Буровые станки для открытых горных работ

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
Сибирский федеральный университет 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

И. И. Демченко, А. О. Муленкова 
 

БУРОВЫЕ СТАНКИ 

ДЛЯ ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТ 
 
Учебное пособие 

 
 

 
 
 
 

2-е издание, исправленное и дополненное 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
Красноярск 
СФУ 
2020 

УДК 
622.242.2(07)+622.271.32(07) 

ББК 
33.131-5я73 
Д318 
 
 
Р е ц е н з е н т ы: 
М. А. Викулов, доктор технических наук, профессор кафедры «Горное дело» Горного института Северо-Восточного федерального университета 
им. М. К. Аммосова; 
С. В. Доронин, кандидат технических наук, доцент, ведущий научный сотрудник СКТБ «Наука» ИВТ СО РАН 
 
Первое издание вышло в 2008 г., его авторами были И. И. Демченко 
и С. Б. Васильев 
 

Демченко, И. И. 
Д318  
Буровые станки для открытых горных работ : учеб. пособие / И. И. Демченко, А. О. Муленкова. – 2-е изд., испр.  
и доп. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2020. – 120 с. 
 
ISBN 978-5-7638-4250-0 
 

Описаны конструкции, принцип действия и классификации бурово
го оборудования и рабочего инструмента станков, которые применяются 
на карьерах горнодобывающей промышленности. Даны практические задания и вопросы для самопроверки по изучаемым темам. Приведена литература по эксплуатации и обслуживанию буровых станков. 

Предназначено для студентов направления подготовки 21.05.04 

«Горное дело», специализации 21.05.04.09 «Горные машины и оборудование», 21.05.04.03 «Открытые горные работы» и 21.05.04.10 «Электрификация и автоматизация горного производства». Может быть полезно инженерно-техническим работникам карьеров, где ведется подготовка горных пород к выемке. 
 
 
 

Электронный вариант издания см.: 
УДК 622.242.2(07)+622.271.32(07) 

http://catalog.sfu-kras.ru 
ББК 33.131-5я73 

 
 
 

© Сибирский федеральный университет, 2008 
ISBN 978-5-7638-4250-0 
© Сибирский  федеральный  университет,  
изменения и дополнения, 2020 

ВВЕДЕНИЕ 

 
 
Курс «Горные машины и комплексы» является одним из 
профилирующих в цикле дисциплин, которые формируют профессиональный уровень современных инженеров, занятых в сфере 
горного производства. Обширный материал, излагаемый в рамках 
курса, требует большого объема как аудиторных занятий, так 
и самостоятельной работы студентов. 
Достаточно сложная структура дисциплины создает определенные трудности при изучении предмета, но вместе с тем позволяет охватить практически весь комплекс горного оборудования, 
применяемого при разработке полезных ископаемых открытым 
способом. 
Эффективная работа сложной карьерной техники во многом 
зависит от уровня теоретической и практической подготовки  
инженерно-технического персонала предприятия. Современный 
горный инженер должен глубоко знать основы механизации и автоматизации горного производства, эксплуатационные и технические данные горных машин, принципы действия и технические 
возможности машин и элементов их конструкций. 
В современной технологии добычи полезных ископаемых открытым способом значительное место занимает бурение взрывных 
скважин. Научно-технический прогресс в этой области определяет 
эффективность разрушения горных пород взрывным способом,  
который еще длительное время останется на карьерах главным. 
Основное развитие буровой техники на ближайшие десятилетия 
будет базироваться на механических способах бурения с различными видами воздействия на горную породу. 
Большинство карьеров горной промышленности применяют 
разнообразное буровое оборудование, в том числе станки шарошечного бурения взрывных скважин диаметром 216–320 мм, оснащенные электроприводами суммарной мощностью от 350 до 750 кВт, 
сложными электрогидравлическими системами, компрессорными 
станциями, системами автоматического управления. Используются 
десятки различных конструкций буровых инструментов (долот), 
которые должны строго соответствовать условиям бурения. 
 

Изучение настоящего учебного пособия позволит студентам 

закрепить необходимые знания о рациональной области применения и классификации буровых машин, а также о конструкции, 
принципах действия и назначении основных узлов и механизмов 
буровых станков, используемых для подготовки горных пород 
к выемке. 

1. БУРОВЫЕ МАШИНЫ. 

СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД. 

КЛАССИФИКАЦИЯ БУРОВЫХ СТАНКОВ 

 
 
Одним из наиболее трудоемких процессов горного производ
ства является процесс бурения скважин для размещения в них  
зарядов взрывчатых веществ. При помощи буровзрывных работ 
производится более 60 % всего объема вскрышных работ и 90 % 
добычных. Буровзрывные работы организовывают таким образом, 
чтобы обеспечить в забое запас взорванного материала с требуемой степенью дробления. Необходимая кусковатость породы 
определяется типом выемочно-погрузочной машины и грузоподъемностью транспортных средств. 

Бурение – это технологический процесс, служащий для про
ходки в горном массиве отверстия необходимой глубины и диаметра. 

Буровой машиной принято называть машину, предназна
ченную для бурения горной породы, т. е. создания в ней при помощи механического или иного приспособления искусственного 
углубления – шпура или скважины. 

Шпур – искусственное цилиндрическое углубление в горной 

породе диаметром до 75 мм и глубиной до 5 м. 

Скважина – искусственное цилиндрическое углубление в гор
ной породе диаметром более 75 мм при любой глубине и глубиной 
свыше 5 м при любом диаметре. 

Приспособление для бурения, включающее породоразруша
ющий инструмент и буровой став, носит название бурового инструмента. 

Буровой инструмент, приводимый в действие буровой маши
ной, разрушает породу в самой нижней части скважины, которая 
называется забоем. Породоразрушающий инструмент изготавливают в виде буровой коронки или долота. Буровой став, состоящий 
из соединенных, как правило, при помощи резьбы буровых штанг, 
передает от привода буровой машины на долото или коронку осевое усилие, обеспечивающее производительную работу установки. 

Буровые машины, предназначенные для бурения скважин, 

называются буровыми станками. 

Скорость бурения и, следовательно, производительность 

станков зависят от физико-механических свойств вмещающих пород. К механическим свойствам горных пород относят крепость, 
прочность, твердость, абразивность, буримость, анизотропию, гранулометрический состав, угол естественного откоса и др. 

Крепость определяется как сопротивление породы общему 

разрушению и оценивается коэффициентом крепости f по шкале 
проф. М. М. Протодьяконова. За единицу крепости f = 1 в этой шкале выбрана порода, для которой временное сопротивление одноосному сжатию составляет 10 МПа. Значение f для разных пород 
устанавливают при раздавливании породного кубика на прессе. 

Прочность – свойство горной породы в определенных усло
виях, не разрушаясь, воспринимать силовые воздействия. Критериями прочности являются временные сопротивления одноосному сжатию σсж, сдвигу σсд и растяжению σр. Эти три параметра находятся 
примерно в следующем соотношении: σсж : σсд : σр = 1 : 0,3 : 0,1. Зависимость показывает, что наиболее эффективным и менее энергоемким способом разрушения породы считается тот, который  
использует силы растяжения и сдвига. 

Твердость – способность породы оказывать сопротивление 

проникновению в нее другого, более твердого, тела (индентора). 
Существует несколько способов оценки твердости горных пород: 
по Бриннелю НВ – при вдавливании стального шарика; по Роквеллу 
НRС – по отпечатку при вдавливании алмазного конуса или стального шарика; по Шору – по высоте отскока бойка от породы и др. 

Абразивность – свойство горной породы интенсивно изна
шивать породоразрушающий инструмент. Критерием абразивности считается суммарная потеря в миллиграммах массы стержняэталона за определенное время (10 мин) при его истирании на 
станке о необработанную поверхность горной породы. 

Анизотропия – неодинаковость свойств породы по различным 

направлениям. Это свойство существенно влияет на скорость бурения, например скорость резания угля изменяется в 1,5–2,0 раза. 

Буримость – сопротивляемость горных пород общему раз
рушению в процессе бурения. Буримость характеризуется скоростью бурения в единицу времени, м/ч, и зависит от свойств пород. 
Показатель буримости используют для проектирования, финансирования и нормирования буровых работ. 

Гранулометрический состав – содержание в некотором объ
еме горной массы частиц различной крупности. 

Угол естественного откоса характеризует угол у основания 

конуса, образующийся при отсыпке разрыхленной породы с некоторой высоты. 

К физическим свойствам пород относят плотность, пори
стость, влажность, липкость, связность, теплопроводность, упругость, вязкость и др. 

Плотность – отношение массы породы к ее объему при 

естественной влажности. Обозначается γ, кг/м3 или т/м3. 

Влажность – отношение массы воды в образце к массе его 

твердых частиц. Характеризуется коэффициентом влажности. 

Пористость – отношение объема, занятого порами, ко всему 

объему породы. Характеризуется коэффициентом пористости. 

Липкость – способность породы прилипать к различным 

предметам. Оценивается удельным налипанием, Н/м2. 

Связность определяется сцеплением отдельных частиц поро
ды между собой и характеризует способность последней к их разделению. 

Сцепление – сила связей между частицами, обусловленная 

химическими, физическими и механическими связями и взаимодействиями. Характеризуется коэффициентом сцепления. 

Способы бурения скважин классифицируются по несколь
ким признакам. 

По характеру разрушения породы все способы можно раз
делить на три группы: механические, физико-механические 
и комбинированные (табл. 1). При бурении скважин в горных породах чаще всего используют механические методы разрушения, 
которые в зависимости от характера работы инструмента в забое 
и приложения силовых нагрузок применяются в четырех способах бурения: вращательном, ударном, ударно-вращательном 
и вращательно-ударном (буровые машины для подземной разработки). 

При вращательном способе бурения горная порода на забое 

скважины разрушается под воздействием инструмента (резца и коронки), сочетающего вращательное и поступательное движение. 
Этот способ характеризуется приложением к инструменту значительного крутящего момента и осевого усилия. 

Таблица 1 

 

Классификация способов бурения скважин 

 
Метод 
разрушения 
Способ бурения 
Буровое оборудование 

Механический 
Вращательный

 
 

Ударный 
 
Ударно-вращательный 

 

Вращательно-ударный

Ручные и колонковые сверла; шарош
ечные долота и резцовые коронки 

 

Ударно-канатные станки и перфораторы

 

Погружные пневмоударники 

 

Машины вращательно-ударного действия

Физико- 

механический 

Огневой
Взрывной 

Гидравлический 

Плазменный

Станки термобурения
Специальные машины 

–«– 
–«–

Комбинирован
ный 

Термоударный

Термошарошечный 

Комбинированный инструмент
Комбинированный инструмент 
огневого или шарошечного типа

 
При ударном бурении клинообразный инструмент (коронка) 

внедряется в породу вследствие кратковременного ударного усилия, 
направленного по оси скважины. Статическое осевое усилие при 
ударном способе отсутствует либо незначительно и обеспечивает 
лишь контакт инструмента с забоем скважины. После совершения 
удара инструмент отскакивает и поворачивается на некоторый угол 
для нанесения удара по новому месту в забое. Обычно угол поворота 
не превышает 15° и рассчитывается таким образом, чтобы исключить 
наличие целиков породы между двумя смежными следами ударов. 
При этом способе не требуется большого крутящего момента. 

При бурении пород более высокой крепости (f > 10–12) при
меняют ударно-вращательный способ бурения, который сочетает 
достоинства ударного способа (значительное осевое усилие)  
и вращательного (лучшая очистка забоя). При ударе инструмента 
происходит разрушение забоя, а в результате его вращения – разрушение части породы резанием и удаление буровой мелочи. 

При вращательно-ударном способе бурения основное разру
шение породы осуществляется при вращении инструмента и мощность механизма вращения всегда больше мощности ударного механизма. Этот способ используется на буровых машинах, применяемых в подземных выработках и при бурении по углю. 

При взрывном способе бурения забой разрушается от воздей
ствия энергии взрыва, при гидравлическом – от энергии движущейся воды, при плазменном – от удара по забою струи плазмы. 
Все эти способы находятся в стадии научной разработки и промышленного применения не получили. 

При огневом бурении горные породы разрушаются высокотем
пературными газовыми струями, истекающими со сверхзвуковой 
скоростью из инструмента – горелки. Под воздействием скоростного теплового потока на поверхности забоя скважины создаются 
напряженные слои породы, которые отделяются от массива в виде 
мелких частиц – чешуек. Эти частицы, подхваченные парогазовой 
смесью, выносятся из скважины на поверхность. 

Для производства взрывных скважин на открытых горных 

работах в соответствии с ГОСТом промышленностью выпускаются буровые станки следующих типов: СБР – станки вращательного 
бурения резцовыми коронками; СБШ – станки вращательного бурения шарошечными долотами; СБУ – станки ударно-вращательного 
бурения погружными пневмоударниками; СБО – станки огневого 
бурения; СБК – станки ударно-канатного бурения. 
Выбор типоразмеров буровых станков для карьеров осуществляется в зависимости от крепости разрабатываемых горных пород 
(табл. 2). 
 
Таблица 2 

 

Основные параметры и области применения буровых станков 

 

Способ 
бурения 

Типоразмер 
станка 

Номинальный 
диаметр 
бурения, 
мм

Диаметр
бурового
инструмента, 
мм

Глубина
бурения, 
м 

Усилие
подачи,
кН 

Масса 
станка, 
т 

Коэффициент 
крепости 
пород f 

Шнековый 
СБР-125
СБР-160
125
160 
125
160 
29
24 
50
80 
10
25 
2–5
2–6 

Ударно-вращательный 
СБУ-100
СБУ-125
100
125
105; 125
125; 160
35
32; 52
8
25; 70
0,5–5,0
9,0–13,5
10–16
12–18

Шарошечный 

СБШ-200
СБШ-250
СБШ-320

200
250 
320

190; 244
244; 269 
320; 393

32–60
32–55 
36

300
350 
600

50–62
72–85 
110

 6–12
  8–14 
10–18

Огневой 
СБТМ-20
СБО-160
180–250 
140
– 
20 
–
– 
60
43 
14–20 

Ударно- 
канатный 
СБК 
300 
– 
100 
– 
24 
10–18 

Наибольшее распространение на карьерах получили стайки 

шарошечного бурения. С их использованием выполняется до 80 % 
всех объемов бурения, тогда как станками типа СБР – до 17 %. 
Менее 1 % буровых работ приходится на станки огневого и практически исчезнувшего ударно-канатного способа бурения. 

Остановимся кратко на элементах конструкции буровых 

станков. Буровые станки, используемые для производства 
взрывных скважин, имеют следующие основные части: рабочее 
оборудование, исполнительные механизмы, ходовое оборудование, механизмы управления, силовое оборудование, гидро- 
и пневмосистемы, устройство пылеулавливания. 

Под силовым оборудованием буровых станков понимается 

энергетический комплекс, обеспечивающий привод механизмов 
и оборудования. На станках используются пневматические, гидравлические и электрические двигатели. Широкое применение 
в приводе станков получили асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором единой серии в защищенном исполнении, 
а также обдуваемые и многоскоростные двигатели в закрытом исполнении. Для привода ходовых и подъемных механизмов часто 
применяют асинхронные двигатели с короткозамкнутым и фазным 
роторами. Для привода главных механизмов используют двигатели постоянного тока в защищенном исполнении с независимым 
возбуждением и частотой вращения 600–900 об/мин. 

Регулирование скорости вращения асинхронных электродвига
телей производится ступенчато с помощью редуктора или переключением числа пар полюсов. Электропривод постоянного тока выполняется по системе «генератор – двигатель с электромашинным усилителем (Г – Д – ЭМУ)» и по системе «магнитный усилитель – вентильный преобразователь – двигатель (МУ – ВП – Д)». Все буровые 
станки питаются от сети переменного тока напряжением 380 В, кроме СБШ-320 – 6 000 В. Подвод питания от передвижных трансформаторных подстанций производится посредством гибких кабелей, 
присоединяемых к вводной коробке станка, откуда напряжение подается на вводный автомат. 
Перспективным направлением в совершенствовании систем 
и элементов привода буровых станков является более широкое использование гидромоторов в качестве исполнительных двигателей. 
Он имеет два основных преимущества – автономность (т. е. неза