризантности (например, скальный аммонит № 1), один их которых является боевиком 1. Таким образом, обеспечивается повышение коэффициента использования шпура. Остальные патроны 3 пониженной бризантности и иногда уменьшенной (до 100 г) массы отделяются друг от друга деревянными прокладками 2 сечением 15 х 15 мм и длиной а.

Устье шпура заполняют забойкой 5, длину которой принимают минимальной (0,15-0,20 длины шпура).

При коэффициенте крепости грунта f=38 расход ВВ составляет 0,3-0,5 кг на 1 м длины шпура и длина прокладок а может достигать 20-30 см. При таких больших промежутках между патронами для обеспечения устойчивой передачи детонации от боевика вдоль заряда прокладывают детонирующий шпур 4 (рис.2.17б).

В крепких скальных грунтах с f8, требующих большего расхода ВВ (0,5-0,7 кг на 1 м шпура), применяют прокладки меньшей длины (до 3-5 см). При коротких воздушных промежутках, меньших длины передачи детонации, потребность в детонирующем шнуре отпадает (рис.2.17в).

Для получения более правильной сводчатой поверхности выработки, особенно в слабых и средней крепости скальных грунтах, можно рекомендовать заряжать контурные шпуры через один, оставляя незаряженные шпуры в качестве дополнительных поверхностей обнажения.

Для взрывания контурных шпуров применяют электродетонаторы с одной степенью замедления.

При гладком взрывании задают шаг контурных шпуров в зависимости от крепости и трещиноватости грунта и находят W_к ширины контура полости, образуемой взрыванием вспомогательных отбойных шпуров, по формуле



где а_к - шаг контурных шпуров, назначаемый от 60 до 80 см при f=46, до 30-50 см при f=10-12; m - коэффициент сближения, равный 1,0 для слабых трещиноватых (f=13) и 0,6 для крепких монолитных грунтов (f=1420).

Если гладкое взрывание распространяется только на свод и стены выработки (рис. 2.18), площадь забоя, взрываемая контурными шпурами, равна

S_к= L_к W_к

где L_к - длина линии, по которой расположены контурные шпуры.

Остальная часть забоя выработки площадью S-S_к взрывается врубовыми и вспомогательными отбойными, а также подошвенными шпурами.


5.6. Бурение шпуров


Необходимое оборудование. При проведении горизонтальных выработок бурение шпуров занимает 40-45 %, а в особо твердых грунтах - до 60 % времени проходческого цикла и наряду с уборкой взорванного грунта является трудоемким процессом, механизация которого имеет решающее значение для повышения скорости проходки.

При бурении применяют бурильные машины ударно-поворотного, вращательного или вращательно-ударного действия.

При ударно-поворотном бурении поршень-боек, совершающий в цилиндре пневматического перфоратора возвратно-поступательное движение, совершает частые удары (до 3000 в 1 мин) по хвостовику рабочего инструмента - бура, прижимаемого к забою шпура осевым усилием до 2 кН. При прямом ходе поршня коронка бура внедряется в грунт, а при обратном ходе поворачивается на небольшой угол, скалывая грунт на части сечения шпура.

Пневматические перфораторы просты, безопасны в работе, создают на буровую коронку значительное удельное усилие, но обладают низким к.п.д. и требуют наличия компрессорной установки.

При вращательном бурении электросверлами разрушение грунта производится непрерывно резцом, прижатым к дну шпура. Электросверла имеют высокий к.п.д., обеспечивают значительную производительность бурения и не требуют создания компрессорного хозяйства, но применимы в малоабразивных скальных грунтах, мягких и средней крепости, так как в менее благоприятных условиях вызывают сильный износ резцов.

При вращательно-ударном бурении разрушение грунта производится прижатой к дну шпура коронкой, внедряющейся в грунт под действием большого статического осевого усилия (до 12 кН) и большого числа ударов (до 4000 в 1 мин), наносимых пневматическим ударным узлом машины. Машины этого типа весьма производительны в скальных грунтах средней крепости, но сложны и имеют большую массу.

При ударно-поворотном бурении происходит наименьший износ буровых коронок, непосредственно разрушающих грунт; при вращательном бурении - наибольший. Этим определяются границы наиболее рационального применение бурильных машин различных типов в зависимости от коэффициента крепости грунта: вращательные в малоабразивых грунтах при f6, вращательно-ударные при f=6  16, ударно-поворотные при f=6  120.

Пневматические перфораторы. В зависимости от условий применения (способ установки и подачи, т.е. прижатия бура к дну шпура) пневматические перфораторы делят на ручные, телескопные и колонковые.

Ручные перфораторы (ПР), применяемые в средней крепости и крепких скальных грунтах, поддерживаются в рабочем положении специальными приспособлениями - поддержками - и подаются вперед усилием рабочего или давлением сжатого воздуха. Эти перфораторы имеют массу 20-35 кг и потребляют до 3,5 м³/мин сжатого воздуха.

Телескопные перфораторы (ПТ) составляют одно целое с цилиндрической стойкой, раздвигаемой давлением сжатого воздуха и обеспечивающей таким образом подачу вперед. Их применяют для бурения шпуров снизу вверх, при этом стойка упирается в пол выработки.

Колонковые перфораторы (ПК) являются наиболее тяжелыми и применяются в очень крепких скальных грунтах. Их подача осуществляется перемещением на специальных салазках механическими и пневматическими устройствами (автоподатчиками). Масса колонкового перфоратора (вместе с салазками) достигает 75-100 кг, а расход сжатого воздуха оставляет 5-13 м³/мин.

Производительность бурения находится в зависимости от массы перфоратора и давления сжатого воздуха и возрастает с их увеличением. Поэтому в трудно буримых грунтах, а также для бурения глубоких шпуров, имеющих увеличенный диаметр, целесообразно применять тяжелые перфораторы с высокой производительностью.

Давление сжатого воздуха должно быть не менее 0,6 МПа. Чрезмерное повышение давления сжатого (до 0,8 МПа) нецелесообразно, так как ведет к усиленному износу оборудования.

Перфоратор выбирают в зависимости от твердости скального грунта, глубины и диаметра шпуров, размеров выработки и способа ее проходки. Ручные перфораторы требуют меньших затрат времени на перестановку и позволяют производить обуривание забоя до полной уборки взорванного грунта, т.е. совмещение двух важных проходческих операций.

Колонковые перфораторы обладают большей производительностью, чем ручные и обеспечивают более точное расположение шпуров, что особенно важно при обувании прямых врубов. Их применение обязательно в очень твердых скальных грунтах, при бурении глубоких (более 3 м) шпуров и шпуров большого диаметра (более 50 мм). Особенно целесообразны колонковые перфораторы для применения буровых рам и подмостей, облегчающих их перестановку в забое. Бурение колонковыми перфораторами, смонтированными на различных поддерживающих устройствах, требует, как правило, завершения работ по уборки грунта, т.е. предварительной очистки забоя.

Легкие и средние ручные перфораторы обычно применяют в легкобуриваемых грунтах. В труднобуриваемых грунтах VIII и более высоких категорий следует использовать ручные высокочастотные тяжелые и колонковые перфораторы.

Буры и буровые коронки. Рабочим инструментом, непосредственно разрушающим грунт при бурении, служат буры. Бур состоит из буровой штанги, закрепляемой концом-хвостовиком в буродержателе перфоратора, и буровой коронки.

Буровую штангу изготовляют из углеродистой стали шестигранного или круглого сечения диаметром 29-32 мм с внутренним каналом диаметром 8 мм для подачи сжатого воздуха или воды, удаляющих буровую пыль из шпура.

Наиболее экономичными являются съемные буровые коронки, соединяемые со штангой с помощью конуса (угол конуса 7) или левой резьбы. Коронка состоит из одного или нескольких долот с углом заострения 110, расположенных симметрично относительно оси бура и пересекающихся между собой.

Для повышения износоустойчивости коронок и увеличения производительности бурения съемные коронки изготовляют из легированной стали или армируют пластинками металлокерамических сплавов.

Наиболее производительные одно-долотчатые коронки КД применяют в нетрещиноватых грунтах средней крепости (f=510), а также в слабых грунтах (f4). В последнем случае их изготавливают из легированной стали с углом заострения 90.

Крестовые коронки КК являются универсальными; их применяют в любых трещиноватых грунтах с армированием, соответствующим крепости грунта, в монолитных крепких скальных грунтах (f=10  15), а также в начальной стадии бурения для обеспечения устойчивости бура в забуривании.

Электрические сверла. В грунтах с коэффициентом крепости f=3  4 с успехом применяют бурение электросверлами. При строительстве тоннелей наибольшее распространение получили ручные электросверла - массой до 25 кг, работающие при напряжении 127 В и обеспечивающие возможность бурения шпуров диаметром до 42 мм.

Для обеспечения безопасности работ электросверла с рабочим напряжением 127 В разрешается применять лишь в сухих забоях при постоянной обделке из бетона или железобетона при условии заземления во время работы. В мокрых забоях и при обделке из чугунных тюбингов допустимо применение лишь электросверл с рабочим напряжением 36 В (например, ЭБР-19ДМ массой 18 кг).

Бурение производят резцами, армированными пластинками из твердых сплавов. Для успешного удаления буровой пыли диаметр резцов принимают на 15-20 % больше диаметра штанг. Чаще всего применяют съемные резцы, скрепляемые с буровой штангой конусным соединением со шплинтом.

Устройства для установки бурильных машин. Для установки в забое перфораторов и электросверл и обеспечения из производительной работы применяют самоходные буровые рамы и подмости, пневматические поддержки и манипуляторы.

Для установки легких и средних ручных перфораторов и электросверл применяют пневматические поддержки (рис.2.19).

Самоходные буровые подмости (рис.2.20) имеют десять выдвижных платформ, используемых для постановки крепи, обуривания забоя и заряжания шпуров. Подмости снабжены трубчатыми коллекторами для распределения воды и сжатого воздуха и краном для подъема оборудования и элементов крепи. В нижней части подмостей размещен перестановщик вагонеток, с помощью которого производятся маневры у забоя. Устойчивое положение подмостей во время бурения обеспечивается в продольном направлении специальными устройствами, соединяющими их с рельсами, в поперечном направлении винтовыми домкратами.

При безрельсовом транспорте буровые подмости, используемые для установки временной крепи, бурения шпуров и их заряжания, размещают на автомобиле (рис.2.21). Забой широкой выработки обуривают последовательно при двух положениях подмостей.

В выработках малого сечения, где применение буровых подмостей и рам затруднительно, целесообразно использовать манипуляторы - двухшарнирные стержневые устройства, закрепляемые на погрузочной машине и поддерживающие тяжелые перфораторы или электросверла.

Манипулятор (рис.2.22) состоит из колонки 1, жестко прикрепленной к корпусу машины при помощи кронштейнов 2 и съемных частей, к которым относятся стрела 5, подъемный механизм 4 и вертлюг 3 для крепления перфоратора с податчиком 6. Ковш погрузочной машины во время бурения находится в поднятом положении. Перед уборкой грунта манипуляторы частично демонтируют и снова собирают перед началом бурения.

Более удобны несъемные манипуляторы, устанавливаемые на погрузочных машинах на гусеничном ходу, которые могут обслуживать забой любой ширины. Например, погрузочная машина 2ПНБ-2 позволяет размещение двух бурильных машин вращательно-ударного действия БУ-1 на складных манипуляторах. Перед погрузкой грунта стрелы манипуляторов вместе с автоподатчиками отводят на 3 м назад, располагая их параллельно бортам машины.

Установки для бурильных машин вращательно-ударного действия. Бурильные машины вращательно-ударного действия состоят из бурильной головки, механизма подачи и штанги с буровой коронкой. Вращательно-ударные машины БГ-1, имеющие большую массу и обеспечивающие подачу до 4 м, требуют применения гидравлических манипуляторов, закрепляемых на буровой раме или самоходной гусеничной установке.

Современным направлением в буровой технике, применяемой при проходке транспортных тоннелей, является использование буровых агрегатов, позволяющих обуривать забой выработки однопутного железнодорожного тоннеля высотой до 10 м с одной позиции и в удобных условиях устанавливать временную крепь и производить заряжание шпуров.

На строительстве ряда тоннелей успешно применяется самоходный проходческий буровой агрегат ПБА-1 (рис. 2.23). Он представляет собой трехъярусную стальную портальную раму 1 на колесном ходу с приводом, оснащенную шестью бурильными установками 2 БУ-1 на манипуляторах, с помощью которых обуривается большая часть площади забоя. Агрегат перемещается по рельсовому пути с колеей 510 см, что обеспечивает возможность работы под рамой двух погрузочных машин. В задней части агрегата размещена кран-балка 4 грузоподъемностью 1т для подъема арок и других элементов временной крепи.

Агрегат снабжен расположенным в середине второго яруса буровым станком 3 для бурения скважин диаметром 105 мм НКР-100, входящих в усиленный вруб или используемых как разведочные с опережением забоя на длину до 50 м.

Особенностью бурового агрегата японской фирмы «Фурукава» (рис. 2.24), успешно применяемого при строительстве тоннелей БАМ и в основном аналогичного агрегата ПБА-1 (кроме габаритных размеров, типа и числа бурильных машин), является наличие площадки 3 на стреловом гидроподъемнике для оборки забоя, заряжания шпуров и установки анкерной крепи.

В выработках большого сечения особенно удобны самоходные буровые установки на гусеничном ходу, используемые в комплексе с экскаваторами и автотранспортом. К таким установкам относится, например, СБУ-2К (рис. 2.25) с двумя бурильными машинами БГА-1. Установка СБУ-2К обуривает с одной позиции забой высотой 6 м и шириной до 8 м.