Procedeie.instalatii Si Utilaje de Sapare Mecanizata a Lucrarilor Miniere Orizontale

Procedeie.Instalatii si utilaje de sapare mecanizata a lucrarilor miniere orizontale

CUPRINS

CAP I. PROCEDEIE DE SAPARE A LUCRARILOR MINIERE ORIZONTALE

Saparea lucrarilor miniere orizontale prin perforare-impuscare

Numarul de gauri

Lungimea gaurilor de mina

Diametrul gaurilor de mina si al icarcaturilor explozive

Amplasarea gaurilor de mina

Samburi convergenti

Samburi unilaterali

Samburi cilindrici

Saparea lucrarilor miniere orizontale prin taiere mecanica

Saparea lucrarilor miniere prin procedee neconventionale

CAP II. MECANIZAREA INTEGRALA A PERFORARII GAURILOR DE MINA LA SAPAREA GALERIILOR PRIN UTILIZAREA INSTALATIILOR MOBILE

2.1. Consideratii generale

2.2. Constructia si functionarea unei instalatii mobile de perforat

2.3. Instalatii mobile de perforat de fabricatie straina

2.4. Instalatii mobile de perforare de conceptie si fabricatie romaneasca

2.4.1. Instalatia mobila de perforare IMP-1

2.4.2. Instalatia mobila de perforare IMP-2

CAP III. PERFORATOARE ROTATIVE

3.1.Generalitati

3.2. Perforatoare rotative usoare

3.2.1 Perforatoare rotative usoare electrice

3.2.2 Perforatoare rotative usoare pneumatice

3.2.3. Perforatoare rotative hidraulice usoare

3.3. Perforatoare rotative grele

3.4. probleme principale de exploatare in domeniul perforari rotative

4

CAP IV. SET DE SCULE PENTRU PERFORAJUL ROTATIV

4.1 Gneralitati

4.2. Aspecte din teoria perforajului rotativ

4.3. Perforajul rotativ in carbune

4.3.1. Capete de perforare si burghie

4.3.2. Instructiuni de exploatare

4.3.3. Perforarea in carbune a gaurilor cu diametru mare

4.4. Perforajul rotativ in sare

4.5. Perforajul rotativ in steril

4.5.1. Capete de perforare si burghie

4.5.2. Instructiuni de exploatare

4.5.3. Reascutirea

4.5.4. Limitele perforajului rotativ

4.6. Scule utilizate la perforajul rotativ

CONCLUZII

BIBLIOGRAFIE

5

CAPITOLUL I

PROCEDEIE DE SAPARE A GAURILOR MINIERE ORIZONTALE

Saparea lucrarilor miniere orizontale prin perforare-impuscare

Procedeul clasic de perforare-împușcare reprezintă și la ora actuală metoda predominanta de sapare a lucrarilor miniere subterane, atât în țara noastră, căt și în străinătate, cu toate ca in ultimul timp au aparut tehnologii noi de sapare a lucrarilor miniere subterane, se considera că metoda de perforare împușcare se va utiliza pe scară largă cel putin pâna la finele acestui secol, datorita, in primul rând,costului ridicat al noilor tehnologii , precum și faptului ca unele dintre acestea se afla inca in faza de experimentare.

Metoda de perforare-âmpușcare se foloseste la toate lucrările miniere subterane: galerii, plane inclinate, puturi, abataje, camere subterane etc., pentru cele mai diverse condiții geo-miniere si constă in utilizarea energiei unor încărcături explozive pentru distrugerea masivului, încarcaturile explozive fiind introduse in gaurile de mina,gauri de sonda sau camere explozive.

Prin metoda de perforare-împușcare se dislocă la ora actuală peste 70 % din volumul rocilor sterile si utile.

În funcție de spațiul în care se introduce încarcatura exploziva, procedeele de împușcare pot fi cu găuri de mină, cu găuri de sondă și cu camere de minare. Utilizarea cea mai larga o au procedeele de împuscare cu găuri de mină, acesta fiind excavații cilindrice cu diametrul de 28-40 mm și lungimea de 0,5-5 m. Procesul de executare a găurilor de mina se numeste perforare, iar utilajele destinate acestei operatii se numesc perforatoare.

La proiectarea parametrilor procesului de perforare-împușcare,trebuie să se țina seama de tipul si calitatea explozivului, consumul specific de exploziv, diametrul, lungimea, numarul si amplasarea găurilor, construcția incărcaturii din gaura de mină, felul materialului și mărimea burghiului, precum și de modul, sucesiunea și locul de inițiere a exploziei. Dintre acești parametrii se va insista asupra celor referitori la găurile de mină.

Numărul de găuri

Acest parametru influențeaza direct efectul si calitatea exploziei, permitănd repartizarea rațională a explozivului pe intreaga suprafață a frontului și conturarea corectă a profilului lucrării miniere.

Numarul de găuri se determina experimental pentru fiecare front de lucru și tip de roca, rezultatele finale find consemnate in monografia de impuscare. Acest număr depinde de tăria rocii in care se executa lucrarea miniera, diametrul si lungimea găurilor de mina, consumul specific de exploziv și secțiunea lucrării miniere. În literatura de specialitate sunt date mai multe formule pentru determinarea numarului de găuri, mai jos find prezentata o fomula dedusa experimental(1.1.):

N= (1.1.)

6

Unde: N – nr de gauri

S – secțiunea lucrării miniere in

l – lungimea de gaura in m

f – coeficientul de tarie al rocii

d – diametrul gaurii perforate in mm

a – coeficientul ce depinde de tipul lucrarii miniere, pentru lucrari miniere orizontale

a = 0,25 – 0,3

b – coeficientul ce depinde de tipul explozivului, b = 1,2 pentru dinamita si b = 0,8 . pentru astralita

Lungimea gaurilor de mina

Acestea reprezinta distanta de la talpa găurii la suprafața frontului de lucru ți este un parametru determinat al ciclului de aăpare, influențând direct viteza de săpare a lucrării miniere.

Valoarea optimă se determina în funcție de conditiile geo-miniere, tehnice si organizatorice.

Dupa valorile lor, gaurile de mina au valori mici, între 1 – 1,6 m, lungimi medii, între 1,6 – 3 m, si lungimi mari, peste 3 m.

La săparea lucrarilor miniere orizontale în roci omogene, lungimea medie a găurilor lg se recomanda a se determina cu relatia (1.2.):

(1.2.)

unde: Tc – timpul unui ciclu (h)

N – numarul de gauri

tg – timpul pentru încarcarea unei gauri cu exploziv și burarea acesteia, egal cu 0,04 –0,05h

t3 – timpul pentru împuscarea și aerajul frontului de lucru, egal cu 0,25 – 0,5 h,

m – numarul de perforatoare care lucreaza simultan

V – viteza de perforare,

S – suprafata frontului de lucru,

d – coeficientul de rupere a gaurilor, egal cu 0,7

P – productivitatea la incarcarea rocii ,

L – distanța dintre cadrele de sustinere, m

n – numarul de mineri care executa montarea sustinerii

ts – timpu de montare a unei sustineri, h

Lungimea de gaura calculată cu una din aceste relații trebuie verificată și stabilita in final prin câteva împușcăturii experimentale.

Diametrul gaurilor de mina și al încărcăturilor explozive

Diametrul găurilor explozive este unul din parametrii de care depinde în mare masura eficienta de dislocare a rocilor din masiv. Acest diametru se stabileste în functie de valoarea concentratiei volumetrice a energiei explozivului, productivitatea instalațiilor de perforare, gradul de mecanizare a tehnologiei încărcăturii explozivului în gaurile de mina și conditiile de geo- minerit si securitate. Se folosesc incarcaturi explozive cu diametrul de 25 – 30 mm, dar în practica minieră se intalnesc si încarcaturi cu diametrul mai mic de 22 – 25 mm. Cresterea diametrului gaurilor de mina si implicit a încarcaturilor explozive conduce la îmbunatatirea efectului de rupere si măruntire a rocii si reduce numarul de gauri si a consumului de exploziv, dar prezinta si dezavantaje, scăderea

vitezei de executie a gaurilor și inrautatirea conturului galeriei minei.

7

Trebuie sa existe un raport optim intre diametrul gaurii de mina si diametrul incarcaturiide exploziv, pentru introducerea usoara a incărcături explozive in gaura, depinde de diametrul tijei de perforare, gradul de curățare al gaurisi directia de perforare.

Amplasarea gaurilor de mina

Amplasarea corecta a gaurilor de mina în frontul de lucru are o influentă determinanta asupra parametrilor de perforare-împușcare, mărimea saltului de la o împuscatura , conturarea lucrarii miniere, valoarea coeficientului de rupere al gaurilor , omogenizarea granulometriei rocii împuscate , securitatea utilajului și a suținerii provizorii , consum minim de exploziv.

La alegerea schemei de amplasare a gaurilor de mina trebuie sa se tina seama de tipul perforatoarelor și sfredelelor , tipul explozivului și mijloacele de initiere, mărimea saltului de la o împuscare, proprietatile fizico-mecanice ale rocilor, precum si de conditia fundamentală potrivit careia gaurile trebuie orientate încat sa intersecteze stratificatia rocilor sub un unghi de 90 de grade. In conditiile sapării llucrarilor miniere , acțiunea exploziei este orientata catre suprafata libera a frontului, deoarece este directia in caere masivul are posibilitatea de deformare nelimitata. Gradul de dislocare a rocilor din masiv creste proportional cu numarul de de gauri de mina in care sunt amplasate incarcaturi explozive, orientate inclinat fata de axa frontului de de lucru, în final se obtine un con de rupere numit sambure (fig 1.1.).

Fig 1.1. Schema de acționare a încarcaturi explozive amplasate în mai multe găuri convergente

Formarea corecta a samburelui la o adâncime egala cu lungimea gaurilor reprezinta procesul hotărâtor în tehnica săpari, întrucât în acest mod se asigura condițiile normale pentru ca încarcăturile din gaurile învecinate sâmburelui să întampine o rezistenta mai mica și sa disloce pâna la valoarea sectiunii finale a lucrarii miniere.

Găurile de mina se împart în mai multe grupe, țn functie de importanta pe care o au in dislocare rocilor (fig 1.2.)

1 – gauri de sambure (1 – 4) servesc la formarea sâmburelui

2 – gauri ajutatoare (5 – 12) produc largirea sâmburelui și dislocarea rocilor dim cea mai mare . parte a profilului lucrarii miniere.

Aceste gauri sunt amplasate perpendicular pe suprafata frontului de lucru si sunt explodate dupa detonarea gaurilor de sambure, lucrând în conditiile a doua suprafețe libere.

3 – gauri de profilare (13 – 20), care asigura dislocarea rocii de pe conturul lucrari miniere , aceste gauri sunt amplasate la o distanta de 100 – 300 metri fta de conturul lucrarii , cu o inclinare de 85 – 87 grade spre exteriorul acestuia si talpa lor nu trebuie sa depăsească conturul lucrarii miniere, pentru a nu depasii dimensiunile secțiuni de sapare prevazute în planul de lucru. Încarcaturile explozive din aceasta grupa se detoneaza in ultima serie.

8

3

2

1

2

3

3 2 1 2 3

Fig 1.2. Împartirea găurilor de mină după importanta lor în dislocarea rocilor

Alegerea unui anumitonal cu numarul de de gauri de mina in care sunt amplasate incarcaturi explozive, orientate inclinat fata de axa frontului de de lucru, în final se obtine un con de rupere numit sambure (fig 1.1.).

Fig 1.1. Schema de acționare a încarcaturi explozive amplasate în mai multe găuri convergente

Formarea corecta a samburelui la o adâncime egala cu lungimea gaurilor reprezinta procesul hotărâtor în tehnica săpari, întrucât în acest mod se asigura condițiile normale pentru ca încarcăturile din gaurile învecinate sâmburelui să întampine o rezistenta mai mica și sa disloce pâna la valoarea sectiunii finale a lucrarii miniere.

Găurile de mina se împart în mai multe grupe, țn functie de importanta pe care o au in dislocare rocilor (fig 1.2.)

1 – gauri de sambure (1 – 4) servesc la formarea sâmburelui

2 – gauri ajutatoare (5 – 12) produc largirea sâmburelui și dislocarea rocilor dim cea mai mare . parte a profilului lucrarii miniere.

Aceste gauri sunt amplasate perpendicular pe suprafata frontului de lucru si sunt explodate dupa detonarea gaurilor de sambure, lucrând în conditiile a doua suprafețe libere.

3 – gauri de profilare (13 – 20), care asigura dislocarea rocii de pe conturul lucrari miniere , aceste gauri sunt amplasate la o distanta de 100 – 300 metri fta de conturul lucrarii , cu o inclinare de 85 – 87 grade spre exteriorul acestuia si talpa lor nu trebuie sa depăsească conturul lucrarii miniere, pentru a nu depasii dimensiunile secțiuni de sapare prevazute în planul de lucru. Încarcaturile explozive din aceasta grupa se detoneaza in ultima serie.

8

3

2

1

2

3

3 2 1 2 3

Fig 1.2. Împartirea găurilor de mină după importanta lor în dislocarea rocilor

Alegerea unui anumit fel de sâmbure se face în functie de conditiile geo-miniere, experienta productiei și rezultatele cercetarii experimentale.Samburii întalniti în tehnica perforarii de mina se pot clasifica pe grupe astfel:

Sâmburi convergenti , realizati prin perforarea și împuscarea unui număr de gauri amplasate în zona centrala a frontului de lucru și înclinati spre axa longitudinala a frontului de lucru și înclinatii spre axa longitudinala.

Sâmburi unilaterali , realizati prin perforarea si împuscarea unui numar de gauri înclinate spre una din extremitatile profilului lucrarii (talpa, pereti, tavan)

Sâmburi cilindrici , realizati prin perforarea și împuscarea unui numar de găuri orientate perpendicular pe suprafata frontului de lucru

Sâmburi combinati, realizati prin perforarea și împuscarea unui numar de găuri orientate perpendicular si înclinate față de suprafața frontului de lucru.

Sâmburi convergenti

Acesti sâmburi prezinta avantajul simplitați perforarii și posibilitatea utilizarii structuri rocii în scopul creșteri efectului de dislocare , dar si dezavantajul limitarii lungimi gaurilor de mina și implicit a saltului de la oîmpuscare, de asemenea , roca este aruncata la distanțe mari, periclitând susținerea și utilajele din front.

Din grupa sâmburilor convergenți fac parte sâmburii piramidali, pană si foarfece.

Sâmbure piramidal, format din 4 gauri înclinate spre axa longitudinala a lucrarii miniere(f,1.3).

Fig.1.3.

1 2 Sâmbure

3 4 piramidal

9

Sâmbure pana , format din 2 – 4 perechi de gaurii orientate astfel încât prin împuscarea lor să rezulte o exacavație sub forma de pană și ese indicat în cazul rocilor stratificate cu rezistente medii(fig.1.4.).

Fig.1.4.

Sămbure

pana

3 4

1 2

5 6

Sămbure foarfece, este format din doua gauri convergente amplasate în plane paralele, la nivele diferite și este indicat în cazul rocilor de tărie redusa(fig.1.5.).

Fig.1.5.

1 Sămbure

2 foarfece

Sămburi unilaterali

Sunt formati dintr-un rând de găuri , orientati spre una din extremitatile lucrai miniere și înclinate fața de suprafața frontului de lucru.Se recomanda în cazul rocilor de tarie redusa sau medie , prin detonarea gaurilor obținându-se un fagaș cu volum mai maredecăt in cazul sâmburilor prezentați anetrior.

Sămburi cilindrici

Aceasta grupa cuprinde sâmburi realizati prin perforare si împucare a unor găuri amplasate perpendicular pe suprafata frontului de lucru (fig.1.6.) find apreciati pentru calitătile lor tehnice , . . . – lungimea gaurilor nu mai este limitata ca si in cazul sțmburilor convergenti sau unilaterali, putându-se realiza salturi mari la fiecare ciclu;

. – simplitatea amplasării și perforări gaurilor , indeosebi în cazul folosirii instalatiilor de perforare ;

. – eficienta ridicata de dislocare a rocilor cu tarie ridicata ;

. 10

– coeficientul de rupere al gaurilor înregistreaza frecvent valori de 0,9 – 1;

– rezistența întâmpinată de încărcătura exploziva din partea rocii este distribuita uniform, în comparatie dcu sâmburiiconvergentii(fig.1.7.)

Fig.1.6. Sămbure cilindric

Ca dezavantaj al sămburilor cilindrici se menționează respectarea stricta aparalelismuluigaurilor, devierea maximă admisă fiind de 3 cm.

w w

w w

Fig.1.7. Repartizarea rezistentei rocii de-a lungul gaurilor în cazul sâmburilor cilindrici, respectiv . convergenți

Sâmburii cilindrici se pot realiza cu gauri încărcate cu exploziv , ultimile îndeplinind functia unor suprafețe libere. Efectul de rupere este mult înbunătățit în cazulutilizării unei găuri de sondă neîncarcate amplasată în centrul frontului de lucru.

Săparea lucrărilor miniere orizontale prin tăiere mecanica

Importanta mecanizării săpării lucrărilor miniere de deschidere și pregătire rezulta din volumul mare raportat la cantitatea de suprafață minerală utilă extrasă, din necesitatea reducerii prețului de cost pe kilometrul de lucrare săpată, cresterea vitezelor de săpare, cresterea

11

productivitătii și înbunatățirea condițiilor de muncă. Pentru realizarea unor indici tehnico – economici superiori la săpare galeriilor trebuie data atentie mare mecanizării operațiilor celor mai grele care necesita volum mare de munca și cel mai mult timp dintr-un ciclu de săpare.

Când tăria rocilor permite, iar lungimea golurilor este suficient de mare, trebuie trebuie folosiita pe scara cat mai largă combinele de săpare.Succesul utilizari combinelor de săpare depinde în principal de alegerea lor corectă, înfunctie de natura rocilor , de mărimea frontului de lucru și profilul galeriei. La minele de minereu , tehnologia de săpare generalizata este cea cu exploziv, iar la minele de carbune tendinta este de a se folosii combina de sapare care realizeaza concomitent si incarcare in acelasi timp cu taierea , la viteze mai mari fata de tehnicile de exploatare cu explozibil.

Domeniul de utilizare al combinelorde săpare este limitat de tări rocilor , majoritatea combinelor find utilizatye pentru sapare de galerii în cărbunee sau roci moicu taria medie : f ≤ 6 pe scara Protodiakonov. Avantajele pe care le au fata de saparea cu exploziv duce la tendinta de folosite pe scara mai larga în explotatiile miniere , avantajele sunt:

se reduce numarul de operatii din procesul de săpare

proces de taiere continu si incarcare concomitenta

reducerea pericolului de aprindere a prafului de carbune si a acumularilor de gaze

dezechilibrare redusa a rocilor

reducerea muci fizice umane

realizare mai exata a profilului galeriei

reducerea cheltuielilor cu sustinerea galeriilor

reducerea pretuliu de cost cu saparea

utilizarea mai multor utilaje si reducerea pericolului de acidente

După felul de realizare al dislocări rocilor , organele de lucru ale combinelor de săpare a galeriilor ,combinele sunt clasificate în doua grupe:

cu cutite de așchiere, sunt cele mai larg utilizate si pot fi utilizate în rocii cu tarie de pana la f = 5 – 6

cu sape sau role , sfarma roca prin strivire și sunt destinate să lucreze in medii cu roci de tarie medie ,f = 6 , unde nu se poate realiza dislocarea prin așchiere

Dupa maodul de lucru al organelor , combinele se clasifica astfel:

combine cu taiere pe intreaga sectiune a galeriei

combine cu atac punctiform

Utilizare combinelor este eficienta doar insotit de un grad ridicat de mecanizare si organizare a procesului de săpare care duce la cresterea valorii coeficientului de exploatare a utilajelor. Eficieta combinei depinde si de structura de sustinere care trebuie sai permita o mobilitate suficiena , dar si de utilajul de evacuare a materialului excavat.

Coeficientul de utilizare al combinelor este limitat deoarece in tehnologiile actuale de săpare , se prevede oprirea obligatorie a combinelor pentru montarea sustineri, operatie care reduce din eficienta combinei,si este greu de mecanizat.

O directie importană în care se îndreapta cercetarile este obtinerea unui randament maxim si stabilirea regimului optim de functionare , în functie de conditiile de lucru.

Pentru evaluarea cheltuielilor de exploatare a combinelor trebuie să tina seama de consumul de scule de tăiere si costul acestora, cheltuielile cu energia consumata este neglijabilă fața de cheltuielile cu consumul sculelor tăietoare. Referitor la tendințele de construire a combinelor , acestea merg spre construirea de combine cu puteri tot mai mari.

Concluzia generala referitoare la tehnologia de săpare cea mai adecvată, se alege in functie de conditile reale de sapare, posibilitatea bde alegere a utilajului si importanta lucrari , urmarinduse imbunatațirea tehnologiei in vederea obtineri unei eficiente ridicate.

12

Săparea lucrărilor miniere prin procedee neconventionale

În prezent se urmareste utilizarea unor metode noi care sa nu mai utilizeze unelte mecanice, gen cutit, rola, freza,sau perforare-impuscare.

Metodele neconventionale s-au diversificat ca urmare a experimentelor si cercetarilor, in mai multe variante clasificate dupa elementul princilpal ce produce dislocarea rocii, astfel:

tăiere cu tensionare termică: – jet cu flacara fortata

șocuri termice

dezintegrare electrica

dispozitiv de inalta fregventa

dispozitiv cu unde ultrasonice

tăiere prin tensionare mecanica: – jet cu apă

penetrare cu exploziv

penetrare ultrasonica

descărcări electrice

dezagregare electrohidraulica

tăiere prin topiresi vaporizare: – arc electric

fascicul de electroni

dispozitiv cu plasma

dispozitive nucleare

laser

tăiere cu reacții chimice, se foloseste reactivi chimici ( fluorina ) pentru otinerea de reactii rapide

Dupa experimente sa constata că o parte din aceste metode noi nu au dus la scăderea timpului de săpare, iar cele care au redus timpul de săpare sunt inutilizabile din cauza costului ridicat de exploatare, iar altele inca se găsesc in cercetare, cea mai recomandata metoda neconventională este cea de tăiere cu jet de apă. În SUA sa s-au conceput masini de săpare cu jeturi pulsatorii, obtinanduse viteze de săpare a galeriilor de 3 m/h.

13

CAPITOLUL II

MECANIZAREA INTEGRALĂ A PERFORĂRII GĂURILOR DE MINA LA SĂPAREA GALERIILOR PRIN UTILIZAREA INSTALATIILOR MOBILE

Considerații generale

Procedeul de perforare-împuscare este cel mai utilizat procedeu de săpare in lucrarile miniere orizontale datorita avantajelor pe care le prezinta, find o metoda actuala dar si de viitor pâna la dezvoltarea enei noi metode superioare si eficenta, randament-costuri.

Mecanizarea integrala a tuturor proceselor din ciclul de săpare duce la cresterea productivitati muncii, din volumul total de munca 25 – 30%, la rocile de duritate medie, si peste 30%, la rocile tarii, este destinat perforarii găurilor de mina.folosirea de perforatoare cu greutatea de 23 – 30 daN, sprijinite pe suportii,duc la dublarea vitezei de perforare , in schimb creste timpul mort in care se muta sfredelul de la ogura de mina la alta.

Prin folosirea uni numar mare de muncitori in frontul de lucru scade efortul fizic , dar productivitatea ramane scăzuta, pentru mecanizarea acestui proces de munca sau construit instalatii mobile de perforare care contribuie la realizarea de viteze mai mari fată de perforatoarele sprijinite de suportii, iar efortul fizic al al muncitoorilor a fost redus la comandarea instalatiiei si supravhegherea procesului de perforare . Datorita situări muncitorilor la distante de 5 – 6 metri fata de frontul de lucru creste siguranța muncitorilor si permite folosirea perforatoarelor cu injectie intensa de apa, reducând emisiile de praf din incinta.

Instalatiile mobile de perforare se pot clasifica dupa mai multe criterii determinante la lucrarea miniera si functionalitatea instalatiei:

în functie de mărimea lucrărilur miniere:

instalatii mobile destinate perforări în lucrări cu sectiuni de 5 – 20

instalatii mobile ce pot perfora ăn lucrări cu sectiuni mai mari de 20

în functie de destinatia instalatiilor mobile :

instalatii mobile de perforat folosite in săparea lucrarilor miniere de pregatire

instalatii mobile de perforat folositela perforarea în lucrari de extragere a substantelor utile

în functie de sistemul de rulare:

sistem de rulare pe pneuri

sistem de rulare pe senile

sistem de rulare pe cale ferata

în functie de modul de deplasare a instalatiilor:

autopropulsate

fara autopropulsare

în functie de felul de energie utilizat pentru propulsare:

actionare diesel

actionare hidraulica

actionare pneumatica

actionare electrica

14

Construcția și funcționarea unei instalații mobile de perforat

Instalatia mobila de perforare (fig.2.1.) este alcătuită di rmătoarele părtii componente:

echipamentul de perforare

platforma instalatiei cu sistemul de rulare

grupul de alimentare

pupitrul de comenzi hidraulice si pneumatice

Echipamentul de perforat este format din mai multe mecanisme care permit pozitionarea perforatorului la cota si directia de perforare dorita , avand în componența urmatoarele elemente:

perforatorul (1)

sania perforatorului (2)

mecanismul de avans al perforatorului (3)

cilindrul hidraulic de ridicare/coborâre a brațului de perforare (7)

cilindrul hidraulic de basculare a saniei perforatorului (8)

suportul bratului de perforare (9)

Brațul de perforare, suportul acestuia, cilindrul hidraulic de basculare a saniei și suportul saniei perforatorului formează un pararelogram deformabil pentru mentinerea automata a paralelismului găurilor,cilindrul (hidraulic) de deformare al paralelogramului este elementul deformabilo al paralelogramului.

Dispozitivul de rotire a echipamentelor de perforare (10), format dintr-un mecanism cremalieră-roată dințată (cremaliera – tija comună a doua pistoane). Platforma instalatiei cu sistem de rulare este formata din: – platforma propriu-zisă (11),

trenul de rotii spate (12)

trenul de rotii fata (13)

Sistemul de calare este format din doi suporti de calare rabatabili (4), montati pe o parte si pe alta a platformei , si doi suporti ficsi (15) montatin pe ambele parti ale platformei.

Grupul de alimentare ete alcatuit din:

rezervor de ulei înglobat in platforma

pompa hidraulică actionata de motorul electric (19)

Pupitrul de comenzi hidraulice si pneumatice (16),format din:

partea de comandă hidraulică (17)

partea de comandăpneumatică (18)

Pe circuitele hidraulice de alimentare a cilindrilor de executie, din cadrul pupitrului de comandă, sunt montate supape de sens cu deblocare hidraulică și drosele de cale, iar pe circuitul pompei este montată o supapă de presiune , în derivatie. Comanda pneumatica este alcătuită din distribuitoare rotative, aerul trcănd prima dată printrun ungător pentru lubrifiere, pentru protectia cilindrilor.

O data adusa instalatia în frontul de lucru, aceasta se racordează prima data la reteaua de aer comprimat a minei , se leaga la ungatoare care trebuie sa aiba robinetii de admisie deschisi iar cei de iesire inchisi, apoi se conecteaza motorul electric la reteaua minei. Se caleaza ininstalatia pe suportii de sprijin (14) si (15) prin punerea în funcțiune a grupuluihidraulic și actionarea corespunzătoare a distribuitoarelor (17). Calarea suportilor se face succesiv, începând cu cei din față, pentru ca bratele de perforare sa nu se stânjeneasca in timpul funcționării ele vor perfora fiecare jumatate de front , fiecare pe parte braț pe partea lui.

Pentru a pozitiona perforatorul la cota si pe directia dorita de perforare se actionează corespunzător distribuitoarele (17), după care se va fixa sania in front prin actionarea cilindrului hidraulic (4).

De la distrubuitoarele pneumatice (18) se va face alimentarea mecanismului de avans al perforatorului pentru cursa activă , precum si alimentarea mecanismului cu apa pentru injectie, dupa 15

finalizarea gaurii de mina operatiunile se succed invers iar bratul perforator va fi mutat indreptul altei gauri unde se va relua operatile de perforare.

După terminarea perforării frontului de lucru, saniile vor fi retrase la maximum, bratele se vor coborâ în pozitiie de transport si prin plierea cilindrilor hidraulici ai suportiilor de calare, instalatia de perforare va fi asezată pe trenurile de roti pentru retragerea din frontul de lucru, unde se va executa împuscarea gaurilor.

Fig.2.1. Instalatie mobilă de perforat cu două brațe

Instalații mobile de perforat de fabricatie străină

În lume există aproximativ 30 de firme producatoare de carucioare de perforare, cu diferit sistemuri de rulare:roti de cale ferata, pneuri, șenile, si diferite tipuri de brațe si platforme de sustinere, instalatiile difera si prin numarul de brate de perforare, greutate si gabarit.

Cele mai renumite firme din domeniul producătorilor de instalatii de perforare si săpare a galeriilor sunt :

Societatea Secoma,din Franța, înfințata în 1948, a creiat de la inceput echipamente de perforare pentru săparea galeriilor si a tunelurilor. În 1955 fabrica primul carucior de perforare cu actionare hidraulica si perforator rotativpentru minele de fier din Sorena. În 1970 construeste primul perforator roto-percutant hidraulic RPH 35, dezvoltând ulterior RPH 400 si RPH 200, dezvotând ulterior perforatoare standard ca:

ATH 12-IF , este echipat cu un motor diesel cu trei cilindri de 39 CP la 2200 rot/min, căruciorul find articulat și se deplasează pe pneuri, este echipat cu un braț de perforare universal BL 36 F,cu sanie tip CL 500 și un perforator roto-percutant hidraulic CPH-200.

CTH-15-2FB este actionat de un motor electric în constuctie antideflagrantă de 46 kW la 1500 rot/min, echipat cu doua brate de perforare universală B VAN 1000, glisiere tip CT 1800 și perforatoare hidraulice roto-percutante RPH 200 sau rotative hidraulice RHR-20, folosit pentru perforarea găurilor de mină si de ancoră în galerii de sectiuni mici si medii.

16

PEC 24 este echipat cu un motor diesel în 6 cilindri de 82 CP la 2300 rot/min, pentru deplasare, iar pentru perforare, istalatia este actionata cu 2 motoare electrice de 45 kW, la 1500 rot/min,se deplasează pe pneuri, 4 roti motoare, ecipata cu doua brate de perforare BVAN-500 F,sanii CC 2000 si perforatoare roto-percutante hidraulice RPH 400.

Firma Joy (SUA), renumita în constructia utilajului minier si a cărucioarelor de perforare folosite la săparea galeriilor, cele mai cunoscute carucioare sunt:

Caruciorul de perforare Python III dezvoltat de sucursala canadiana din Ontario, șasiul est articulat si se deplaseaza pe pneuri cu o viteză de 7.2 km/h, este actionat de un motor diesel cu 3 cilindri, 47 CP si 2500 rot/min,echipat cu perforatoare de tipul VCR-150.

Caruciorul de perforare D.P.M. (Fig.2.2.), sasiu articulat, deplasare pe pneuri, actionat de un motor diesel cu 6 cilindri de 72 CP la 2400 rot/min, este echipat cu un perforator de tip VCR-150 sau 475 RR cu dispozitiv de rotire de tip pivotant, iar sistemul de avansare al perforatorului ete un lanț actionat de un motor pneumatic cu pistonase radiale. Pentru stabilitate in timpul perforări are 4 suporti de calare.

Fig.2.2. Carucior de perforare cu doua brațe D.P.M.

Instalatia de perforare CD-73, actionat de un motor diesel de 125 CP, se deplasează pe pneuriși, cu două brațe si un singur suport de calare în față,rbatabil si înclinat, cu suprafeța mare de sprijin la sol.

Firma Tamrock din Finlanda a construit cărucioarele: Fixtrack si Twintrack, iar pentru perforarea gaurilor lungi ale subetajelor : Twimg, PX-1000 și LT 2 A. Cele mai de succes tipuri de instalatii de perforareale firmei sunt Minirondo MR 500 și Paramatik. Ultimile modele de instalatii pentru perforarea găurilor de mina în galerii sunt Minimatik MR 600 si Maximatick H 3. Tipul Minimatik MR 600 (fig.2.3.) are sasiu articulat și deplasarea pe pneuri, actionat de un motor diesel cu 4 cilindri , 55 CP la 2300 rot/min.

17

Fig.2.3. Caruciorul de perforare Minimatik

Caruciorul de perforare Ranger 800 al firmei Tamrock (fig. 2.4.) poate executa gauri în poziție verticală, orizontală sau înclinată, cu diametre cuprinse între 64 — 127 mm, utilizând tije de extensiu cu dimensiuni de 38, 45 sau 51 mm. Perforatorul și brațul articulat sunt montate pe suprastructura rotativa oferind o arie de acoperire de 17,6 m2. Deplasarea acestui model se face pe șenile, avand în componență un motor diesel de construcție Caterpillar și o cutie de viteze, care imparte puterea pentru pompa hidraulica și compresorul de aer pentru spalarea gaurilor. Motorul este montat transversal în partea din spate a suprastructurii pentru a menține contragreutate pe partea opusă a brațului și pentru a alimenta indiferent de direcția de foraj.

Fig.2.4. Caruciorul de perforare Ranger 800

Caruciorul de perforare Pantera 1500 (fig. 2.5.) produs de firma Tamrock poate executa gauri de 89 – 104 mm, verticale, înclinate sau orizontale, sau de 102 – 152 mm cu tije de extensie. Deplasarea acestui model se face pe șenile, avand în componență un motor diesel de construcție Caterpillar și o cutie de viteze, care împarte puterea pentru pompa hidraulică. (doua pompe cu debit variabil și compresorul de aer pentru spalarea găurilor.

18

Fig.2.5. Caruciorul de perforare Pantera 1500

Caruciorul de perforare Axera D06 226 (H) (fig. 2.6.) al firmei Tamrock este un perforator cu doua brațe, cu sașiu articulat, și cu deplasare pe pneuri, roțile fiind antrenate de doua motoare electice de 60 CP. Aria de acoperie la acest model este de 48 m2.

Fig.2.6. Caruciorul de perforare Axera D06 226

Caruciorul de perforare Quasar 1F (fig. 2.7.) al firmei Tamrock este un carucior compact și flexibil, echipat cu un singur braț de perforare, având aria de acoperire de 24 m2. Brațul este robust și are o mare acoperire, cu o rotație de 360° și paralelism total automatic pentru perforaj rapid și eficient. Este echipat cu un motor diesel de 74 CP, deplasându-se pe pneuri.

19

Fig.2.7. Caruciorul de perforare Quasar 1F

Firma Linger-Alimack (Suedia) prezinta instalația de perforare Alimatik H 431 cu un singur braț de perforare și cu deplasare pe șenile. Firma Ingersoll-Rand (SUA) are printre ultimele realizari tipurile SRJ-2, JLH, 66RM și 96RM. Firma Salzgitter (Rusia) produce instalații pentru perforarea găurilor de diametre mari: 63 420/500 pentru perforarea gaurilor de ancora și plantarea ancorelor BW 13 A, precum și pentru perforarea găurilor de mină obișnuite BW 41, BW 32 C-1, BW 32 C-2, BW 32 R, toate fiind echipate cu perforatoare grele HH 4025, HH 5001. Printre instalațiile de perforare realizate amintim: UBR-1 și UBR-2, BUR-2, SIBKNS-2 și 2UBN 2P. Firma Atlas Copco (Suedia) produce numeroase carucioare de perforare, dintre care amintim: Boomer E3 C, Boomer M2 C, Simba S7 D si Boomer L2 D.

Caruciorul de perforare Boomer E3 C (fig. 2.8.) produs de firma Atlas Copco are deplasare pe pneuri, fiind echipat cu trei brate de perforare și are un sistem avansat de control. Are în dotare trei pompe hidraulice, cate una pentru fiecare brat, presiunea maxima a sistemului este de 250 bar. Diametrul minim al gaurilor executate este de 45 mm. Motorul este diesel tip TCD 2013 L06, 2V EPA IIUCOM III, cu 6 cilindri, care dezvolta la 2300 rot/min o putere de 232 CP.

Fig. 2.8. Caruciorul de perforare Boomer E3 C

20

Carucirul de perfoarare Boomer L2 D (fig. 2.10.) al firmei Atlas Copco cu colivie de control și cu două brate, are o gama variată de scule. Deplasarea se face pe pneuri, cu ajutorul unui motor diesel cu patru cilindri de tipul TCD 2013 L04, EPA III/COM III. Puterea acestui motor la 2300 rot/min este de 160 CP.

Fig. 2.10. Carucirul de perfoarare Roomer L2

Caruciorul de perforare Boomer M2 C (fig. 2.9.) construit de firma Atlas Copco este echipat cu doua brațe de perforare și cu un sistem avansat de control pentru o mai mare acuratețe și productivitate, deplasarea facându-se pe pneuri. Este echipat cu un motor diesel cu 4 cilindrii de tipul TCD 2013 L04 EPA III/COM III cu o putere de 160 CP la 2300 rot/min. Aria de acoperire la acest model este de 65 m2.

Fig. 2.9. Caruciorul de perforare Boomer M2 C

Caruciorul de perforare Simba S7 D (fig. 2.11.) al firmei Atlas Copco este un carucior versatil pentru gaurile lungi de perforare adoptat pentru burghie cu marimi mici și medii. Foloseste perforajul hidraulic rotativ in gauri cu diametre cuprinse între 51 — 89 mm. Caruciorul de perforat este construit cu un singur brat de perforare si cu deplasare pe pneuri iar sașiul este articulat. Motorul acestei instalații este de tip diesel cu 4 cilindri, modelul D914 L04, EPA III/COM III, care dezvolta o putere de 77.8 CP la 2300 rot/min.

21

Fig. 2.11. Caruciorul deperforat Simba S7 D

Firma Sandvik (Suedia) are urmatoarele tipuri de carucioare de perforare:

Caruciorul de perforare DD321-40C (fig. 2.12.) produs de catre firma Sandvik, este un carucior compact cu doua brațe pentru multiple sarcini și condiții. Deplasarea lui sface pe pneuri, cu ajutorul unu motor diesel de 147 CP, tipul MB 0M904LA. Aria de acoperire este de 49 m2.

Fig. 2.12. Caruciorul de perforare DD321-40C

Caruciorul de perforare DD311 (fig.2.13.) al firmei Sandvik, este un carucior cu un singur braț, deplasarea se face pe pneuri și cu sașiul articulat, motorul fiind fie diesel fie electric, dupa condițiile pe care le poate oferi exploatarea minieră. Compact și versatil, oferă o arie de acoperire optima de 40 m2.

22

Fig. 2.13. Caruciorul de perforare DD311

Caruciorul de perforare DD220L (fig. 2.14.) construit de firmei Sandvik, este un carucior destinat pentru a lucra in gauri de mina mai mici de 1.7 m. Profilul mic și cele doua brațe încorporeaza aceleași elemente fiabile și productive găsite la cărucioarele cu un singur braț. Aria de acoperiere flind de 51 m2.

Fig. 2.14. Caruciorul de perforare DD220L

Caruciorul de perforare DB 120 (fig.2.15.) al firmei Sandvik este contolat de la distanță prin intermediul undelor radio. Este echipat cu un motor diesel de 83 CP iar deplasarea se face pe pneuri. Datorita dimensiunilor scazute, poate fi manevrat usor în exploatarile miniere.

23

Fig. 2.15. Caruciorul de perforare DB120

În Europa, Secoma (Franța) reprezintă firma cu cea mai mare experiență, profilată pe fabricarea de carucioare de perforare hidraulica de tip greu. Brațele manipulatoare produse de firma Secoma, pe care se monteaza perforatoarele, pot fi de trei tipuri: tipul JTH normal, tipul JTHS jos și tipul de mare Primele două tipuri (fig.2.16. și fig.2.17.) au șapte mișcări, iar tipul de mare înălțime (fig.2.18.) are opt mișcări.

Fig. 2.16. Brațe manipulatoare pe care se montează perforatorare grele în construcție normală J.T.11.

24

Fig. 2.17. Brațe manipulatoare pe care se montează perforatorare grele în construcție joasă J.T.H.

Fig. 2.18. Brațe manipulatoare pe care se montează perforatorare grele în construcție pentru mare înalțime

Dupa cum se vede din figuri aceste mișcări sunt următoarele:

A — rotire cu 90° în plan orizontal cu ajutorul cilindrului hidraulic (1), care are diametrul de 120 mm; B — ridicare și coborârea brațului cu ajutorul cilindrului hidraulic (2), care are diametrul hidraulic de . 120 mm;

C — lungirea și scurtarea săgeții brațului (3) (cu o cursă între 1030 — 1500 mm), cu ajutorul unui . . . motor hidraulic (4) și al unui reductor;

D — rotirea sageții brațului cu 360° în jurul axei proprii, cu ajutorul unui motor hidraulic (5) și a unui . reductor;

E — bascularea traversei glisoare (6) prin rotirea la 90° in jurul articulației (7) cu ajutorul cilindrului . . hidraulic (8);

F — orientarea traversei glisoare prin rotirea în jurul axei (9), cu ajutorul unui cilindru hidraulic;

25

G — culisarea înainte cu 450 mm a traversei glisoare în suportul de fixare pe braț, cu ajutorul cilindrului hidraulic (10), în scopul fixarii în roca. Față de brațul JTH normal, brațul JTHS de construcție joasă se deosebește doar prin construcția capului de fixare pe cărucior, iar brațul de construcție înaltă are în plus mișcarea H de alungire a brațului, care se realizează cu ajutorul cilindrului hidraulic (11).

Instalații mobile de perforare de concepție și fabricație românească

2.4.1. Instalația mobilă de perforat IMP-1

Este o instalație cu un braț de perforare și cu un sistem de rulare pe cale ferată, destinata galeriilor de explorari geologice, care au secțiuni mici și în care se perforează un numar de 25 — 30 gauri, cu lungimea maxima 2.5 — 3 m.

Ca parți componente distingem: platformă (1), tren de roți motor (2), tren de roți spate (3), sistem de calare față (4), sistem calare față (5), grup hidraulic de alimentare (6), pupitrul hidraulic de comanda (7), pupitrul pneumatic de comanda (8), suport fix (9), suport demontabil pentru fixarea dispozitivului de rotire a brațului de perforare (10).

Echipamentul de perforat este format din mai multe mecanisme care permit poziționarea perforatorului la cota și direcția dorită: sania perforatorului, care se fixează in front cu un dispozititv de fixare cu ajutorul cilindrului hidraulic de fixare în front, articulat cu un capat de sanie și cu celălat capăt de suportul saniei; mecanismul de rotire al saniei în planul orizontal format din cilindrul hidraulic care se articuleaza cu un capat la suportul saniei și cu celalalt capat la suportul de pivotare al echipamentului de perforare; mecanismul de avans al perforatorului, format dintr-un motor pneumatic cu pistonașe radiale și un reductor cilindro-melcat, tija perforatorului se sprijina pe luneta mobila și luneta fixă.

Brațul de perforare susține echipamentul de perforare și asigură manevrarea acestuia pe toata suprafața frontului, fiind alcătuit din brațul propriu-zis, cilindrul hidraulic de ridicare/coborâre a brațului de perforare și cilindrul hidraulic, care realizează bascularea în sus și în jos față de orizontală a echipamentului de perforare.

Dispozitivul de rotire a brațului de perforare este formatdintr-un mecanism cremaliera-roata dințată, cu două cremaliere, fiecare cremalieră constituind tija comună, și doua pistoane care se deplazeaza în câte un cilindru hidraulic. Roata dințată este fixată frontal prin șuruburi de suportul brațului de perforare și pentru rotirea într-un sens sau altul al roții ce alimenteaza cu ulei sub presiune cremaliera. Platforma instalației cu sistemul de rulare este format din platforma propriu-zisa, trenul de roți din spate cu roțiile montate liber pe osie și trenul de roți automotoare.

Grupul hidraulic de alimentare cu ulei sub presiune este alcatuit din rezervorul de ulei înglobat în platforma în care funcționează reversibil o pompă hidraulică cu pistonașe axiale acționată de motorul electric. Grupul hidraulic de alimentare mai cuprinde filtre de aspirație și de retur, supapa principala de presiune și opompă hidraulică manuală și este astfel conceput încât să permită montarea și funcționarea a două grupuiri motor-pompa hidraulica pâna la 45 — 50 kW, în cazul echiparii instalației cu perforatoare hidraulice grele doar prin simpla înlocuire a placii suport, montata prin șuruburi deasupra rezervorului de ulei.

Sistemul de rotire al brațului de perforare este amplasat central, în partea din față a platformei, fiind montat între suportul fix și suportul demontabil. Cota de marcaj a sistemului de rotire poate varia pe înalțime, astfel că instalația poate acoperii o gama larga de profile.

Sistemul de calare este format din doi suporți rabatabili care sunt amplasați în partea din față și sunt montați pe părțile laterale ale instalației.

26

Construcția suporților propriu-ziși ai cilindrilor hidraulici de acționare este aceeași cu cea a suporților de calare spre deosebire de instalația IMP-2. Comanda instalației, atât în frontul de lucru cât și la aducerea și retragerea ei din front se face de la pupitrul de comenzi, hidraulic și pneumatic, amplasat lateral, în partea stânga a instalației. Instalația mobilă de perforat IMP-1 este prezentata în figura 2.19.

Fig.2.19. Instalația mobilă de perforat IMP-1

2.4.2. Instalația mobilă de perforat IMP-2

Au fost concepute:

– o instalație cu două brațe de perforare tip mic și cu sistem de rulare pe cale ferată destinata galeriilor cu secțiuni medii și în care se perforează un număr mai mare de 25 gauri cu lungime maxima de 3m;

– o instalație cu două brațe de perforare tip mare, care să poată perfora găuri de mină cu lungimi de 4 — 5 m, destinata galeriilor cu secțiuni mari, îndeosebi celor utiliztate în construcțiile hidroenergetice. Instalația mobila de perforat IMP-2 (fig.2.20.) a intrat în fabricație la I.U.M. Petroșani.

Pupitrul pentru comenzi hidraulice și pneumatice este format din pupitrul elementelor hidraulice de comanda și reglare și din blocul elementelor de comandă pneumatice. Pe pupitrul de comanda pneumatica este montat și un distribuitor rotativ pentru comanda injecției de apă sub presiune la perforarea umedă, care se racordează la conducta de apa a galeriei. Instalația mobilă de perforat este echipată cu perforatoare pneumatice grele P 25 și PG 30 care se produc în țară.

Ecartamentul instalației poate fi modificat de la 600 mm la 630 mm sau 750 mm. Exista posibilitatea montarii la o cota de 200 mm mai înalta decât cea normala a dispozitivelor de rotire împreuna cu brațele de perforare. Datorita ecartamentului mic de 900 mm instalația are posibilitatea să se deplaseze în galerii cu raze mici de curbura. . În comparație cu produsele similare străine, instalația IMP-2 prezinta urmatoarele avantaje:

– are dimensiuni de gabarit în poziție de transport reduse, putându-se înscrie în profile de galerii cu secțiuni miniere de 5 m2;

27

– la dimensiuni de gabarit reduse poate perfora gama larga de profile de garerii;

– instalația este astfel conceputa încât poate fi adaptata ușor, fără modificări constructive semnificatife pentru acționarea complet hidraulică, în cazul echipării cu perforatoare hidraulice grele;

– instalația poate fi utilizată pentru toate ecartamentele de cale ferată de la noi din țară;

– instalația este dotată cu sistem propriu de deplasare, astfel că manevrarea acesteia la locul de munca se face mai simplu și mai repede;

– toate elementele folosite în construcția instalației mobile de perforat sunt de fabricație indigena, fiind eliminat orice import de completare.

Fig.2.20. Instalația mobilă de perforat IMP-2

Fig.2.21. Miscările executatede bratele de perforare ale instalațiilor de perforat IMP-1 și IMP-2

28

Tabelul 2.1. Caracteristiciile tehnice ale instalațiilor mobile de perforat IMP-1 și respectiv IMP-2

29

CAPITOLUL III

PERFORATOARE ROTATIVE

3.1. Generalltati

Perforarea rotativa a gaurilor de mina cu diametru mic, In carbune si in roci pana la

tarie medie prezinta urmatoarele avantaje fată de cea percutanta:

in roci de aceiasi tarie (paua la medie) se realizeaza cu viteze de 3 – 4 ori mai mari;

se formeaza putin praf;

permite folosirea energiei electrice, pneumatice sau hidraulice;

in cazul folosirii energiei electrice, aceasta este de 6 – 8 ori mai ieftina decat cea pneumatica;

perspectivele de marire a vitezei de perforare sunt mult mai mari decat in cazul perforarii percutante.

Cel mai mare dezavantaj al perforarii rotative este domeniul restrans de aplicare, conditionat de taria, dar mai ales de abrazivitatea rocilor. In cazul rocilor tari perforarea rotativa necesita 0 forta foarte mare de avans si are loc uzura rapida a sculei.

In functie de greutatea și domeniul de utilizare, perforatoarele rotative se impart in doua grupe:

1. Perforatoare rotative usoare, care au greutatea pana la 20 kgf (rareori au greutati ajungand pana la 29 kgf), se folosesc la perforarea gaurilor cu diametrul de 40 – 45 mm, lungimi de pana la 3 m In roci cu f < 6. In general ill timpullucrului aceste perforatoare se sustin numai in maini, Rareori ele se monteaza pe suporti simpli. Unele constructii de perforatoare din aceasta grupa (dintre cele mai grele), care sunt destinate forarii in carbuni foarte tari ~i roci cu tarie mica, sunt prevazute cu un troliu cu cablu, care le asigura avansul mecanic ~i automat in timpul perforarii.

2. Perforatoare rotative grele cu coloana, au greutati intre 60 – 120 kgf si sunt destinate perforarii gaurilor cu lungimi pana la 10 m si chiar mai mult, In roci cu tarie medie (f=12 … 16). Aceste perforatoare au avans mecanic sau hidraulic. Avansul hidraulic are avantajul ca asigura mentinerea in talpa gaurii a unei forte constante de apasare a sfredelului.

Din punct de vedere al energiei utilizate, perforatoarele rotative pot fi electrice, pneumatice sau hidraulice.

Perforarea cu perforatoare rotative se face de obicei uscat, insa in ultimul timp a inceput sa fie folosita și perforarea umeda, cu alimentare cu apa laterala sau, uneori, axiala.

3.2. Perforatoare rotative usoare

3.2.1. Perforatoare rotative usoare electrice

In principiu, un asemenea perforator se compune din: motorul de actionare, careasa motorului, cele doua manere cauciucate, intrerupatorul cu carcasa sa, un ventilator pentru racirea motorului, reductorul și dispozitivul pentru antrenarea sfredelului.

Constructiile moderne de perforatoare electrice permit sa se obtina la sfredel doua sau mai multe viteze de rotire prin schimbarea uneia din perechile de roti dintate ale reductoruIui. Aceasta permite alegerea regimului neeesar de perforare pentru diferite tarii ale rocii.

PerforatoareIe rotative electrice se executa de obicei de constructie antigrizutoasa si cu motoare asincrone eu rotorul in seurtcircuit. Carcasa este prevazuta cu nervuri exterioare si se executa de obicei din aluminiu.

Majoritatea perforatoarelor electrice lucreaza la frecventa normala de 50 Hz. In scopul micsorarii greutatii perforatorului, in ultimii ani au inceput sa se ~i motoare eu frecventa ridicata (110 – 150 Hz). Acestea prezinta dezavantajul ca turatia mare a motorului duce la uzura rapida a reductorului si necesita transformator de frecventa costisitor ~i greu (400 – 1000 kgt).

Primele tipuri de perforatoare electrice aveau comanda directa, intrerupatorul trifazat

30

fiind montat direct pe perforator intr-o carcasa. Protectia contra electrocutarii se baza pe existenta firului al patrulea de impamantare din cablu. Din cauza spatiului redus, acest intrerupator nu putea asigura 0 buna si indelungata functionare, avand dese defectiuni ~i puneri la corp cu pericoI de electrocutare. In plus, cabIul si bomele de alimentare ale perforatorului, erau In permanenta sub tensiune marind pericoIul de electrocutare, iar in caz de deteriorare a invelisului cablului exista pericolul de scurtcireuit. Din aeeste motive, in prezent, la perforatoarele eIectrice de mana este obligatoriu eomanda de la distants.

Perforatorul electric rotativ PEA-19 D (fig.3.1.) fabricat la Uzina de Masini Electrice Bucuresti, are motor asincron trifazat, cu rotorul in scurteircuit, de constructie antigrizutoasa. Carcasa perforatorului este realizata din aluminiu rezistent. Pe partea posterioara a carcasei se monteaza un capac, avand partea care vine in contact cu pieptul muncitorului cauciucata, pentru a evita eventualele electrocutari. Pentru acelasi motiv sunt eauciucate si manerele perforatorului.

Reductorul consta in doua perechi de roti dintate eilindrice cu dinti inclinati, care permit obtinerea a doua turatii pentru sfredel: 690 ~i 338 rot/min, prin sehimbarea primei perechi de roti eu a doua pereche. Rotile dintate sunt executate din otel aliat cu crom si nichel.

Perforatorul este prevazut sa lucreze pentru comanda la distanta, avand tensiune de comanda de 36 V. Intrerupatorul monofazat, a carui c1apeta de comanda se afla pe unul din manerele perforatorului, lucreaza la un curent nominal de 6 A, iar curentul de inchidere este de maxim lOA. In conditii normale de lucru, intrerupatorul permite 60 de conectari pe ora.

Lipsa eomenzii la distants poate duce la unele neajunsuri:

– solicitari termice mari la care sunt supuse contactele intrerupatorului, avand in vedere desele pomiri ~i opriri;

– cablul de alimentare al perforatorului mereu sub tensiune, chiar si atunci cand perforatorul nu lucreaza.

Transformarea tensiunii de la 380 V in 127 V, respectiv 36 V se face prin intermediul unui transformator Ttap 2.5 de 2.5 KA. Care poate alimenta simultan doua perforatoare si este de constructie antigrizutoasa, Conectarea perforatorului PEA-19 D la transformator se face printr-un cablu cu diametrul exterior de maximum 25 mm cu sase conductori.

Printre modemizarile care sunt necesare perforatorului PEA 19 D, amintim:

– realizarea unei caracteristici mecanice cat mai elastice a motorului, care sa permita o inscriere elastica de rezistenta a rocii de perforat;

– cresterea duratei totale de functionare;

– reducerea greutatii.

Fig.3.1. Perforatorul PEA-19 D

In Rusia perforatoarele electrice rotative usoare au fost tipizate in doua serii: seria ER-15, ER-16 si ERP-20 si seriaER-14 D, ER-15 D ~i ER-18 D.

Perforatoarele ER-15, ER-16 si ERP-20 au acelasi motor (fig.3.2.), iar intrerupatorul este montat direct pe perforator. Una din faze este cu comanda de la distanta, ceea ce elimina

31

pericolul de electrocutare. Deosebirea intre aceste perforatoare ER-15, ER-16 ~i ERP-20 consta numai in constructia reductoarelor, care Ie asigura turatii ~i momente de rotatie diferita la sfredel si din acest motiv si domenii de utilizare diferite .

31

Fig.3.2. Constructia perforatoarelor ER-15, ER-16 si ERP-20

a – motorul; b – reductorul perforatorului ER-15; c – reductorul pcrforatorului ER-16

Perforatorul ER-15 este destinat perforarii in carbune si roci moi, perforatorul ER-16 este destinat perforarii in carbune tare si roci de tarie midi, iar perforatorul ERP-20 in carbune foarte tare si roci de tarie mica. Spre deosebire de perforatoarele ER-15 si ER-16, perforatorul ERP-20 are in plus un troliu pe cabIu, cu ajutorul caruia se realizeaza in mod mecanic avansul.

Perforatoarele ER-14 D, ER-15 D si ER-18 D au aceeasi constructie, deosebindu-se intre ele doar prin dimensiunile partilor active ale motoarelor, care au puteri diferite. Aceste perforatoare au comanda de la distants ~i constructie antigrizutoasa. Sunt destinate pentru perforarea in carbune de orice tarie ~i in roci de tarie mica si medie.

Perforatorul SVCe-2 (fig.3.3.) este alimentat cu frecventa de 150 Hz. Datorita acestui fapt greutatea perforatorului este mult mai mica decat a perforatoarelor de aceeasi putere alimentate cu curenti de frecventa de 50 Hz. Obtinerea frecventei de 150 Hz necesita amplasarea in galeria de baza a unui transformator special de frecventa. Perforatorul SCVe-2 este prevazut cu un reductor planetar. Prin marirea numarului de rotatii ale sfredelului la 960 rot/min. Cresterea numarului de turatii ale sfredelului, care asigura in acelasi timp si momentul de rotire suficient de mare la perforatorul SVCe-2 a fost posibila datorita cresterii puterii motorului.

Fig.3.3. Perforatorul SVCe-2

32

3.2.2. Perforatoare rotative usoare pneumatice

Aceste perforatoare se utilizeaza la perforarea gaurilor de mina in carbuni de orice tarie si in roci moi. Se folosesc cu precadere in minele periculoase din punct de vedere al pericolul de explozie a metanului si a prafului de carbune si acolo unde nu exista sursa de energie electrica, produc mai putin praf si permit variatia continua ~i in limite largi a turatiei sfredelului, in functie de lncarcarea motorului si taria rocii.

Perforatoarele rotative pneumatice au de obicei motoare rotative cu palete. Pot avea in dotare suporti pneumatici, care au legatura rigida sau articulata cu corpul perforatorului.

Perforatorul PR-8 (fig.3.4.) fabricat la uzina Independenta Sibiu. Rotorul (1) este executat din OLC 45,

prevazut cu 7 canale si in care gliseaza paletele (2) executate din textolit. Pentru a se micsora greutatea rotorului, acesta mai are 0 serie de gauri longitudinale. Statorul (3) executat din OLC 45, este prevazut cu orificii pentru admisie, si un numar mult mai mare de orificii de evacuare a aerului. Carcasa (4) este executata din aluminiu turnat si face corp comun cu cele doua manere (5) ale perforatorului. Pe manerul din dreapta se monteaza dispozitivul de admisie a aerului din rctea, format dintr-un niplu (6) prin care se face racordulla retea, supapa de admisie cu bila (7), arcul supapei (8) si clapeta de comanda

(9). Reductorul consta dintr-un pinion (1 0) insurubat in rotor si 0 coroana dintata ill interior (11), solidara cu dispozitivul de antrenare a sfredelului (12). Careasa motorului (4) eu eareasa reductorului (13) si eapacul din spate (14) sunt asamblate intre ele eu patru buloane (15).

Fig.3.4. Perforatorul PR-8

Firma franceza Meudon fabrica doua tipuri de perforatoare pneumatiee rotative usoare, 800 P si 460 P, ce se deosebesc doar prin constructia reductoarelor planetare, care au raporturi diferite de transmisie, realizand turatii de corespunzatoare la sfredel de 800 ~i 460 rot/min. Manerul vertical al aeestor perforatoare constituie si rezervorul de ulei. Perforatorul 860 P poate fi livrat si cu dispozitiv special care permite perforarea umeda cu injectie laterala (fig.3.5.), in acest caz se numeste 860 PI.

33

Fig.3.5. Perforatorul 860 P

3.2.3. Perforatoare rotative hidraulice usoare

Se utilizeaza la perforarea gaurilor de mina in carbuni de orice tarie si in roci moi.

Ele pot fi de doua feluri: perforatoare care folosesc ca lichid uleiul si perforatoare care folosesc ca lichid apa. Cele care folosesc ca lichid uleiul sau emulsie neintlamabila, au de obieei motoare hidrauliee volumice cu rotor cu palete si sunt alimentate de la 0 pompa ce se afla in frontul de lucru.

Perforatoarele hidrauliee eu apa se folosesc in minele in care este utilizata hidromecanizare, au motoare turbina si se alirnenteaza de la reteaua principals de apa sub presiune. Ele se intalnesc foarte rar in practica.

3.3. Perforatoare rotative grele

Perforatoarele rotative grele sunt destinate perforarii rocilor de tarie medie si se deosebesc de perforatoarele de perforatoarele rotative usoare manuale prin faptul ca au putere mai mare, iar avansul se asigura mecanic sau hidraulic.

Perforatoarele din seria HD 700 (fig.3.6.) produse de firma Furukawa (Japonia) sunt proiectate pentru a minimiza zgomotul de perforare si vibratiile, acestea tara a sacrifica performantele perforatorului. Din aeeasta serie de perforatoare sunt prezentate perforatoarele:

HD 709, HD 712, HD 715.

Caracteristieiile tehnice ale perforatorului HD 709 sunt unnatoarele:

– puterea maxima 14.2 kW

– presiunea In sistemul hidraulie 181 bar

– viteza maxima de rotatie 0-250 rot/min

– momentul maxim 660 N· m

Caracteristiciile tehnice ale perforatorului HD 712 sunt urmatoarele:

– puterea maxima 18.2 kW

– presiunea in sistemuI hidraulic 201 bar

– viteza maxima de rotatie 0-190 rot/min

– momentul maxim 1417 N· m

Caracteristiciile tehnice ale perforatorului HD 715 sunt urmatoarele:

– puterea maxima 23 kW

– presiunea in sistemul hidraulic 201 bar

– viteza maxima de rotatie 0-190 rot/min

– momentul maxim 1417 N· m

34

Fig.3.6. Perforatorul din seria HD 700 (HD 709, ED 712, HD 715)

Firma firma TEl Rock Drills (USA) produce tipurile de perforatoare: TE 350, TE 550, TE 250 HEX.

Perforatorul TE 350 (fig.3.7) produs de firma TEl Rock Drills (USA) are urmatoarele caracteristici:

98 kg 857.25 rom 9.22 kW 155 bar

– greutatea

-lungimea

– puterea maxima

– presiunea in sistemul hidraulic

0-250 rot/min 2400 N'm

– viteza maxima de rotatie

– momentul maxim

Fig.3.7. Perforatorul TE 350

Perforatorul TE 550 (fig.3.8.) construit de firma TEl Rock Drills (USA) are unnatoarele caracteristici:

– greutatea 247 kg

– lungimea 1066.8 mm

– puterea maxima 15.7 kW

– presiunea in sistemul hidraulic 172 bar

– viteza maxima de rotatie 0-250 rot/min

– momentul maxim 4000 N'rn

35

Fig.3.8. Perforatorul TE 550

Perforatorul TE 250 HEX (fig.3.9.) construit de firma TEl Rock Drills (USA) are urmatoarele caracteristici:

– greutatea 52 kg

-lungimea 508 mm

– puterea maxima 6.15 kW

– presiunea in sistemul hidraulic 155 bar

– viteza maxima de rotatie 0-250 rot/min

– momentul maxim 270 N'rn

Fig.3.9. Perforatorul TE 250 HEX

Perforatorul HD 4008 si HD 8032 produse de firma Imeco (Austria) au urmatoarele avantaje principale:

– dimensiuni foarte mici

– viteze mari de perforare

– capul pentru spalarea gaurilor este integrat pentru un design compact

– control extern pentru sistemul de constructii modulare

– eursa pistonului variabila in functie de roea de perforat

36

Perforatorul HD 4008 (fig.3.10.) are unnatoarele caraeteristici:

– greutatea 410 kg

– lungimea 962 mm

– puterea maxima 12 kW

– presiunea in sistemul hidraulic 200 bar

– viteza maxima de rotatie 0-360 rot/min

– momentul maxim 1010 N'rn

Fig.3.10. Perforatorul HD 4008

Perforatorul HD 8032 (fig.3.11.) are urmatoarele caracteristici:

– greutatea 910 kg

– lungimea 1166 mm

– puterea maxima 13 kW

– presiunea ill sistemul hidraulic 200 bar

– viteza maxima de rotatie 0-78 rot/min

– momentu1 maxim 3600 N'rn

Fig.3.11. Perforatorul HD 8032

37

Perforatoarele produse de firma Atlas Copco (Suedia) sunt urmatoarele: COP 1238 ME, COP 1838 HF, COP 1838 ME, COP 3038, COP 240 R.

Perforatorul COP 1238 ME (fig.3.12.) produs de firma Atlas Cop co are 0 productivitate ridicata, este dependent in operatii, ~i foarte economic in procesul de perforare. Puternic, cu un motor variabil ~i reversibil care da momente mari ~i posibilitati mari de reglare a vitezei maxirne de rotatie.

Caracteristicile tehnice ale acestui perforator sunt:

– greutatea 151 kg

-Iungimea 1002 mm

– puterea maxima 15 kW

– presiunea in sistemul hidraulic 230 bar

– viteza maxima de rotatie 0-340 rot/min

– momentul maxim 1180 N'm

– presiunea apei 10 bar

Fig.3.12. Perforatorul COP 1238 ME

Perforatorul COP 1838 HF (fig.3.13.) produs de firma Atlas Copco este destinat pentru gaurile mici si medii. Motorul rotativ Ii confera un cuplu de momente ridicat ~i un excelent control al vitezei.

Are urmatoarele caracteristici tehnice:

– greutate 170 kg

– lungime 1008 mm

– putere maxima 22 kW

– presiunea In sistemul hidraulic 250 bar

– viteza maxima de rotatie 0-460 rot/min

– momentul maxim 740 N'rn

– presiunea 20 bar

Fig.3.13. Perforatorul COP 1838 HF

Perfoaratorul COP 1838 ME (fig.3.14.) produs de firma Atlas Copco se preteaza la gauri mici si medii. Lungimea cursei reglabile face posibila ajustarea ratei de impact si energiei la conditiile de roca și la dimensiunea gaurii necesare.

38

Caracteristicile tehnice ale acestui perforator sunt:

– greutatea 170 kg

– lungimea 1008 mm

– puterea maxima 18 kW

– presiunea In sistemul hidraulic 230 bar

– viteza maxima de rotatie 0-340 rot/min

– momentul maxim 1180 N'rn

– presiunea apei 20 bar

Fig.3.14. Perfoaratorul COP 1838 ME

Perforatorul COP 3038 (fig.3.15.) produs de firma Atlas Copeo este destinat pentru dimensiunile gaurilor de 43 si 64 mm. Se preteaza la foraj de suprafata, cat ~i in subteran.

Caracteristicile tehnice sunt:

– greutatea 165 kg

-lungimea 990 mm

– puterea maxima 30 kw

– presiunea in sistemul hidraulic 200 bar

– viteza maxima de rotatie 0-380 rot/min

– momentul maxim 1180 Nm

– presiunea apei 20-40 bar

Fig.3.15. Perforatorul COP 3038

Perforatorul COP 240 R este 0 masina care se adapteaza la doua tipuri de perforari: perforarea standard si perforari grele. La perforarea standard, vitezele se esaloneaza intre 500 – 1200 rot/min, forta de avans pentru diametre ale gaurilor de 50 mm este de 1000 – 1500 daN. La perforarea grea, viteza este mai mica de 500 rot/min, și poate descreste la 250

rot /min, iar forta de avans este de 2000 daN.

39

3.4. Probleme principale de exploatare in domeniu perforarii rotative

Una din problemele principale la exploatarea perforatoarelor rotative 0 constituie stabilirea regimului optim de lucru, regim prin care se intelege realizarea unei viteze mari de perforare cu consum specific de energie minim.

Cercetarile efectuate au aratat ca prin cresterea fortei de avans creste totdeauna si viteza de perforare. Exista insa, pentru fiecare caz in parte, 0 forta de avans optima, care asigura un consum minim de energie.

Viteza de perforare creste si prin marirea, pana la 0 anumita valoare, a numarului de rotatii pe minut a sfredelului (fig.3 .16.). Marirea numarului de rotatii peste 0 anumita valoare optima detennina micsorarea vitezei de perforare pentru 0 crestere In continuare a puterii necesare (fig.3.17.).

Fig.3.16. Varatia vitezei (v) de perforare în sisturi grezoase functie de trait sfredelului (n) pentru diferite forte axiale de avans (F)

Fig.3.17. Varatia puterii (P) In functie de turatia sfredelului (n) pentru diferite forte axiale de avans (F)

Pentru fiecare roca exista 0 anurnita viteza optima de rotatie a sfredelului. La aceasta viteza optima se realizeaza pe langa un consum minim de energie specifica si 0 uzura minima a taisului sfredelului si un continut minim de particule fme in roca taiata.

Pentru determinarea parametrilor optimi se poate proceda astfel: se perforeaza cu 0 forta axiala de apasare constanta si cu viteze de rotatie diferite a sfredelului. Dupa datele obtinute se stabileste graficul dependentei puterii In functie de viteza de avan (fig.3.l8.). Obtinand viteza de rotatie optima a sfredelului pentru stratul dat, se perforeaza cu aceasta viteza aplicand diferite forte axiale si se mascara viteza de avans si puterea. Pe baza acestora se construiesc graficele care reprezinta dependenta consumurilor specifice de energie si a vitezei de avans in functie de forta axiala (fig.3.19.). Pe baza acestui grafic se determina forta axiala optima pentru care consumurile specifice de energie sunt millime sau viteza de perforare maxima.

40

Fig.3.18. Varatia puterii (P) in functie de viteza de perforare (v) pentru diferite forte axiale de avans (F) si turatii ale sfredelului (n)

Fig.3.19. Variatia vitezei de perforare (v) ~i a consumului specific de energie (E) in functie de forta axiala de avans (F) pentru 0 anumita turatie optima a sfredelului

In viitor, ideal ar fi ca perforatoarele rotative grele sa aiba un sistem de reglare automata a fortei de avans, in asa fel incat perforatorul sa fie permanent incarcat la puterea lui nominala. Se stabileste turatia optima a sfredelului pentru roca data (careia Ii corespunde 0 viteza maxima de perforare), prin incercari de perforare cu diferite turatii, mentinand permanent perforatorul incarcat la puterea lui nominala. Lucrand cu turatia optima ~i cu incarcarea automata a perforatorului la puterea nominala, perforatorul va functiona in regim optim. in timpul incercarilor se va urmari ~i gradul de uzura a taisurilor sfredelului.

În timpul exploatarii perforatoarele rotative, cele mai mari avarii se datoreaza nerespectarii

regulilor de exploatare si a unei intretineri necorespunzatoare. In cazul perforatoarelor electrice, pentru a se evita accidentele de electrocutare, 0 grija deosebita trebuie avuta la izolatia electrica a bobinajului motorului ~i punerea la pamant a perforatorului. Manerele trebuie cauciucate, iar muncitorul in timpul perforarii sa posede manusi ~i sort de cauciuc.

Intrerupatorul electric trebuie revizuit sa nu aiba contacte arse, avand in vedere ca in timpul unui schimb au loc circa 500 – 800 pomiri ~i opriri.

Reteaua electrica de alimentare trebuie sa fie bine dimensionata si in permanents verificata. in cazul unei caderi mari de tensiune pe retea, bobinajul motorului se poate supraincalzi si izolatia poate fi strapunsa,

Nu trebuie folosit un ulei de ungere care sa atace izolatia bobinajului. Orificiile de intrare a aerului de racire spre aripile ventilatorului sa nu fie infundate, in caz contrar corpul perforatorului se poate incalzi excesiv.

Defectele mai des intalnite la exploatarea perforatoarelor electrice sunt:

– sfredelul se roteste invers acelor de ceasomic. Aceasta se datoreaza legarii gresite a fazelor la intrerupatorul din galerie;

– motorul produce zgomot, insa sfredelul nu se misca, aceasta poate fi cauzata fie de o faza rupta sau desfacuta, fie de contactele arse ale intrerupatorului;

– perforatorul face masa, cauza poate fi strapungerea izolatiei din stator sau contact, intre un conductor dezvelit de izolatie si parte a metalica a perforatorului;

– motorul porneste greu si se incalzeste repede, iar sfredelul nu are turatie normala, cauzele pot fi contactul rotorului cu statorul sau axul rotorului rupt;

– corpul perforatorului se incalzeste repede, cauzele pot fi urmatoarele: floarea sfredelului uzata, ungere insuficienta sau lipsa totala de ungere, contactul slab la una din fazele intrerupatorului, scaderea tensiunii pe retea.

41

Tabelul 3 Perforatoare electrice rotative usoare

42

TabeluI3.2. Perforatoare pneumatice rotative usoare

43

Tabelul 3.3. Caracteristicile tehnice al diferitelor tipuri deperforatoare electrice grele pe coloana

44

CAPITOLUL IV

SET DE SCULE PENTRU PERFORAJUL ROTATIV

4.1. Generalitati

Atat la perforarea rotativa, cat ~i la perforarea percutanta, problema metalului dur se pune din punct de vedere al rentabilitatii. Duritatea mare si rezistenta la uzura a metalului dur, contribuie si in acest domeniu la cresterea randamentului de taiere ~i la reducerea consumului specific. Tijele de perforare armate cu metale dure nu necesita 0 ascutire atat de frecventa ca vechile burghie de otel. Ele își mentin capacitatea de taiere pe 0 perioada mare si prin aceasta permit realizarea unor viteze mai mari de perforare. Avand constructia demontabila se simplifica in mod considerabil transportul si reascutirea. Toate acestea contribuie la 0 reducere a cheltuielilor de energie și materiale.

Odata cu introducerea metalelor dure sintetizate in procesul de prelucrare a metalelor prin aschiere, metalele dure au fost utilizate si la forajul rotativ al gaurilor in minerale si steril. Inca din anul 1930 se dau informatii despre forarea rotativa, cu burghie din metale tari, in carbune. Aproximativ in aceeasi perioada incepe utilizarea metalelor dure la perforarea gaurilor de mina in saline. Ambele mineraIe, carbunele si sarea, au proprietatea comuna de a fi moi si usor de prelucrat.

In urma celor aratate mai sus, nu se intampina greutati la introducerea metalelor dure in aceste domenii. Daca lucrurile nu s-ar petrece asa, ar fi nevoie de conceperea unor tipuri constructive de perforatoare, care sa se adapteze randamentului de taiere mai ridicat al noilor organe de taiere.

lncercarile pentru introducerea acelorasi tipuri de perforatoare, dotate cu organe rotative de taiere armate cu metale dure, la executarea gaurilor de mina in steril, au esuat. Abia in anul 1946 s-au acumulat noi experiente in acest domeniu, odata cu extinderea lucrarilor de degazare a stratelor de carbuni, cand a fost nevoie de saparea in steril a unui volum mare de gauri de sonda cu diametre mari, cu ajutorul organelor de taiere din metale dure. Acest Iucru a condus la incercari de forare rotativa a gaurilor normale pentru impuscare, cu diametre ~i lungimi mici, utilizand tot metale dure si perforatoare speciale. in ultimii ani forarea gaurilor lungi cu diametre mari a castigat tot mai mult teren.

Perfectionarile in domeniul perforajului rotativ s-au orientat in mod deosebit la gasirea unor anumite forme ale capetelor de taiere, cu avantaje deosebit de optime pentru diferite scopuri. Discutand despre utilizarea metalelor dure in perforajul rotativ, 0 importanta deosebita trebuie acordata materialului in care urmeaza sa se lucreze: perforare rotativa in carbune, sare si steri!. in cazul perforarii rotative in steril, trebuie facuta diferenta intre gauri de sonda cu diametre sau adancimi mari si gaurile de mina pentru impuscare. 0 atentie deosebita trebuie acordata si perforarii roto-percutante, deoarece si acest procedeu necesita forme noi a organului taietor din metale dure.

4.2. Aspecte din teoria perforajului rotativ

Spre deosebire de perforarea percutanta, in cazul perforarii rotative, apare un mod de lucru cu totul diferit al organului de taiere fata de roca. in cazul perforatorului percutant, energia dinamica acumulata de piston este transmisa prin socuri tijei si mai departe organului de taiere. Ca unnare a adancimii mici de penetrare a organului de taiere, se degaja 0 forta mare care pennite sfaramarea si a rocilor foarte dure. in cornparatie cu acest fenomen, in cazul perforarii rotative tija si odata cu aceasta organul de taiere trebuie apasate cu 0 forta mare spre fundul gaurii, si anume atat de mult pana cand organul de lucru patrunde in roca.

Suprafata taietoare se calculeaza facand produsul intre lungimea liniei taietoare ~i grosimea acesteia. Din figA.2. se poate deduce ca pentru roci cu rezistente diferite curba penetrarii are 0 forma diferita, cu alte cuvinte, pentru roci cu 0 rezistenta mai mare avem nevoie de 0 presiune specifica mai ridicata decat pentru roci moi, forte de apasare mai Mario

45

Aceasta concluzie nu se refera doar la steril, ci si la alte minerale in care se perforeaza rotativ. In carbune si sare moale este nevoie de o forta mica de apasare, forta care poate fi transmisa manual, pe cand in saruri tari sau ill roci sterile mai moi, ca de exemplu sisturi argiloase sau alte sisturi, forta de apasare trebuie exercitata de catre perforatorul care se gaseste ancorat intr-un cadru rigid.

In roci sterile mai tari, ca sisturile nisipoase sau gresii, perforajul rotativ este posibil numai daca forta de apasare sete foarte mare. Aceasta forta va putea fi transmisa numai cu ajutorul unor dispozitive speciale, care impreuna cu perforatorul sunt montate pe carucioare grele de perforare.

Cercetarile realizate au demonstrat in continuare, ca pentru patrunderea organului taietor trebuie sa avem la dispozitie un anumit interval de timp. Acest lucru se afla in interdependenta cu turatia perforatorului. O turatie prea mare, aceasta inseamna o durata prea mica, nu asigura o suficienta avansare, chiar daca presiunea specifica de perforare este suficient de mare. In mod schematic acest lucru rezulta si din figA.l. La turatii crescande si mentinerea celorlalte conditii, adancimea de perforare si prin aceasta viteza de perforare scade. Concluzia este ca rocile mai tari se vor perfora cu turatii mai mici pe cand cele moi, cu turatii mai mari.

Fig.4.1. Curbele penetrarii in diferite tipuri de roci

Interdependentele, care au condus la aceasta concluzie pot fi prezentate si sub aspectul ca, viteza de perforare, exprimata în em/min, po ate fi reprezentata si in functie de modificarea turatiei (fig.4.1). In acest caz, pentru 0 anumita presiune specifica de perforare, rezulta 0 curba ascendenta in prima faza și descendentă In a doua faza. Trasand aceste curbe pentru mai multe forte de apasare, vorn putea obtine curba optima avitezelor de perforare, curb a care in fig. 4.1. este reprezentata prin linie intrerupta. Conform acestei curbe, la 0 anumita roca data Ii corespunde pentru fiecare forta de apasare 0 anumita turatie optima. Conform celor prezentate se poate trage concluzia practica, ca trebuie sa construim perforatoare cu turatii și forte de apasare variabile, care se pot adopta la toate rezistentele posibile ale rocilor inconjuratoare.

Experienta a aratat, ca in dreptul axei, organele rotative de taiere trebuie sa prezinte 0 crestatura. In dreptul axei de rotatie a acestui tip de organe taietoare nu se efectueaza procese de sfaramare a rocilor. Din acest motiv, mai ales In roci tari, in acest punct organul taietor executa doar miscari de rotire rara a avea loc penetrarea. Daca dimpotriva, in aceasta zona exista 0 crestatura, colturile interioare ale organului de taiere patrund in roca (daca forta de apasare este suficient de mare), obtinandu-se 0 suficienta viteza de perforare. Restul de material din mijloc se rupe si prin spalare se elimina din gaura.

46

4.3. Perforajul rotativ in carbune

Inceputurile perforajului rotativ in minele de carbune dateaza aproximativ din anul 1929, cand aceasta metoda a fost utilizata in minele de carbune, unde datorita duritatii mai mari a carbunelui degazarea nu putea fi aplicata si ca urmare se putea aplica cu succes metoda de sap are prin perforare-impuscare.

Au fost utilizate organe de taiere demontabile din metal dur, in comparatie cu organele de taiere din otel, prezinta 0 durabilitate mai mare. Cu ajutorul cutitelor din otel

sud ate se puteau efectua doar 0,4 m de gaura pana cand acestea trebuiau sa fie ascutite; cu ajutorul cutitelor din metal dur s-au perforat 120 m pana la reascutire, rezistand la lungimi totale de perforare de la 3000 pana la 4000 m. Prin acestea s-au realizat si viteze mai mari de perforare, materializate prin cresterea randamentului de la 10 – 12 m perforati pe schirnb cu ajutorul cutitelor de otel, la 30 pana la 40 m pe schimb la organele de taiere din metale dure. Concomitent au scazut si cheltuielile de perforare.

Cutitele din metale dure, experimentate in perioada respectiva, aveau 0 forma asemanatoare cu cele care sunt folosite cu succes in prezent. Acest lucru nu inseamna ca nu au fost experimentate si organe de taiere cu alta forma.

4.3.1. Capete de perforare și burghie

Din multitudinea de forme intalnite pana in prezent s-au perfectionat 0 forma standard, a carei dimensiuni sunt standardizate. Aceste normative stabilesc in mod deosebit dimensiunile exterioare si in mod special diferitele unghiuri ale placutelor de taiere. Pentru exemplificare prezentam fig. 4.2. și fig. 4.3.

Se observa ca organul de taiere prezinta doua aripi despartite printr-o crestatura mediana lata si adanca. Acest lucru permite 0 reascutire repetata a organului de taiere In partea lui frontal a, pana la consumarea in totalitate a metalului duro

Spre deosebire de perforatoarele percutante, placutele din metal dur de la organele rotative nu sunt sudate, ci lipite. Acest procedeu are avantajul ca lipirea se realizeaza mult mai simplu. Fixarea si protectia placutei metalice nu este chiar atat de sigura ca in cazul fixarii prin sudare, dar pe de alta parte solicitarile asupra placutelor nu sunt prea mari, asa ca aceasta metoda mai simpla si mai putin costisitoare este considerata ca fiind corespunzatoare. Acest tip de cutit este considerat ca fiind excentric deoarece cele doua varfurile taisului frontal, au distante diferite pana la axa de rotatie. Important este sa se respecte unghiul dorsal de 18° si unghiul de tensionare de 3°, pentru a avea 0 uzura cat mai mica si 0 evolutie cat mai corecta a tensionarii. Ca burghie pentru perforare rotativa se utilizeaza profilele rombice.

Burghiele sunt prevazute cu filet dreapta, pentru a usura cu ajutorul pasului mel cat astfel format, derocarea materialului dislocat. Daca se utilizeaza burghie cu profile rombice sau elicoidale la perforatoarele percutante, acestea vor avea filet dreapta, deoarece aceste perforatoare transpun in mod diferit decat perforatoarele rotative, aceasta particularitate fiind un indiciu de stabilire a metodei de perforare pentru care este destin at un anumit burghiu.

Fig.4.2. Capete de burghiu pentru roci de duritate medie

47

Fig.4.2. Capete de burghiu pentru roci de duritate medie

Fig.4.2. a) Adaptor cap de sfredel cu nervuri drepte

Fig.4.2. b) Adaptor cap de sfredel cu nervuri paralele

Fig.4.2. c) Adaptor cap de sfredel cu nervuri paralele

Fig.4.2. d) Adaptor cap de sfredel cu nervuri patrat

Fig.4.3. Capete de burghiu rotative eu adaptor filetat pentru roea

48

Aceste capete de burghiu sunt proiectate pentru operatii de ancorare.

Fig.4.3. a)

Fig.4.3. b)

Fig.4.3. c)

Fig.4.3. d)

4.3.2. Instructiuni de exploatare

Organele de taiere din metale dure sunt atat de putin solicitate In timpul procesului

de taiere In carbune, incat nu se impun instructiuni speciale, ca de exemplu, In timpul perforarii percutante. Important este aprecierea momentului cand un cutit este tocit, In vederea reascutirii lui. Un cutit se considera tocit daca uzura diametrului exterior al organului de taiere este de V2 mm, eel mult 1 mm. 0 asemenea uzura apare insa abia dupa 50 -70 m de perforare. Perforarea in continuare este posibila ~i In asemenea conditii dar motorul va fi In aceste cazuri suprasolicitat. De asemenea si pentru mentinerea unei viteze optime de perforare, ascutimea taisului este de 0 importanta deosebita. Pe langa cele de mai sus, daca organele de taiere sunt uzate, este nevoie de 0 forta de apasare mai mare, ceea ce duce la cresterea gradului de oboseala a muncitorului. Toate cele trei motive demonstreaza necesitatea reascutirii organului de taiere atunci cand faza de uzura depaseste V2 mm din latime.

Distrugerea placutelor din metal dur poate sa apara In cazul in care atacarea unei gauri noi nu se face corect.

Cutitele montate excentric au tendinta sa alunece de la punctul unde se intentioneaza sa se foreze gaura. Pentru a evita acest fenomen, inceperea forarii se va face cu turatie mica, reducand admisia aerului comprimat si daca este posibil directia burghiului sa fie ghidata de catre 0 persoana suplimentara.

Dupa ce s-a forat 0 anum ita lungime de gaura, burghiul se va men tine In permanents in centrul gaurii. lnclinarea perforatorului duce pe langa 0 suprasolicitare la incovoiere a burghiului, si la aparitia unor forte laterale prea mari care vor actiona In mod distructiv asupra placutelor din metal dur, provocand ruperea acestora si in mod deosebit un avansat grad de uzura laterala.

49

Perforarea in carbune a gaurilor cu diametru mare

In scopuri speciale se practica forarea In carbune a gaurilor cu diametre mari de 80 – 130 mID. Asa, de exemplu, se intampla In cazul montarii grinzilor in consola atunci cand nu se utilizeaza stalpi langa front sau la saparea niselor In galeriile de abataj. Pentru aceste scopuri se utilizeaza perforatoare rotative cu burghie pentru gauri de sambure. Pe 0 eoroana de otel sunt lipite pe niste proeminente corespunzatoare placute din metal dur, fiecare dintre acestea avand forma asemanatoare cu 0 ramura a cutitului obisnuit de la burghiele pentru taiere rotativa. Carota ramasa in interiorul tubului este sfannata cu ajutorul unui spargator de carote. Materialul astfel sfaramat este eliminat cu ajutorul unui dispozitiv melcat. Acest burghiu poarta denumirea de burghiu rotativ pentru carbune. Din documentatia existents rezulta ca au fost sapate lungimi de 200 pana la 500 m de gaura pana la prima reascutire. Numarul total posibil de reascutiri este de 20 pana la 30.

Un alt model de burghie rotative pentru gauri eu diametre mari consta dintr-un burghiu rotativ normal eu doua ramuri si diametru mic, urmat la o distanta de cativa centirnetri de alte doua ramuri taietoare eu rol de largire a gaurii. Organul de taiere este eonceput pentru perforajul umed, lucru care poate fi observat user datorita prezentei orificiilor pentru stropire. Acest cutit poate fi utilizat si in roci sterile mai moi.

Unul din domeniile de utilizare a burghielor de acest tip este taierea hidraulica. In acest scop se utilizeaza un dispozitiv care dezvolta in gaura forata, prin intermediul apei sau uleiului sub presiune, 0 fortii suficient de mare pentru realizarea derocarii carbunelui tara a fi nevoie de impuscare.

Un alt domeniu de utilizare a cutitelor din metale dure la forarea rotativa a gaurilor eu diametre foarte mari s-a materializat în SUA. Aeeasta metoda eonsta in exploatarea straturilor cu afloriment de la suprafata. Prin forarea unor gauri orizontale cu diametrul de peste 1 m și lungime de pana la 200 m. Carbuncle ajunge la suprafata prin transportoaremelcate de unde prin intermediul unor benzi transportoare este încarcat în camioane. Organul de taiere rotativ cu doua coroane de taiere, precum și prelungitoarele prevăzute cu transportoare melcate confecționate din tabla sudata. Cu ajutorul acestei instalații se formează gaura lânga gaura în frontul de carbune. intre doua gauri ramân așa numitele coaste care duc la semnificative pierderi de producție. De remarcat este însă faptul că această metodă de exploatare se poate realiza cu un consum foarte mic de posturi. Carbunele ajuns la suprafață este încarcat și transportat cu ajutorul camioanelor. Producția de cărbune, în condițiile optime in SUA este de 500 t/schimb, ceea ce la un regim de lucru de 2 schimburi/zi da o producție de 6000 t. Aceasta noua metoda de exploatare nu este posibila decât prin utilizarea metalelor dure.

Perforajul rotativ în sare

Aproape în același timp cu utilizarea metalelor dure la perforarea rotativă în cărbune s-a introdus și perforarea rotativa în saline. Perforajul mecanic și anume perforajul rotativ cu cuțite de oțel a fost utilizat încă de demult. Randamentul perforatoarelor rotative a fost însă exploatat corespunzator abia dupa introducerea metalelor dure. Odata cu introducerea metalelor dure s-au construit și noi tipuri de perforatoare. Cercetatorii arata ca în sare cu rezistență mare, unde cuțitele de oțel au rezistat doar 6 m, cuțitele din metale dure au forat 150 m până la reascuțire, ceea ce înseamnă o durată de viață de 2000 m pâna la uzura totala. in saruri moi, ca de exemplu, silvinita, pot fora chiar 200 m pâna la prima reascuțire. Există însă și săruri foarte tari, ca de exemplu, anhidrita, în care prima reascuțire făcută deja după abia 5 — 6 m, iar durata de viață nu depașește 50 — 60 m. Taierea rotativa cu ajutorul cuțitelor de oțel în asemenea săruri nici nu a fost posibilă.

Perforajul rotativ în steril

În conformitate cu cele cunoscute, perforajul rotativ cu mașini portabile a fost posibil numai în roci sterile foarte moi care necesitau o presiune specifica de perforare mica, cu alte cuvinte, numai șisturi argiloase, calcare moi și minereuri moi. in aceste roci se utilizează perforatoare ca și în cazul perforajului rotativ în cărbune, cu deosebirea că organele propriu-zise de taiere au alta forma. in legatura cu aceasta problema au fost întreprinse o serie de experimentari.

50

Au fost perfecționate organe de tăiere cu tăișuri simetrice cu o crestătură mică sub formă de pană care îmbina efectul optim al unei pene mediane cu o forma stabila a celor doua ramuri. Fixarea în burghiu se face, ca și la cuțitele pentru sare de potasiu, cu ajutorul fusurilor plate. Aceasta forma de cuțit se recomandă pentru șisturi și minereuri moi. Pentru roci sterile ceva mai tari se utilizeaza cuțitele la care pană mediană lipsește. Prin legătura dintre cele 2 ramuri s-a realizat o stabilitate

mare a cuțitului, lucru ce permite utilizarea acestuia și în roci sterile mai tari. Rocile sterile menționate nu conțin particule de cuarț. Materialul derocat este, deci, lipsit de siliciu și nu poate provoca silicoză. Din acest motiv, nu este nevoie de aplicarea perforajului umed și materialul derocat poate fi înlăturat din gaura forată cu ajutorul tijei melcate. in consecință poate fi utilizat același burghiu ca și la cărbune și sare. O forma intermediara între perforatorul portabil rotativ pentru steril și cel mecanizat îl constituie dispozitivul fabricat de firma Fein, Stuttgart. Este vorba de o șină pentru glisare care poarta un perforator electric rotativ de circa 30 kg. Aceasta șină se fixează la front, cu ajutorul unei pene, gaura forata anterior, iar în partea din spate ea se sprijina pe doua propte. Greutatea totala este de 45 kg. Cu acest dispozitiv se poate perfora și în calcar tare, atingându-se viteze de perforare de 10 -12 cm/min, la un diametru al gaurii de 37 mm. Pentruperforarea gresiei nu se preteaza nici acest dispozitiv. Acesta are o mare utilizare în carierele de calcar. Aproximativ din 1948, mineritul german a elaborat o noua metoda de perforare rotativa, care permite aplicarea acestei metode și în roci mai tari și cu conținut de cuarț, ca de exemplu, în gresii moi sau medii. S-a constatat ca pentru realizarea perforarii a fost nevoie de forțe de apăsare de 1500 — 2000 kg, la diametre ale burghiului de 40 mm. La asemenea forțe mari de apasare, chiar și în roci tari, forța specifică de perforare devine atât de mare încât presiunea specifica este depașită și tăierea nu se mai realizează prin răzuire ci prin săpare cu viteza mare de perforare, fara a se înregistra o uzura mare. Aceasta metoda de perforare se utilizeaza în special pentru perforarea rotativa a gaurilor de mina cu lungimi de 2 — 3 m, precum și a găurilor pentru susținerea cu ancore. in acest scop se perforeaza în tavan gauri de 1 — 2 m, verticale sau oblice. Diametrul acestor gauri este de circa 30 mm. in rocile moi acestea pot fi perforate rotativ, iar în cazul rocilor tari se utilizeaza perforatoare roto-percutante cu dispozitive adecvate de avansare sau mici carucioare de perforare pe pneuri. in ambele cazuri se vor utiliza cuțite din metale dure, fără de care nu este posibilă respectarea exacta a diametrului gaurii, lucru care este deosebit de important pentru fixarea corespunzatoare a bolțului ancorei.

Capete de perforare și burghie

Odata cu extinderea procedeului de perforare rotativa a gaurilor a fost nevoie și de perfecționarea cuțitelor. S-au perfecționat în mod special două forme de cuțite dintre care una se aseamana cu forma cuțitelor pentru roci sterile moi. Pana mediana nu ajunge pâna la adâncimea de lipire a placilor din metal dur. Muchiile nu sunt ascuțite ci au un tăiș rotunjit. Aceasta este forma pe care o iau cuțitele prin uzare și pe care o vor păstra și după ascuțire. Datorita lipsei penei mediane, capul cuțitului este deosebit de stabil și nu se deformează în timpul rotirii, iar placile sunt bine sprijinite din spate. O alta deosebire a cuțitelor pentru roci dure, față de cele descrise până în prezent, constă în aceea că prinderea pe burghiu nu se face prin fusuri conice sau plate ci prin Infiletare (fig. 4.4.). Pentru acest lucru organele de taiere sunt prevazute cu filet interior, iar burghiele cu filet exterior. Strângerea cuțitului se realizează ușor datorită formei hexagonale a parții inferioare. Hexagonul are o deschidere de 27 mm pentru cheie, și o distanță de 31 mm între colțurile opuse, filetul are un diametru exterior de 20 mm așa încât cuțitele se potrivesc cu burghie de 30 mm. Diametrul exterior al cuțitelor este de 36 — 40 mm. Spre deosebire de cuțitele descrise mai sus, acestea au crestătura mediană adâncă, corpul cuțitului fiind însă masiv. Cuțitele au vârfuri cu o așezare concentrică. Și aceste organe de taiere au filet interior și capăt hexagonal. Ambele tipuri au orificii pentru perforaj umed. Daca vom denumi aceste doua forme „cuțite duble" pentru roci fisurate, s-a perfecționat o formă specială pe care o vom numi ,,cuțite triple". Avem de-a face cu trei taișuri repartizate uniform pe un cerc și care în partea din spate se sprijina pe o nervura puternica din oțel, în timp ce în mijloc se află o crestătură adâncă. Prin creșterea numărului de cuțite se înregistrează o creștere a prețului, iar ca urmare a creșterii lungimii tăietoare este nevoie de o forță de apăsare mai mare pentru învingerea presiunii critice de perforare. Avantajul consta însa în faptul

51

ca în cazul în care o fisura traverseaza gaura forata, nu exista pericolul ca doua muchii de taiere diagonal opuse sa se înțepenească, și datorită momentului de rotație al perforatorului, sa se distruga placuțele din metal dur. O formă specială a acestui tip de cuțite este destinată pentru găuri cu diametre mai mari. Datorită faptului că în timpul rotirii, diametrul exterior are de parcurs un traseu mai lung, organul de taiere este supus în aceasta zona la uzuri mai mari.

Fig.4.4. Tipuri principale de prindere a capului sfredelului în tija

a) cu nervuri drepte

b) cu nervuri paralele

c) cu nervuri conice

d) cu filet mama

e) cu filet mama

f) cu filet tata

Pentru reducerea uzurii s-a realizat prin „blindare" capului cuțitului aplicând prin sudura un aliaj din metal dur. Ambele tipuri au partea de prindere cilindrica și filetată interior, fiind prevazuta cu suprafețe plane pentru strângerea cu cheia. in timpul perfecționării organelor rotative de taiere pentru roci mai dure au fost experimentate mai multe tipuri de metale dure.

52

La început s-a constatat ca datorita forței mari de apasare se înregistrau repetate cazuri de rupere a placuțelor. Ca urmare s-a ales un metal dur mai moale dar cu tenacitate mai mare. Rezultatul a fost însa o creștere a uzurii. In prezent se utilizeaza metale dure din sortimentul G2 cu aproximativ 10% Co. Pot fi de asemenea utilizate și sortimente mai tari, cu 7 — 9% Ca, ca cele ale firmei Wallrom (WB2) sau cele ale firmei Widia (G68). in cazul în care și sortimentul G2 este prea tare și au fost semnalate repetate rupturi, se vor putea face încercari și în direcția G3, un material mai moale cu circa 12% Ca, așa ca al firmei Walltom, cunoscut sub denumirea G2A. Cu toate ca în steril, prin metoda perforarii rotative mecanice, se produce mai puțin praf decât prin metoda percutanta, conținutul acestuia este însă destul de mare pentru a produce îmbolnaviri de silicoza. Din acest motiv, în subteran este obligatoriu perforajul umed. Totodata apa se folosește și pentru evacuarea din gaura forată a materialului derocat. Datorită faptului ca la perforajul rotativ se obțin viteze mari de avansare (până la 2 m/min) rezultând cantitați mari de material derocat, este nevoie și de cantități mari de apă pentru evacuarea acestuia. Pentru asigurarea debitului de apa, burghiele sunt prevazute cu gauri interioare cu diametrul de 8 mm iar organele de taiere au de asemenea orificii corespunzatoare pentru jetul de apa. Consumul de apa este destul de mare, fiind cuprinsa între 20 — 301/min. Acest consum prea mare în comparație cu consumul de 2 — 3 1/min, în cazul perforatoarelor percutante. Daca raportam însa consumul de apa pe metru liniar de gaura forata, obținem pentru perforarea rotativa un consum de 20 1/min, în timp ce pentru perforarea percutanta cu viteza de avansare de 15 — 20 crnimin, consumul de apa este tot 201/min. Burghiele se confecționează din oțel rotunde cu diametrul de 30 mm. Alimentarea cu apa se face prin intermediul capetelor de injecție racordate la perforator. in cazul vitezelor mari de perforare nu se produce detritus fin de forare, ci o mare parte din materialul derocat cade sub forma de granule, lucru ce necesita menținerea unui spațiu suficient între cuțit și peretele gaurii forate. Plecând de la diametrul de 30 mm al burghiului rezulta diametre de 38 — 40 mm ale organului de taiere. O scadere a peretelui organelor de taiere și o creștere a vitezelor de avans este imaginabila daca s-ar putea scadea diametrele organelor de taiere. Acest lucru implica însa și reducerea diametrului burghielor. Acest lucru nu este posibil însă din motive de rezistență, deoarece la forțele mari de apăsare de 1500 — 2000 kg, și la lungimea mare a burghielor de 2.5 — 3 m va aparea în mod inevitabil fenomenul de flambaj. În rest, burghiele utilizate la perforarea rotativa nu sunt solicitate în mod deosebit, fapt pentru care durata lor de folosire este mult mai mare decât a celor utilizate în perforajul percutant, permițând forarea unor lungimi de gauri de câteva mii de metri.

Instructiuni de exploatare

La perforarea rotativa de pe carucioarele grele de perforare, burghiul și organul de taiere sunt conduse cu multa precizie, prin aceasta evitându-se unele greșeli care nu pot fi preîntâmpinate la perforarea manuala. in consecință nu se impune un volum așa de mare de instrucțiuni de exploatare ca în cazul perforatorului percutant. Un lucru important și în acest caz este atacarea unei găuri. Organele de tăiere cu doua ramuri au tendința să fugă lateral față de punctul unde se intenționează să se înceapă perforarea. Ca urmare apar forțe laterale care solicită la încovoiere burghiu sau încearcă să torsioneze întreaga lafeta. Pentru a preîntâmpina aceste neajunsuri se vor perfora cu grija primii 2 — 3 cm de gaura pentru a realiza un ghidaj în vederea perforarii în continuare. Dupa aceasta prima faza se va putea lucra cu întreaga presiune a aerului și cu i mare forță de apasare. Aceasta masura este ajutata și de către un dispozitiv montat pe caruciorul de perforare și care ancorează lafeta la front. Acest lucru se realizează cu ajutorul unei „sulițe" acționată pneumatic și care își caută un punct de fixare în neregularitățile suprafeței rocilor,

53

împiedicând o rasucire sau deplasare nedorita a brațului de perforare. Marimea forței de apăsare la acest tip de instalații este de o importanță deosebită pentru presiunea de perforare și pentru durata de viață a organelor de tăiere din metal dur. Forța de apăsare trebuie reglată în funcție de tăria rocilor. Un reper pentru apasarea normala îl constituie starea amestecului material derocat — apa, care curge din gaura perforata. Aceasta apa trebuie sa fie tulbure, fapt ce se întâmpla atunci când se elimina materialul grosier. Daca apa are un aspect laptos înseamna ca materialul derocat se prezinta sub forma de praf. in acest caz este nevoie fie de creșterea forței de apăsare, fie de schimbarea organului de tăiere. Un cuțit tocit nu poate deroca material sub forma de granule mari, el lucrând mai mult prin razuire și astfel producând aproape totalitate numai praf. in mod normal în roci moi și cu tarie medie se pot perfora mai multe gauri fara a fi nevoie de ascuțirea cuțitului, pe când în roci mai dure se poate întâmpla ca în timpul saparii unei gauri se trebuiasca sa se schimbe cuțitul. Un indiciu exterior pentru tocirea cuțitului este lățimea teșiturii de uzură, care este vizibila la vârful cuțitului pentru perforare rotativă. Această teșitură se lățește corespunzător procesului de așchiere de la centru spre extremitați și privită de sus are formă de pană. Lațimea maximă a teșiturii de uzură nu are voie să depășească 2 — 2 Y2 mm. Daca se ajunge în aceasta faza, cuțitul trebuie scos din exploatare. Cuțitele din metal dur se protejează dacă se ascut la timp. Ascuțirea la timp a cuțitelor permite efectuarea unui ciclu mai mare de reascuțiri. In acest sens este util să se efectueze experimentări în condițiile concrete proprii. Daca se lucreaza cu cuțite tocite, nu numai că scade în mod considerabil viteza de avans, dar exista și pericolul de rupere a plăcuțelor din metal dur. Este mai indicat să se ascută la timp cuțitele decât să se folosească mai mult decât normal duratei de funcționare între două ascuțiri, aceasta ducând la un procent mult mai mare de ruperi.

Reascuțirea

Cuțitele pentru perforarea rotativă pot fi ascuțite cu ușurință. Forța cuțitelor cu două ramuri este de așa natură încât reascuțirea trebuie făcută pe partea din spate. La cuțitul nou se vad cu ușurință suprafețele după care trebuie facuta reascuțirea. La fiecare proces de reascuțire se va îndepărta pe cât posibil mai puțin material pentru a asigura un număr cât mai mare de cicluri de ascuțire. Se va acorda o atenție deosebită prelucrării uniforme a celor două ramuri. Deosebit de important este ca vârfurile sa aiba aceeași înălțime, în caz contrar, una din placi se va uza mai repede decât cealalta. in continuare se va urmari cu atenție ca la cuțitele concentrice ambele vârfuri sa aiba aceeași față de axa centrală. Nu este atât de ușor să se respecte aceste cerințe atunci când reascuțirea se face manual: acest lucru reușește un tocilar experimentat. Pentru ușurare este util să se confecționeze șabloane pentru reascuțirea cuțitelor. Deoarece aceste instalații există doar de câțiva ani și procesul de perfecționare încă nu este încheiat, nu se pot da înca cifre exacte în aceasta privință. intr-o lucrare, privind calculul economic, specialiștii consideră durata de viață de 4 ani. Alții nu se bazează în calculul lor pe durata de viață ci pe numarul de metri sapați până la casare. Ei consideră pentru perforatoare o durabilitate de 30000 m gaura forata, iar pentru carucioarele de perforare cu doua brațe 180000 m. Acest lucru corespunde la un program de lucru într-un singur schimb și la 50 m perforație pe zi, și considerând 300 zile lucrătoare pe an, o durată de funcționare de 2 ani pentru perforatoare și 12 ani pentru cărucioarele de perforare. Ultima cifra pare exagerat de mare, chiar daca se lucreaza forțat în 3 schimburi. in acest caz ar rezulta o durata de lucru în 4 — 6 ani, care pentru un regim de lucru în 2 — 3 schimburi este înca tot prea mare. Nu vom da cifre pentru calculul rentabilitații deoarece pe de o parte prețurile de cumparare ale acestor instalații diferă foarte mult, iar pe de alta parte exista înca o prea mare nesiguranță privind durata de

funcționare (de viață). Pe de altă parte, examinând și alte genuri de cheltuieli se va constata ca

54

acestea sunt puternic influențate de condițiile diferite de exploatare ceea ce duce la diferențe mari ale vitezelor de avansare, cheltuielilor pentru retribuții și în mod deosebit a uzurii cuțitelor, ceea ce duce la cheltuieli materiale ridicateValori medii se pot obține numai ținând cont de valorile minime și maxime. Variațiile sunt însa așa de mari încât valorile medii rezultate ne vor da o imagine eronata. . Cheltuielile de întreținere și reparare a cărucioarelor de perforare sunt de asemenea mari. Ele se estimeaza anual la 10 — 30% din valoarea totala. Acest procentaj depinde în mare masura de numarul anilor de funcționare care au fost considerați în calculul cheltuielilor capitale. Durata de viață a instalațiilor poate fi prelungită prin schimbarea a pieselor de uzură. Prin aceasta cresc însa cheltuielile pentru reparații. Cu toate ca atât cheltuielile capitale cât și cele de întreținere și reparații calculate în lei/an sunt ridicate, valorile obținute în lei/m gaură forată sunt mici. Cheltuielile materiale se oglindesc la fel ca și la perforajul percutant prin consumul de cuțite din metal dur și burghie. Date orientative în acest sens vor fi prezentate în cele ce urmeaza. Aproximativ 100 m/cuțit în șist nisipos; 80 m/cuțit în gresie și până la 230 m/cuțit în șisturi moi. Mult mai mici decât la perforajul percutant sunt cheltuielile privind consumul de burghie la perforajul rotativ. Cu toate ca prețul de cumpărare al acestora este mai mare acest lucru se compenseaza prin durata mare de viață. Cheltuielile pentru energie la perforajul rotativ par inițial mari deoarece instalațiile au putere mare și deci și un consum mare de aer comprimat. Ținând însă cont de vitezele mari de avans (1.4 m/min în șisturi și 0.85 m/min în gresie) cheltuielile de energie/m gaură forată sunt mici. Legat de cele de mai sus rezulta ca și cheltuielile pentru salarii raportate la metrii de gaura forata sunt de asemenea mici. Chiar daca la acest capitol ținem cont și de cheltuielile cauzate de montarea și demontarea instalațiilor, transferul de la un loc de muncă la altul, manevre de retragere și readucere la front, rentabilitatea utilizarii carucioarelor de perforare este totuși evidentă ca urmare a vitezei mari de perforare. Cu toate acestea, cheltuielile pentru retribuții vor ocupa cel mai mare procent din cheltuielile individuale, fapt ce impune o foarte buna organizare a activitații pentru exploatarea optimă a instalației și evitarea timpilor morți. Cheltuielile pentru reascuțirea cuțitelor sunt la fel și în cazul perforării percutante. Așa cum am arătat în capitolul discutat anterior, utilizarea mașinilor speciale de ascuțit este de o importanță majoră. Și în cazul acestor cheltuieli valoarea/m de gaură forată este mică, dacă cuțitul rezistă la mai mulți metri de gaură forată între două ascuțiri. În funcție de tăria rocilor aceste cifre variaza între 5 — 80 m foraj între doua ascuțiri.

Limitele perforajului rotativ

În concluzie, se poate stabili ca toate cheltuielile individuale depind de viteza de avansare, durabilitatea/ciclu de ascuțire și de durata totală de viață a cuțitelor. Toate aceste valori sunt însa influențate de natura rocilor. Ca urmare, rentabilitatea perforajului rotativ comparativ cu perforajul percutant se regasește în natura rocilor. Semnificativ pentru asemenea cazuri nu este scaderea vitezei de perforare ci uzura rapida a cuțitelor din metal dur. Ca regula generala se poate considera ca perforajul rotativ este rentabil daca se poate fora, pâna la reascuțirea cuțitului, o gaură cu lungimea de 3 m. Acest lucru exclude utilizarea forajului rotativ în toate rocile cu conținut de cuarț: gresii, granit, grauwach etc. Cu privire la utilizarea perforajului rotativ în roci carbonifere, unii autori, ca urmare a tariei variabile a rocilor și a compoziției foarte variate, nu acordă șanse prea mari acestei metode și așteaptă rezultate mai bune de la perforajul roto-percutant.

55

Sculele utilizate la perforajul rotativ

La perforarea cu perforatoare electrice manuale și pe coloană se folosesc exclusiv coroane detașabile, armate cu aliaje dure. in practică s-au elaborat mai multe forme tipizate pentru perforare în carbune și în steril, care se deosebesc între ele prin forma geometrică, prin dimensiunile forțelor și valorile unghiurilor. O coroană constă din două tăișuri, corpul și coada, cu ajutorul caruia coroana se introduce în degajarea practicata în tija sfredelului. Unghiurile care caracterizeaza taișurile coroanei sunt următoarele: unghiul f format de prelungirile muchiilor taietoare principale, se numește unghi terminal al coroanei; unghiul 91, format de muchiile taietore interioare ale taișurilor, numit unghi de deschidere; unghiul d dintre fațeta anterioară a tăișului și suprafața de tăiere AB, numit unghi de tăiere; unghiul B format între fațetele interioare și posterioare ale tăișului, numit unghi de ascuțire; unghiul y format între fațeta anterioara a taișului și un plan perpendicular pe suprafața de tăiere AB, numit unghi anterior sau de degajare; unghiul a, format între fațeta posterioară a tăișului și suprafața de tăiere AB, numit unghi posterior sau de așezare. Unele studii efectuate în Rusia recomanda chiar și pentru roci de tărie medie (f=12 — 15), când avansul se face mecanic, unghiul sa fie de 80° sau sa aiba doua valori: de 80° la partea exterioara și de 140° la partea transmisă. Spațiul liber între cele două tăișuri ale coroanei poate avea dimensiuni între 5 — 15 cm; în funcție de proprietățile rocii. Cu cât rocile sunt mai friabile,ceea ce face ca sâmburele de roca ramas netaiat între cele doua taișuri să se rupă și să se sfarme ușor, cu atât acest spațiu liber este mai mare. in Rusia au fost experimentate și coroane armate cu armături cilindrice pentru perforarea rotativa în roci de tarie medie, cu care s-au obținut, față de cele armate cu plăcuțe, o durata totala de serviciu pâna la amortizare de 30 de ori mai mare, viteza de perforare de 1.7 ori mai mare și de 10 ori consum mai redus, față de plăcuțele de armare. Tija coroanei este în forma de pana sau cilindrica. Pentru perforarea rotativa (cu avans mecanic) umeda a rocilor tari se folosesc coroane detașabile care se îmbină cu filet. Diametrul coroanelor este de obicei 36 mm. Când diametrul gaurii depașește 40 — 50 mm, se folosesc coroane cu largire formate dintr-o coroana centrala avansata și o coroană posterioară cu cuțite de lărgire așezate în una sau mai multe trepte. Existența coroanei centrale avansate asigura o centrare mai buna a coroanei și creează o suprafață suplimentară pentru dislocarea rocii. Coroanele se executa din oțel-carbon sau oțeluri magno-silicioase. Taișurile sunt considerate tocite și este necesară reascuțirea lor când muchia taietoare are o lațime de 0.3 — 0.4 mm, daca perforajul se executa manual, și de 1 mm, dacă se execută cu avans mecanic. in condiții normale de lucru tăișurile rezistă la 4 — 10 ascuțiri. Tija sfredelelor pentru perforarea rotativa se executa în doua variante: – din oțel rotund, care are infășurată în exterior o elice (fig.4.5.); – din oțel cu profil rombic, răsucit (fig.4.6.).

Fig.4.5. Tije cu nervuri de tip elicoidal

Fig.4.7. Tije tubulare cu profil rotund cu diametrul de 32 mm

56

Fig.4.6. Tije rombica de tip elicoidal

Sfredelele din oțel rotund (fig.4.7.) au diametre între 40 — 70 mm, pasul elicei 35 — 100 mm și se folosesc la perforarea cărbunilor și rocilor atât moi cât și tari, la perforatoare atât manuale cât și pe coloană. Când lungimea găurii este mai mare se folosesc tije care se îinbina între ele analog coroanelor detașabile. in cazul perforajului rotativ umed, tija sfredelului rotund poate fi lipita de elicea exterioara și are gaură centrală prin care pătrunde apa sau emulsie în talpa gaurii.

Sfredelele din oțel cu profil rombic răsucit se folosesc la perforarea cărbunilor și rocilor semitari și cu diametre între 19 — 40 mm. Tijele sfredelelor se executa din oțel carbon sau oțeluri aliate. Unele finne, cum este Secoma executa armarea melcului sudând prin puncte pe periferia spiralei aliaje dure, care maresc rezistența la uzură și contribuie la perfectarea diametrului găurii. in continuare prezentam câteva scule pentru perforare uscata produse de firma Kpoex din Katowice (Polonia). Capetele de burghiu ce urmeaza a fi prezentate servesc la perforarea gaurilor de mina în carbune și roci de tărie medie. La acest sistem de perforare cu granulația mare, nu există praf, materialul derocat poate fi evacuat din gaura cu ajutorul tijei în spirala. Potrivit secțiunii, firma fabrica tije R37 de profil rombic și tije Z39 și Z52 cu nervuri. Datorită scoaterii eficiente a tijelor uzate se pot obține viteze de perforare mari. Capetele de burghiu BOB sunt aplicate pe scara larga la pregatirea gaurilor pentru perforare în carbune. Aceeași firmă fabrică și capete de burghiu 4R cu construcție specială a capului pentru a fi utilizate în roci argiloase. Capete de burghiu sunt acoperite cu sinteri B2 care au caracteristici universale. O alta firma specializata în fabricarea de scule pentru perforarea rotativa este firma franceza Eurotungstene, care fabrica capete de burghiu ce pot fi folosite la toate tipurile de perforatoare rotative (pneumatice, electrice, hidraulice). Acest set de scule se folosește la saparea gaurilor pentru suitori, ancorarea acoperișurilor, forarea găurilor de injecție. Setul conține scule atât pentru perforarea uscată, cât și umedă. Capetele trebuie ascuțite când marginea de tăiere este tocită (de la 0.5 mm la 1 mm). Operația de ascuțire este preferat să se realizeze sub jet de apă, forța de împingere aplicată trebuie sa fie ferma, dar supla. Este recomandabil sa fie îndreptate colțurile după terminarea operației. O alta firma specializata în fabricarea de scule pentru perforarea rotativa este firma franceza Eurotungstene, care fabrica capete de burghie ce pot fi folosite la toate tipurile de perforatoare rotative (pneumatice, electrice, hidraulice). Acest set de scule se folosește la spargerea gaurilor pentru suitori, ancorarea acoperișului, forarea găurilor de injectie. Setul conține atât scule pentru perforare umeda cat si uscată. Forarea umeda cu injectie de agent umed este posibila datorita unui element intermediar amovibil, acest element este dotat cu insertii de carbură de tungestre repartizate judicios si cu un diametru egal cu cel al capătului de burghiu.

Capetele trebuie ascuțite când marginea de tăiere este tocită, operatia de ascutire este de preferat sa se realizeze sub jet de apă. Forta de împingere aplicată trebuie sa fie ferma si supla, se recomandă îndreptarea colțurilor la finalizarea operatiei.

57

CONCLUZII

Saparea galeriilor de minerit sau hidroconstructii se poate realiza prin 3 metode:

prin perforare – impuscare

prin metode neconventionale

cu combine de înaintare

Folosirea combinelor de inaintare cu atac partial sau global se preteaza numai in cazul lucrărilor cu lungimi mari si termen scurt de executatre, tinanduse cont de costul ridicat al combinelor, mai ales cele cu atac global. Metodele neconventionale sunt in mare parte inca in faza experimentala, avand costuri ridicate, ne find indicate in aplicarea la nivel industrial.

Saprea prin perforare – împuscare este cea mai raspandita si utilizată la nivel mondial, find folosita la toate tipurile de galerii indiferent de lungimea acesteia, la costuri acceptabile. Cea mai imprtanta problema care se pune in acest caz este mecanizarea integrala a tuturor opertiilor care se realizeaza, de la perforarea gaurilor pana la evacuarea materialului rezultat in urma exploziei.

In prezentul proiect sa abordat mecanizarea gaurilor de mină prin utilizarea perforatoarelor hidraulice rotative grele montate pe instalatii mobile de perforat, sa realizat o documentare a instalatiilor produse si utilizate atât în țara cât si la nivel mondial, de către firme cu traditie si prestigiu la nivel mondial in fabricarea de perforatoare hidraulice rotative.

În prezent limitele perforajului rotativ sau largit foarte mult, ajungânduse la roci tari, datorita fortelor mari de avans,cordonate cu turații corespunzatoare, realizate de actionarile electro – hidraulice.

Sunt expuse in proiect si seturi de scule utilizate pentru perforatoare si masurii de reconditionare si mentinere functionala a instalatiilor.

58

BIBLIOGRAFIE

Bolunduț. I.L. – Contributii asupra îmbunătățiri constructiei instalatiilor mobile de perforat pentru saparea lucrarilor miniere subterane (Teza de doctorat), Petroșani, 1982.

Codreanu Octavian – Construirea perforatooarelor hidraulice si a sistemelor de actionare ale acestora (Teza de doctorat), Petroșani, 1998.

Hinrickhsl, K. – Hartmetallim Berbare Beim Bohren, Sohramen und Hoblen.

Lețu, N., Marica, E., Semen, C. – Saparea si sustinerea lucrarilor miniere. Săparea lucrarilor miniere orizontale, Litografia Institutului de Mine, Petroșani, 1979.

Marian, I. – Mecanizarea in minerit, Editura Tehnica, București 1969.

Vasiliu Nicolae, Vasiliu Daniela – Actionari hidraulice și pneumatice, Editura Tehnica, București 2005.

Cărți tehnice si prospecte ale firmelor: – Torque Tension și Victor (Anglia)

Imeco (Austria)

Kometa și Tamrok (Finlanda)

Eurotungstene (Franța)

Meudon și Secoma (Franța)

Salzgitter (Germania)

Kopex (Polonia)

Furukawa (Japonia)

Joy, Ingersoll-Rand și TEI Rok Drills (SUA)

Atlas Copco, Sandvik, Linger-Alimack si Tagersta-Secoroc (Suedia).

59

BIBLIOGRAFIE

Bolunduț. I.L. – Contributii asupra îmbunătățiri constructiei instalatiilor mobile de perforat pentru saparea lucrarilor miniere subterane (Teza de doctorat), Petroșani, 1982.

Codreanu Octavian – Construirea perforatooarelor hidraulice si a sistemelor de actionare ale acestora (Teza de doctorat), Petroșani, 1998.

Hinrickhsl, K. – Hartmetallim Berbare Beim Bohren, Sohramen und Hoblen.

Lețu, N., Marica, E., Semen, C. – Saparea si sustinerea lucrarilor miniere. Săparea lucrarilor miniere orizontale, Litografia Institutului de Mine, Petroșani, 1979.

Marian, I. – Mecanizarea in minerit, Editura Tehnica, București 1969.

Vasiliu Nicolae, Vasiliu Daniela – Actionari hidraulice și pneumatice, Editura Tehnica, București 2005.

Cărți tehnice si prospecte ale firmelor: – Torque Tension și Victor (Anglia)

Imeco (Austria)

Kometa și Tamrok (Finlanda)

Eurotungstene (Franța)

Meudon și Secoma (Franța)

Salzgitter (Germania)

Kopex (Polonia)

Furukawa (Japonia)

Joy, Ingersoll-Rand și TEI Rok Drills (SUA)

Atlas Copco, Sandvik, Linger-Alimack si Tagersta-Secoroc (Suedia).