Горные машины и оборудование подземных разработок

 
 
Оглавление  

1 

Министерство образования и науки Российской Федерации 
Сибирский федеральный университет 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ГОРНЫЕ  МАШИНЫ  
И  ОБОРУДОВАНИЕ  
ПОДЗЕМНЫХ  РАЗРАБОТОК 
 
 
 
Допущено Учебно-методическим объединением вузов 
Российской Федерации по образованию в области горного дела в качестве учебного пособия для студентов 
вузов, обучающихся по направлению подготовки (специальности) 130400 «Горное дело» (рег. № 51-16/411   
от 13.03.2014) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Красноярск  
СФУ 
2014 

Оглавление 

2 

УДК 622.002.5:622.222(07) 
ББК 33.31-5я73 
        Г697 
 
 
 
 
 
 
 
Р е ц е н з е н т ы:  
Д. Е. Махно, доктор технических наук, профессор кафедры «Горные 
машины и электромеханические системы» Института недропользования 
ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный технический университет»; 
А. П. Андриевский, доктор технических наук, ведущий научный  
сотрудник лаборатории «Проблемы освоения недр» Института химии          
и химической технологии Сибирского отделения РАН  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Г697  
Горные машины и оборудование подземных разработок : 
учеб. пособие  к  практическим занятиям / А. В. Гилёв, В. Т. Чесноков, В. А. Карепов,  Е. Г. Малиновский. – Красноярск : Сиб. федер. 
ун-т, 2014. – 128 с. 
ISBN 978-5-7638-3034-7 
 
Приведены методики расчета эксплуатационных и конструктивных параметров горных машин для заданных условий, а также их производительности.  
Предназначено для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки (специальности) 130400 «Горное дело». 
 
Электронный вариант издания см.: 
        http://catalog.sfu-kras.ru 
УДК 622.002.5:622.222(07) 
ББК 33.31-5я73 
 
ISBN 978-5-7638-3034-7                                                              © Сибирский федеральный  
                                                                                                           университет, 2014 

 
 
Оглавление  

3 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
 
ВВЕДЕНИЕ .......................................................................................................... 4 
 
Практическое занятие 1. РАСЧЁТ  РЕЖИМНЫХ  ПАРАМЕТРОВ   
                                          ПЕРФОРАТОРОВ. ОСОБЕННОСТИ   
                                          ЭКСПЛУАТАЦИИ  И  ТЕХНИЧЕСКОЕ   
                                          ОБСЛУЖИВАНИЕ ................................................... 5 

Практическое занятие 2. РАСЧЁТ  РЕЖИМНЫХ  ПАРАМЕТРОВ   
                                           ГОРНЫХ  СВЁРЛ.  ЭКСПЛУАТАЦИЯ   
                                           И  ТЕХНИЧЕСКОЕ  ОБСЛУЖИВАНИЕ………23 

Практическое занятие 3. РАСЧЁТ   
                                            РЕЖИМНЫХ  ПАРАМЕТРОВ  СТАНКОВ 
                                            УДАРНО-ВРАЩАТЕЛЬНОГО  БУРЕНИЯ. 
                                            ЭКСПЛУАТАЦИЯ  И  ТЕХНИЧЕСКОЕ   
                                            ОБСЛУЖИВАНИЕ……………………………...32 

Практическое занятие 4. РАСЧЁТ   
                                           РЕЖИМНЫХ  ПАРАМЕТРОВ  СТАНКОВ   
                                           ШАХТНЫХ  БУРИЛЬНЫХ  УСТАНОВОК. 
                                           ЭКСПЛУАТАЦИЯ  И  ТЕХНИЧЕСКОЕ   
                                          ОБСЛУЖИВАНИЕ……………………………….50 

Практическое занятие 5. РАСЧЁТ  РЕЖИМНЫХ  ПАРАМЕТРОВ   
                                           ПОГРУЗОЧНЫХ МАШИН.  ЭКСПЛУАТАЦИЯ   
                                           И  ТЕХНИЧЕСКОЕ  ОБСЛУЖИВАНИЕ………67 

Практическое занятие 6. РАСЧЁТ  РЕЖИМНЫХ  ПАРАМЕТРОВ   
                                           ПОГРУЗОЧНО-ТРАНСПОРТНЫХ  МАШИН. 
                                           ЭКСПЛУАТАЦИЯ  И  ТЕХНИЧЕСКОЕ   
                                           ОБСЛУЖИВАНИЕ………………………………84 

Практическое занятие 7. РАСЧЁТ  РЕЖИМНЫХ  ПАРАМЕТРОВ   
                                           ПРОХОДЧЕСКИХ  КОМБАЙНОВ. 
                                           ЭКСПЛУАТАЦИЯ  И  ТЕХНИЧЕСКОЕ   
                                           ОБСЛУЖИВАНИЕ……………………………..102 

Практическое занятие 8. ОБОСНОВАНИЕ  ВЫБОРА   
                                           ПОГРУЗОЧНО-ДОСТАВОЧНЫХ  МАШИН. 
                                           РАСЧЁТ  КОЛИЧЕСТВА  МАШИН…………. 116 
 
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ  СПИСОК…………………………………….. 126 

Оглавление 

4 

ВВЕДЕНИЕ 

 
 
В дисциплине «Горные машины и оборудование подземных разработок» изучается горная техника, механизирующая процессы отделения горной массы от массива, погрузки на транспортные средства, управление 
горным давлением, кроме того, вопросы безопасной эксплуатации техники, модернизации узлов и деталей. 
Знания, умения и навыки по дисциплине студент получает на лекционных занятиях, при выполнении лабораторных работ и курсового проекта, прохождении учебных и производственных практик, самостоятельном 
изучении отдельных тем, методик, технологий, опыта предприятий и фирм 
по вопросам выбора горных машин, расчету режимных параметров, производительности и эксплуатации. 
Студент должен знать номенклатуру горных машин, используемых             
в различных горно-геологических условиях, принцип действия машин              
и конструкций. 
В результате изучения дисциплины студент должен уметь выбирать 
горные машины для конкретных горно-геологических условий, определять 
режимы их работы. Знать правила технической эксплуатации, следить            
за развитием средств механизации технологических процессов горного 
производства, так как внедрение новой техники повысит уровень механизации и автоматизации, увеличит добычу полезного ископаемого, будет 
способствовать совершенствованию организации труда в рудниках и шахтах, улучшению и облегчению работы горняков. 

Практические занятия по курсу «Горные машины и оборудование 

подземных разработок» занимают значительный объем аудиторных часов 
в общем времени, отводимом на изучение дисциплины. 

Учебное пособие должно способствовать более глубокому изучению 

материала курса и решению практических задач, связанных с расчетом 
эксплуатационных и конструктивных параметров горных машин для заданных условий, а также их производительности. 

Расчет режимных параметров перфораторов. Особенности эксплуатации и техническое обслуживание 
 
 

5 

П р а к т и ч е с к о е  з а н я т и е  1 
 
РАСЧЁТ   
РЕЖИМНЫХ  ПАРАМЕТРОВ  ПЕРФОРАТОРОВ.  
ОСОБЕННОСТИ  ЭКСПЛУАТАЦИИ  
И  ТЕХНИЧЕСКОЕ  ОБСЛУЖИВАНИЕ 
 
 
Цель работы. Изучить методику расчёта режимных параметров 
перфоратора, уметь рассчитать необходимое  количество машин для обеспечения заданных объёмов работ; ознакомиться с правилами безопасной 
эксплуатации и технического обслуживания перфораторов. 
 
 
1. Назначение, технические характеристики  
и конструкция перфораторов 
 
Перфоратор представляет собой пневматическую ударную машину, 
автоматически наносящую удары по торцу буровой штанги при одновременном её повороте. Пневматические перфораторы используют для бурения шпуров и скважин при производстве буровзрывных работ (рис. 1). 

 
Рис. 1. Устройство переносного перфоратора: 1 – виброгасящее устройство;          
2 – воздушный кран; 3 – головная часть; 4 – воздухораспределительное устройство;         
5 – клапан; 6 – глушитель шума; 7 – геликоидальный винт; 8 – цилиндр; 9 – ствол; 
10, 13 – буксы; 11 – поршень; 12 – водяная трубка; 13 – букса; 14 – буродержатель; 
15 – стяжные винты; 16, 17 – патрубки; 18 – рукоятка управления 

3 

2 

1

6
5
4

9
8
7
12 
11

10
13 

17 

16 
15

14 

18

П р а к т и ч е с к о е  з а н я т и е  1 

6 

В зависимости от условий применения и конструкции перфораторы 
бывают трех типов: переносные, телескопные, колонковые. ГОСТ 10750–80, 
ГОСТ 18093–79, ГОСТ 18092–79 предусматривают выпуск перфораторов  
с техническими характеристиками, приведенными в табл. 1, 2, 3, 4. 
 
Таблица 1 

Технические характеристики лёгких переносных перфораторов 

Наименование 
Тип перфоратора 

ПП50В1 
ПП36В 
ПП50В1 
ПП36В 

Завод-изготовитель 
Коммунист 
Пневматика 

Масса, кг 
29,5 
24 
33 
33 

Длина, мм 
717 
705 
920 
750 

Диаметр поршня, мм 
80 
72 
75 
75 

Ход поршня, мм 
45 
46 
71 
71 

Расход воздуха, м3/мин 
3,1 
2,8 
3,8 
3,85 

Частота ударов, с–1 
37 
38,33 
30 
30 

Энергия ударов, Дж 
54 
36 
63,74 
63,74 

Мощность, кВт 
2,2 
1,6 
2,2 
2,2 

Крутящий момент, Н·м 
20 
20 
26,9 
26,93 

Диаметр коронки, мм 
36–40 
32–40 
40–46 
40–46 

Максимальная глубина бурения, м 
3 
2 
5 
5 

Диаметр воздушного шланга, мм 
25 
25 
25 
25 

Диаметр водяного шланга, мм 
12 
12 
12 
– 

Осевое усилие подачи, Н 
800 
830 
910 
910 

 
Таблица 2 

Технические характеристики средних и тяжёлых перфораторов 

Наименование 
Тип перфоратора 

ПП54В1 ПП54ВБ1 ПП63ВПП54В1 ПП54ВБ1 ПП63В

Завод-изготовитель 
Пневматика 
Кыштымский 

Масса, кг 
31,5 
31,5 
63 
33 
33 
36 

Длина, мм 
820 
895 
880 
880 
880 
850 

Диаметр поршня, мм 
85 
85 
75 
75 
75 
76 

Ход поршня, мм 
45 
45 
71 
71 
71 
70 

Расход воздуха, м3/мин 
4,1 
4,1 
3,85 
3,85 
3,85 
4 

Частота ударов, с–1 
39,16 
39,16 
30 
30 
30 
37 

Энергия ударов, Дж 
55,5 
55,5 
63,74
63,74 
63,745 
60 

Мощность, кВт 
2,36 
2,36 
2,2 
2,2 
2,2 
3,2 

Крутящий момент, Н·м 
29,43 
29,43 
26,93
26,93 
26,93 
18 

Диаметр коронки, мм 
40–46 
40–46 
40–46
40–46 
40–46 
40–46 

Максимальная глубина бурения, м 
4 
4 
5 
5 
5 
4 

Диаметр воздушного шланга, мм 
25 
25 
25 
25 
25 
25 

Диаметр водяного шланга, мм 
12 
12 
12 
– 
– 
12 

Осевое усилие подачи, Н 
1190 
1190 
910 
910 
910 
800 

Расчет режимных параметров перфораторов. Особенности эксплуатации и техническое обслуживание 
 
 

7 

Таблица 3 

Техническая характеристика телескопных перфораторов 

Наименование 
Тип перфоратора 

ПТ-38 
ПТ-48 

Масса,кг 
38 
48 

Энергия ударов, Дж 
46 
80,4 

Частота ударов, с–1 
40 
38,4 

Крутящий момент при частоте вращения не менее 1 с–1, Н·м 
19,6 
29,4 

Номинальное давление воздуха, МПа 
0,5 
0,5 

Удельная масса, кг/кВт 
19,4 
14,7 

Ход телескопического податчика, мм 
650±10 

 
Таблица 4 

Техническая характеристика колонковых перфораторов 

Наименование 
Тип перфоратора 

ПК-50 ПК-60 ПК-75 ПК-120 ПК-150 ПК-175

Масса, кг (не более) 
50 
60 
75 
120 
150 
175 

Энергия удара ударника, Дж 
88,26
90 
157 
82,26 196,15 245,17

Частота ударов, с–1 (не менее) 
33,4 
41,7 
33,4 
41,7 
33,3 
33,3 

Крутящий момент, Н·м (не менее) 
49 
157 
245 
343 
343 
343 

Удельный расход воздуха (м3·с–1)·кВт–1 
(не менее) 
0,029 0,029 0,026
0,026 
0,029 
0,029 

Номинальное давление воздуха, МПа 
0,5 
0,5 
0,5 
0,5 
0,5 
0,5 

Удельная масса, кг/кВт (не более) 
15,3 
12,7 
11,1 
20,3 
17,3 
18,4 

 

2. Расчёт режимных параметров перфоратора 
 
В работе приведена методика расчёта следующих режимных параметров перфоратора: энергия удара, частота ударов, мощность, крутящий 
момент, механическая скорость бурения, эксплуатационная производительность, число машин для выполнения заданного объёма работ.  
 
2.1. Расчет рабочего цикла перфоратора 

В методике расчёта предполагается, что давление воздуха в цилиндр 
является постоянным и равным среднему индикаторному давлению;            
не учитывается вес движущихся частей, сила трения и влияние увеличения 
веса бура с увеличением глубины шпура на скорость отражения бойка; 
принимается постоянным давление воздуха у входа в молоток. 
Средним индикаторным давлением называется постоянное за весь 
ход поршня давление, при котором энергия удара в конце хода поршня будет 
такая же, как и при действительном переменном. 

П р а к т и ч е с к о е  з а н я т и е  1 

8 

Индикаторное давление рi – выражаем как часть давления воздуха в 
трубопроводе: 

для рабочего хода pi раб = ро · c1, 

для холостого хода рi хол = ро · с2, 

где с1 и с2 – коэффициенты, зависящие от конструкции молотка. 
Приведём значения конструктивных коэффициентов бурильных молотков: 
 

бурильные молотки 
С1 
  С2 , 

с клапанным распределением 
0,52
0,26 , 

с золотниковым распределением 
0,62
0,40 . 
 
Сила, действующая на поршень молотка при рабочем ходе: 

раб раб · раб · · раб , Н, 

где Fраб. – площадь заднего торца поршня, м2: 

раб π · 4
 ,  м, 

где D – диаметр поршня-ударника, м; d1 – диаметр поворотного стержня, м. 
Энергия удара поршня: 

раб · д ,  Дж, 

где Sд = Sк·Δ действительный ход поршня, м; Sк – конструктивный ход 
поршня; Δ = 0,85–0,9 – коэффициент потери хода. 
Под действием силы Рраб поршень получает ускорение: 

раб
 ,  м/с, 

где ml – масса поршня, кг·сек2/м. 
Длительность рабочего хода поршня: 

2д
2∆краб

 ,  с. 

Длительность холостого хода принимаем равным 

α,  с, 

где α = (1 – 1,15) – коэффициент длительности холостого хода. 
Продолжительность цикла: 
 
,  с. 

Расчет режимных параметров перфораторов. Особенности эксплуатации и техническое обслуживание 
 
 

9 

Частота ударов: 

1
,   Гц 

или 

60
,  уд/мин. 

 
Мощность бурильного молотка на поршне: 
 

9,81 · 102 ,  кВт. 

 
Крутящий момент, развиваемый на буровом инструменте: 
 

кр η2
 ,  Н · м, 

 
где η – КПД механизма поворота бура, η = 0,65–0,7; w – окружное усилие 
на среднем диаметре поворотного стержня (d1) H; 
 
хол · tgβ ρ,  Н, 

где Рхол – сила, действующая на поршень молотка при обратном ходе, Н: 

β 90 α , 

tgα π, 

где h – шаг нарезки геликоидального (поворотного) стержня, м; ρ = 8˚30′ – 
угол трения, соответствующий коэффициенту трения скольжения f = 0,15. 

хол хол · хол хол  ,  Н, 

хол π4
 ,  м, 

 
где d2 – диаметр штока поршня. 
Исходные данные для расчёта приведены в табл. 5.