Tehnologija Busenja Tekst

1. УВОД Лежишта чврстих минералних сировина, која данас стоје на располагању рударској привреди, све су сиромашнија. Због тога рудници настоје да остваре велике капацитете, како би се обезбедила економичност експлоатације. То захтева разарање и премештање огромних маса руде и јаловине, уз максимално смањење трошкова у свим сегментима производње. Почетну етапу технологије откопавања чврстих минералних сировина, како подземног тако и површинског, представља њихово одвајање од масива и дробљење на комаде неопходне крупноће. Основни и практично једини ефикасни поступак откопавања чврстих стенских масива (f > 6), на савременом нивоу развоја рударства, заснован је на примени експлозива. Ефикасност минирања објашњава се чињеницом да се при детонацији 1 kg експлозивног пуњења, готово тренутно развија снага од неколико десетина милиона киловата, док се, при механичким поступцима разарања стена, реализована снага мери само стотинама киловата. Због овога је ефикасност разарања стена минирањем, посебно код чврстих и врло чврстих стена, далеко већа од других поступака разарања. Иако се састоје од два процеса, бушачко-минерски радови чине јединствену целину. Са једне стране, параметри бушења бирају се према захтевима који се постављају пред минирање. Са друге стране, после лоше изабраних и остварених геометријских параметара бушења не може се очекивати добар резултат минирања. Од примењене технологије бушења и минирања зависе основни техно-економски показатељи рада рудника (интензивност припреме, разраде и откопавања рудног лежишта, продуктивност рада, трошкови откопавања, итд). Од показатеља дробљења стенске масе зависи ефикасност наредних технолошких фаза у процесу добијања руде, као што су: утовар, транспорт, уситњавање негабарита, примарно механичко дробљење. Значај бушења и минирања посебно долази до изражаја код континуалних и циклично-континуалних технологија. Припрема чврстих стенских масива за минирање и даљи третман у процесу добијања чврстих минералних сировина отпочиње бушењем минских бушотина, у којима прво треба сместити а потом и иницирати експлозивна пуњења. Бушење као основна и најтежa операција код бушачко-минерског поступка вођења рударских радова, захтева велико ангажовање средстава, времена и рада.

Р. Пантовић

Удео трошкова бушења на површинским коповима креће се од (15 ÷ 30) %, при чему ниже вредности одговарају коповима са великим капацитетима и крупном утоварно-транспортном механизацијом, док више вредности одговарају мањим коповима са непотпуном механизацијом процеса откопавања. Удео трошкова бушења у укупним трошковима подземног откопавања руда, зависно од примењене методе откопавања, креће се у распону (10 ÷ 20) %. Смањење удела трошкова бушења и постизање максималних техно-економских резултата бушења, захтева: стални развој и усавршавање технологије бушења, правилан избор методе бушења, познавање техничких и експлоатационих могућности опреме за бушење, примену одговарајуће опреме и параметара режима бушења, према конкретним условима бушења. Историјски гледано, са развојем технологије бушења и опреме за бушење, развијала се и технологија откопавања уопште. Савремене бушилице са којима се могу прецизно бушити дугачке бушотине великих пречника, омогућиле су прелазак са подетажног на етажно обарање руде при подземном откопавању. Опрема за бушење на површинским коповима пружа велике могућности у погледу избора пречника и дужина вертикалних и косих бушотина. Нове могућности бушења минских бушотина погодовале су порасту продуктивности бушења, смањењу трошкова бушења, као и променама категорија резерви руде и увођења сиромашнијих лежишта у експлоатацију.

1.1. ИСТОРИЈСКИ РАЗВОЈ ОПРЕМЕ ЗА БУШЕЊЕ Археолози су утврдили да је човек почео, још пре 25 000 година, да се бави бушењем. За бушење се, ради израде камених оруђа и посуда, користио сечивима (длетима) од чвршћег камена. Међутим, развој опреме за бушење отпочиње тек крајем XIX века. Историјски гледано тај почетак представља 1839. година, када је шкотски инжењер James Neswit дао концепцију израде парног бушаћег чекића, који је после три године произведен и испробан на једном копу гипса, у околини Париза. Први бушаћи чекић, који је патентиран, представљала је парна конструкција Американца Коуча, из 1849. године. Длето код тог чекића било је причвршћено за клип и пратило је његово кретање. Ротација је постигнута помоћу зупчаника, а посмак преко ланца. Две године касније конструисан је чекић са погоном на компримирани ваздух. Енглез Т. Barlet конструисао је ударну бушилицу, са ротацијом и посмаком која је, радила у једном тунелу током 1854. године. Као најзначајнија, међу првим европским конструкцијама, може се сматрати конструкција Somejerg, која је представљала усавршену верзију Barletовог чекића. Овај чекић имао је много заједничког са модерним тешким чекићима. Имао је ротацију длета и могао је да буши бушотине пречника до 80 mm. Маса му је износила око 200 kg, а био је прилагођен, монтажи на покретној платформи. 2

Р. Пантовић

Колико су људи улагали труда да пронађу неко ефикасније средство за бушење и ослободе се тешког мануелног рада, доказује и податак да је, у периоду 1850. ÷ 1875. године, само у Америци, патентирано 110 типова чекића и чак 7 типова бушаћих кола. И у Европи су конструктори били веома активни, па су, у истом периоду, пријавили 87 патената, од чега 67 у Енглеској. Основни недостатак свих конструкција чекића односио се на тешкоће око избацивања честица набушеног материјала са дна бушотине. Тај проблем је решен конструкцијом шупље бушаће шипке и израдом цевастог канала за ваздух, уздужно кроз средиште чекића. У тај канал смештена је цевчица, која је улазила у шупљину шипке за бушење. На тај начин компримираном ваздуху, а касније и води, омогућен је приступ до дна бушотине. Тако је створен први чекић са такозваним «централним испирањем». Заслуга за тај историјски допринос, припада Американцу Лајнеру. Година 1897., у којој је Лајнер произвео више својих чекића са централним испирањем, сматра се годином рођења бушаћег чекића. Ништа битно није додато каснијим конструкцијама, осим дизајна и бољег материјала. Лајнерова радионица за израду чекића прерасла је у компанију, која се касније објединила са компанијом Ingersoll Rand. Од самог почетка бушачи су морали снагом својих руку да држе и притискују бушаће чекиће, нарочито при хоризонталном и бушењу навише. Због таквог начина рада, повратни удари који се јављају у чекићу, директно су били амортизовани рукама. Овај проблем у великој мери решен је увођењем потпорне ноге за ручне бушаће чекиће. Чекић типа RH 656, којег је конструисао Ерик Рајд, из шведске компаније Atlas Diesel, касније много познатије као Atlas Copco, представља први бушаћи чекић са потпорном ногом за бушење у подземним просторијама. Велики напредак у развоју опреме за бушење, остварен је четрдесетих година прошлог века, када је коначно конструисано моноблок длето са тврдом легуром. Примена тврдих легура у конструкцији моноблок длета и круна за бушење, као и сталне иновације у производњи бушаћег прибора, омогућили су развој све јачих и моћнијих конструкција чекића на пнеуматски погон. Напори конструктора били су усмерени, а то важи и данас, ка изналажењу бушаћих чекића са којима ће се постићи још већа брзина и дубина бушења. Американци су следили идеју да је брзину бушења могуће повећати само ако се повећа притисак на длето, за шта су потребни снажнији и тежи чекићи, нарочито када су у питању тврде стене. Употреба тешких чекића захтевала је одговарајућа постоља, јер су њихове димензије превазилазиле могућности ручног манипулисања. Првобитни лафети са ручним навојним посмаком добили су пнеуматске моторе. Да би се обезбедила што већа покретљивост, развијена су бушаћа кола са једном или више пнеуматских грана. У Европи је, супротно од америчке концепције, развијена такозвана «шведска метода бушења» са ручним пнеуматским чекићима и потпорном ногом. Основни принципи те технике бушења у подземним просторијама били су: 3

Р. Пантовић

-

коришћење лаких и средње тешких бушаћих чекића, масе (20-30) kg, у комбинацији са потпорном ногом за бушење бушотина малих пречника, - употреба квалитетних длета са сечивом од тврдог материјала и - специјално конструисане покретне платформе за бушење у просторијама већих профила. Ове платформе служиле су и за измену пуних и празних вагонета, као и за осигурање стропа подземне просторије. Међутим, после 1960. године, корисници опреме за бушење дефинитивно су примат дали тешким бушаћим чекићима. Као последица тога, конструисани су моћни чекићи на пнеуматски погон са независном ротацијом, са којима су, на пример, у кречњацима, оствариване брзине бушења између 1,3 и 1,6 m/min. Комбинација таквих чекића са хидрауличним гранама велике покретљивости, омогућила је серијску производњу бушилица за израду подземних просторија великих попречних пресека. Пошто су се пнеуматски бушаћи чекићи приближили горњој граници својих могућности, крајем 60-тих година прошлог века ради се на увођењу хидрауличног погона бушаћих чекића. Први хидраулични бушаћи чекић, 1971. године, произвела је француска фирма Montabert Co.. 1973. године при пробијања тунела кроз превој Пурка (Швајцарски Алпи). Међу првима примењује се хидраулични бушаћи чекић COP 1038 HD (Аtlas Copco), при чему је за 50 % постигнута већа брзина бушења од пнеуматских бушаћих чекића. Од тада хидрулични бушаћи чекићи добијају све ширу примену, стално потискујући пнеуматске. 1990 године у свету је било дванаест произвођача хидрауличне бушаће опреме и око седамдесет модела хидрауличних бушаћих чекића. На слици 1 приказан је историјски развој опреме за бушење у подземним рудницима. Развојни пут хидрауличних бушаћих чекића био је релативно кратак, јер су искоришћена сва искуства мукотрпно стечена током развоја код пнеуматских чекића. Ипак у том периоду развијене су четири генерације хидрауличних бушаћих чекића, чији су типични представници следећи чекићи фирме Аtlas Copco: - COP 1238 (I генерација – 1972. год. ) - COP 1238 ( II генерација – 1983. год.) - COP 1440/1550 (III генерација – 1987. год.) и - COP 4050 (IV генерација – 1991. год.). Хидраулична бушаћа опрема данас преузима примат у области бушења минских бушотина, пре свега у подземним рудницима. Међутим, процес преласка са пнеуматске на хидрауличну опрему није једноставан, нарочито код рудника који већ имају изграђене системе снабдевања компримираним ваздухом.

4

Р. Пантовић

Савладавање великих сила трења и енергетски губици дуж бушаће колоне били су ограничавајући фактори за бушење бушотина великих дубина. Због тих проблема, појавом бушаћих чекића који су улазили у саму бушотину и кретали се кроз њу током бушења одмах иза чела бушотине, развио се посебан правац у развоју опреме за бушење. Прва конструкција ронећег бушаћег чекића, код кога се ударни механизам налазио у бушотини а ротација је обезбеђивана споља са бушилице, урађена је у Совјетском Савезу (С. П. Юшко, 1949). У западној Европи британска фирма Halifax Tool Co., према конструкцији Белгијанца Stenuick-а, 1951 године започиње производњу ронећих бушаћих чекића. У почетку су бушилице са ронећим бушаћим чекићима, у подземним рудницима, коришћене за бушење бушотина за вентилацију, дренажу и друге потребе. Током 60-тих година прошлог века бушилице са ронећим бушаћим чекићима налазе примену и на површинским коповима. Развој опреме за бушење бушотина великих пречника на површинским коповима отпочиње 1895. године, када је проф. Романовски са Петроградског рударског института први пут избушио бушотину бушилицом ударно-ужетног дејства са парним погоном. Бушилице са ударно ужетним бушењем омогућавале су бушење искључиво вертикалних бушотина пречника (150 ÷ 300) mm. Овај начин бушења напуштен је шездесетих година прошлог века. Од 1939 године на површинским коповима угља примењује се ротационо бушење са длетима пречника (110 ÷ 160) mm. Круне за ротационо бушење са два озубљена конуса (америчке фирме Hughes) први пут су примењене код експлоатације нафте у Тексасу 1909. године. Међутим, све до 1949. године, за чишћење бушотина од бушаће ситнежи и за хлађење лежајева код конусних круна, коришћена је вода или исплака, што је због високих трошкова обезбеђења воде под притиском, замрзавања воде у одговарајућим климатским условима, нарушавања стабилности и испирања зидова бушотина, био велики проблем у примени оваквог начина бушења. Од 1949. године за чишћење бушотина и хлађење лежајева користи се компримирани ваздух. Данас се 80 % минских бушотина на површинским коповима буши коришћењем средње тешких и тешких ротационих бушилица са троконусним бушаћим крунама.

5

Р. Пантовић

Слика 1: Развој опреме за бушење у подземним рудницима

6

Р. Пантовић

2. КАРАКТЕРИСТИКЕ СТЕНА ЗНАЧАЈНЕ ЗА РАЗАРАЊЕ БУШЕЊEM Стенска маса, која представља корисне минералне сировине и пратећу јаловину, има одговарајуће карактеристике, чије је познавање од посебне важности за избор метода и средстава за њено разарање. При пројектовању и нормирању параметара бушења у обзир треба узети карактеристике стенског масива, које значајно утичу на ток и резултате процеса бушења. Изучавање физичко-механичких и структурних карактеристика стена предмет је механике стена. Због тога ће овде бити дат само краћи осврт на карактеристике које су посебно значајне са аспекта разарања бушењем.

2.1. ФИЗИЧКО-МЕХАНИЧКЕ КАРАКТЕРИСТИКЕ Физичко-механичке карактеристике стена могу да се поделе на: - волуметријске, - отпорносне, - еластичне (пластичне), - акустичне, итд. Основне волуметријске карактеристике стена су густина и порозност. Чврстоћа стене је њено основно својство и представља отпор према спољашњим силама, које настоје да је деформишу. Отпорност стена изражава се преко напрезања која доводе до њеног разарања. Најчешће коришћене карактеристике отпорности су граничне чврстоће на притисак (σp), истезање (σi) и смицање (τ). Коефицијент чврстоће по Протођаконову (f) представља приближно десети део чврстоће на притисак при једноосном оптерећењу када је она изражена у мегапаскалима. Еластична својства стене дефинишу се преко Јунговог модула еластичности (Е) и коефицијент Пуасона (µ). После претрпљених напрезања и деформација, еластичност омогућава стени повратак у првобитни облик и размере. Зависно од модула еластичности Штајнер дели стене на осам категорија (табела 1). Табела 1: Категорије стена према еластичности Категорија еластичности Модул еластичности, (GPа)

1

2

3

4

5

6

7

8

до 2,5

2,5-5

5-10

10-25

25-50

50-75

75-100

>100

7

Р. Пантовић

Пластичност стена карактерише се појавом неповратних деформација. Изражена је посебно код пластичних полувезаних стена (глина, лапорац) и влажних стена. Жилавост (кртост) се односи на степен еластичне деформације при динамичким оптерећењима. Жилаве стене могу да се знатније деформишу, док се крте ломе готово без деформација. Тврдоћа стене исказује њен отпор према продирању другог тврђег тела. Зависно од облика утискивача, односно аутора тестова за испитивање тврдоће, дефинисане су тврдоће према: Бринелу, Викерсу, Роквелу, Шору, Херберту. При динамичким оптерећењима кроз стену се одређеном брзином шире еластични таласи. Брзине тих таласа поједини истраживачи сврставају у посебну групу акустичких особина, док их други сврставају у еластичне особине при динамичком оптерећењу. Брзине простирања еластичних таласа зависе од еластичности и густине стене и за апсолутно изотропну средину, према теорији еластичности важе следеће зависности:

vu =

vu =

E d ⋅ (1 − µ d )

ρ ⋅ (1 + µ d ) ⋅ (1 − 2 ⋅ µ d ) E d ⋅ (1 − µ d ) ( ρ ⋅ 1 + µ d ) ⋅ (1 − 2 ⋅ µ d )

(1) (2)

где су: ρ - густина стене, µ - динамички коефицијент Пуасона, vu и vp - брзине уздужних и попречних таласа, Еd - динамички модул еластичности. Из претходних израза следи да је однос брзина уздужних и попречних таласа функција µd:

vu = vp

2 ⋅ (1 − µd )

(1 − 2 ⋅ µ ) d

(3) На основу брзине простирања еластичних таласа у стенском масиву, може се судити о његовој грађи и структури, о напонском стању и еластичним својствима. У табели 2 наведене су вредности параметара најзначајнијих физичко-механичких карактеристика за неколико типова стена.

8

Р. Пантовић

Табела 2: Физичко-механичке карактеристике појединих стена τ, MPа

ρ, g/cm3

vu, km/s

vp, km/s

0,5

3

1,25

1,2

2,3

13,5

2,43

3,2

42

3,4

3,6

2,6

1,8

1,2

8

0,1

45

7

11

2,42

3,4

1,9

21,7

0,26

46

5

7

2,46

6,9

4,1

102,2

0,24

Пешчар

50

-

-

6,66

3,3

1,7

12,5

0,33

Масивни кречњак

68

-

-

2,65

3,5

1,7

13,6

0,33

Мермер

75

12

24

2,72

4,3

2,5

51,1

0,25

Доломит

91

-

-

2,95

3,4

1,6

14,2

0,33

Алевролит

98

-

-

2,81

2,8

1,6

9,2

0,26

Кварцит

110

6

-

2,76

3,6

2,3

36

0,17

Гнајс

118

-

34

2,85

6,1

3,4

83,5

0,28

Дијабазни порфирит

130

4

160

2,44

5,0

2,5

22,3

0,33

Диајбаз

158

11

-

2,87

5,7

3,6

93,8

0,27

Порфирит

160

20

-

2,93

6,4

3,3

88,5

0,31

Стена

σp, MPа

σi, MPа

Угаљ

0,8

Серпентинит

28

Сијенит Кречњак Шкриљац

Е, GPа

µ

0,7

1,8

0,36

1,8

10,8

0,28

Андезит

195

9

38

2,7

5,5

2,9

33,6

0,30

Габро дијабаз

260

14

-

3,1

5,6

3,4

86

0,23

Кварцни порфир

335

39

68

2,6

5,1

3,1

35,4

0,21

2.2. СТРУКТУРНЕ КАРАКТЕРИСТИКЕ С обзиром на структурну грађу, стенски масиви се могу поделити на: масивне, слојевите, шкриљасте (цепљиве) и испуцале. Готово сви стенски масиви разбијени су пукотинама, које се разликују по геометрији морфологији, генези. Према општем карактеру мрежа пукотина издвајају се три типа: - системске мреже, које сачињава један или више система различито оријентисаних пукотина, - полигоналне мреже, код којих су све пукотине паралелне једном правцу и у равни управној на њега образују карактеристичне многоугаонике (полигоне) и - хаотичне мреже, код којих се не издвајају системи или је њихов број врло велики. Сваки тип мреже пукотина дели се према испрекиданости на: непрекидне, испрекидане и разорене (слика 2).

9

Р. Пантовић

Системска

Полигонална

Хаотична

Непрекидна

Испрекидана

Разорена

Слика 2: Шематски приказ основних типова мрежа пукотина Према степену отворености пукотине могу бити: скривене (невидљиве), затворене и отворене. Испуцалост стенског масива може да се окарактерише преко показатеља специфичне испуцалости, односно броја отворених пукотина свих система, које долазе на јединицу дужине, у произвољном правцу. Величина супротна специфичној испуцалости је средње растојање између пукотина, које се може поистоветити са средњим пречником комада (блока) стене. Класификација стена према степену испуцалости дата је у табели 3. Табела 3: Категорије стенских масива према испуцалости Категорија испуцалости

I

II

III

IV

V

Потпуно испуцале (ситно блоковите)

Јако испуцале (средње блоковите)

Средње испуцале (крупно блоковите)

Слабо распуцале (врло крупно блоковите)

Монолитне (искључиво крупно блоковите)

до 0,1

0,1 ÷ 0,5

0,5 ÷ 1,0

1,0 ÷ 1,5

преко 1,5

преко 10

2 ÷ 10

1 ÷2

0,65 ÷ 1

до 0,65

+ 300

до 10

10 ÷ 70

70 ÷ 100

100

100

+ 700

0

до 30

30 ÷ 80

80 ÷ 100

100

+1000

0

до 5

5 ÷ 40

40 ÷ 100

100

Степен испуцалости (блоковитости) масива Средње растојање између пукотина свих система (m) Специфична испуцалост (m-1) Садржај (%) у масиву комада пречника (mm)

10

Р. Пантовић

Разбијен мноштвом пукотина, стенски масив можемо схватити као својеврсну конструкцију сачињену од блокова различитих размера и облика. Отуда се као карактеристика испуцалости јавља и термин блоковитост. Испуцалост одређује агрегатну чврстоћу стенског масива, његове деформационе и друге карактеристике. На узорцима лабораторијских размера не може се оценити утицај микропукотина на чврстоћу стенског масива. Због овога треба разликовати “особине стенског масива” од “особина стене”. Однос чврстоће испуцалог масива према чврстоћи неиспуцалог узорка стене назива се коефицијентом структурног ослабљења и креће се од 1 до 0,005. Испуцалост је комплексна карактеристика стене, која је одређена: типом мреже пукотина, гранулометријским саставом природних блокова у масиву, оријентацијом екстремних праваца испуцалости, ширином и запуњеношћу пукотина, итд. Природни гранулометријски састав комада стене у масиву може бити изражен неком од функција расподеле: Puasson-овом, логнормалном, Rosin-Rammler-овом, гама итд. Познавање физичко механичких и структурних карактеристика стена није довољно за практичне инжењерске прорачуне, јер не постоје поуздане корелације између наведених особина и отпора који стене пружају при разарању током бушења. Ради овога дефинисане су техничко-технолошке особине које одређују отпорност стенских масива према разарању.

2.3. ДРОБИВОСТ Дробивост стена је најопштији показатељ рушивости стене и није везана за одређени процес разарања. Лабораторијске методе одређивања дробивости стена обично се заснивају на оцени потрошње енергије на дробљење одређене масе стене, при динамичком наношењу оптерећења. Ржевски је за практичне прорачуне дефинисао показатељ тежине разарања стене (Ptr):

Ptr = 0,05 ⋅ k i ⋅ (σ p + σ i + τ ) + 0,5 ⋅ ρ

(4) где су: σp - гранична чврстоћа стене на притисак (MPа) σi - гранична чврстоћа стене на истезање (MPа) τ - гранична чврстоћа стена на смицање (MPа) ki - коефицијент испуцалости (ki = Dbm + 0,2) Dbm - пречник природних блокова у масиву (m) и ρ - густина стене (t/m3). Према овом показатељу стене су подељене на пет класа по тежини разарања (табела 4).

11

Р. Пантовић

Табела 4: Класе стена према тежини разарања Класа I II III IV V

Стене Получврсте, збијене и мекане везане Лакорушиве Средњерушиве Тешкорушиве Врло тешкорушиве

Показатељ тежине pазарања, Ptr 1÷5 5 ÷ 10 10 ÷ 15 15 ÷ 20 20 ÷ 25

Законитости разарања стена при бушењу не зависе само од природе саме стене већ и од спољашњих оптерећења, односно примењених поступака разарања стене. Због тога се, уместо општих показатеља рушивости стене, чешће користе посебни показатељи отпора, који се односе на конкретне облике разарања. Са аспекта процеса бушења значајне су: отпорност стена према бушењу и абразивност.

2.4. ОТПОР ПРЕМА БУШЕЊУ Ради лакшег и једноставнијег изражавања утицаја особина стена на брзину бушења, дефинисана је бушивост или отпорност стена према бушењу. Ова техничко-технолошка карактеристика генерише у себи утицаје многих својстава стена и представља њен отпор према продирању сечива круне, а може се исказати преко разних показатеља, као што су: - механичка брзина бушења у стандардним условима, - специфична енергија разарања, - бездимензиони показатељи бушивости (показатељ релативног отпора према бушењу и индекс бушивости) и - абразивност. 2.4.1. Брзина бушења Отпорност према бушењу може да се искаже преко брзине бушења. Међутим, пошто бушивост не зависи само од стене, већ и од примењене опреме за бушење и режима бушења, бушење се мора вршити стандардном опремом за бушење, при одређеном режиму и условима бушења. На бази остварене брзина бушења, при примени стандардног пнеуматског ручног бушаћег чекића, у различитим врстама стена, ИГД АН СССР је дао скалу бушивости (табела 5). Међутим, ова класификација, као ни остале класификације које су засноване на мерењу брзина бушења, при одређеним условима, осим релативног сагледавања отпорности појединих врста стена према бушењу, нема посебан практични значај. На основу таквих класификација не може се, при произвољном режиму бушења, проценити брзина бушења са произвољном опремом за бушење.

12

Р. Пантовић

Табела 5: Скала бушивости Класа

Коефицијент

Тип стене

бушивости

чврстоће (f )

Брзина бушења, cm/min

1

Једри микрокварцити

35

3

2

Врло једри кварцити

25

4

3

Једри кварцити, базалти, андезити, магнезити

20

5

4

Врло једри андезити и дијабази

17

6

5

Кварцни порфир

13

7

6

Кварцни пешчар, силификовани кречњак, пирит

11

8

7

Једри гранит, жилне руде гвожђа

9

11

8

Једри пешчари и кречњаци

8

13

9

Пешчар, измењени гранит, сидерит,

6

16

10

Пешчани шкриљци, боксит

5

20

11

Слабији пешчар, кречњак, ситнозрне сулфидне руде олова и цинка,

4

25

12

Јако измењене еруптивне стене

3

30

13

Меки шкриљци и лапорци, каолинисане еруптивне стене

2

35

14

Потпуно распаднути шкриљци, камени угаљ

1,5

40

15

Гипс, мрки угаљ

2

50

16

Бигар, мекани угаљ

0,8

60

2.4.2. Специфична енергија бушења Отпорност према бушењу може да се искаже преко количине енергије коју је неопходно током бушења утрошити за разарање јединичне количине стене. На слици 3 илустрована је промена ангажоване снаге бушилице (Pa), у временском интервала ∆t = t1 - t0, који је неопходан за бушење 1 m' бушотине. Током тог времена бушењем се разори стена запремине (V').

V '=

d 2 ⋅π ⋅1 4

(5) Интеграцијом шрафиране површине на слици, добија се енергија (е') која се утроши за разарање стене запремине V': t1

e' = ∫ Pa (t ) dt t0

Специфична енергија бушења (еbs) добија се из односа:

13

(6)

Р. Пантовић

t1

ebs =

4 ⋅ ∫ Pa (t ) dt

e' = V'

t0

d 2 ⋅π

(7) Уколико се не уочава значајнија промена ангажовања снаге бушилице (Pa=const.), специфична енергија бушења (ebs) се може одредити из израза:

ebs =

4 ⋅ Pa ⋅ (t1 − t0 ) d 2 ⋅π

(8)

Ангажована снага (Pa)

Pa = Pa(t)

1 m’

t0

t1

Време (t)

Слика 3: Промена ангажоване снаге бушаћег чекића Енергија која се утроши током бушења састоји се од дела енергије потребног за стварање нових слободних површина (фрагментацију) и дела који се утроши за еластичне и пластичне деформације, које прате разарање, али не доводе до стварања нових слободних површина и енергије која се утроши на трење. На слици 4 приказане су зависности специфичне енергије бушења од чврстоће стена и примењеног начина бушења. Може се запазити да је потрошња енергије најмања при примени тешких лафетних хидрауличних бушаћих чекића (крива 1). С обзиром да се по правилу користе при недовољној сили потиска, већу потрошњу енергије захтевају лаки преносни (ручни) пнеуматски бушаћи чекићи (крива 3). Бушилице ротационо-ударног дејства захтевају мању потрошњу енергије од ручних бушаћих чекића, али само у мекшим стенама (крива 5). Њихова примена у чврстим стенама није ефикасна. Бушење ронећим бушаћим чекићима (крива 4) мање је ефикасно од бушења тешким лафетним чекићима. Без обзира на велику брзину бушења и велики пречник бушотина, потрошња енергије при ротационом бушењу троконусним бушаћим крунама (крива 2), већа је у односу на потрошњу енергије при бушењу тешким бушаћим чекићима. При великим осним силама на троконусну круну, специфична енергија, код ова два начина бушења, приближно је иста. Пошто је при ротационом бушењу дијамантским крунама бушаћа ситнеж најфинија, овај начин бушења захтева и највећу потрошњу енергије (крива 6).

14

Р. Пантовић

3 Специфична Specifičnaенергија energijaбушења bušenja, (J/cm3) J/cm

1400 1200

6

1000

5

800

4

600

3

2

400

1

200 0 4

6

8

10

12

14

16

18

20

Коефицијент (f) Koeficijent чврстоће čvrstoće (f)

Слика 4: Промена специфичне енергије бушења при бушењу у стенама различите чврстоће при бушењу: 1 – тешким лафетним хидрауличним бушаћим чекићима, 2 – троконусним бушаћим крунама, 3 – лаки преносни бушаћи чекићи, 4 – ронећим бушаћим чекићима, 5 – ротационо-ударним бушилицама, 6 – дијамантским крунама 2.4.3. Показатељ релативне отпорности према бушењу Показатељ релативне отпорности стена према бушењу (Pb) утврђује се, по Ржевском, према изразу :

Pb = 0,07 ⋅ (σ p + τ ) + 0,7 ⋅ ρ

(9)

где су: σp – гранична чврстоћа стене на притисак, MPa τ – гранична чврстоћа стена на смицање, MPa ρ – густина стене, t/m3. Према овом показатељу, стене су подељене на пет класа по тежини разарања (табела 6). Табела 6: Класе стена према показатељу релативне отпорности према бушењу Класа бушивости Показатељ релативне бушивости

I

II

III

IV

V

1 ÷5

5 ÷ 10

10 ÷ 15

15 ÷ 20

20 ÷ 25

15

Р. Пантовић

2.4.4. Индекс бушивости Параметри физичко-механичких карактеристика стена одређују се поступцима, при којима до изражаја не долазе фактори који утичу на процесе гњечења и дробљења стене испод круне. Такви фактори су: крупноћа и везаност зрна, минерални састав и структура. Механизам разарања стена при бушењу значајно се разликује од механизма разарања стена при испитивању стандардних карактеристика. Због овога је неопходно да тестови за утврђивање отпорности стена према бушењу, буду слични механизму удара круне о стену и на тај начин изразе значај особина стена које утичу на разарање стена при бушењу. Индекс бушивости (Ib) (Tamrock, 1986) представља параметар или релативну меру отпора појединих типова стена према бушењу, а одређује се на основу две претходно утврђене вредности: - Sievers-ове Ј вредности, (SJ) и - показатеља дробивости (S20). Вредност SЈ се одређује тестовима минијатурног ротационог бушења узорака стене, помоћу стоне лабораторијске бушилице. Фиксирани узорак стене буши се волфрам-карбидном моноблок бургијом са равним сечивом и углом оштрења од 110°, пречника 8 mm. Током бушења неопходно је наносити силу притиска од 200 N. SЈ вредност представља дубину продирања бургије у узорак, после 200 обрта, изражену у десетим деловима од милиметра. Показатељ дробивости (S20) се одређује такозваним шведским тестом дробивости, који је шематски приказан на слици 5. m =14 kg

25 cm

20 x

15 mm

10 mm

S20 =

10 mm

%

Слика 5: Шематски приказ шведског теста за утврђивање показатеља дробивости 16

Р. Пантовић

Узорак стене се дроби и ситима се одвоји фракција (10-15) mm. Овако припремљен узорак, масе 0,55 kg, ставља се у метални цилиндрични суд и дроби тегом масе 14 kg, који слободно пада са висине од 25 cm. Показатељ дробивости је проценат просева кроз сито величине 10 mm, у односу на полазну масу узорка, после 20 удара тега о поклопац посуде са узорком. На бази претходно утврђених величина S20 и SЈ, према дијаграму на слици 6, одређује се индекс бушивости. Његове оријентационе вредности за поједине типове стена су дате у табели 7. Између индекса бушивости и брзине бушења, постоји висок коефицијент корелације, што омогућава њихово коришћење за прогнозу брзине бушења у различитим типовима стена. 100

200

150 130 100 50 20 10 2 1 0.7 0.5

90

Индекс Indeksбушивости bu{ivosti (I(Ib)b)

80 70 60 50

(SJ)

40 30 20 10 0 10

20

30

40

50

60

70

80

90

Pokazatelj drobivosti (S20) (S20) Показатељ дробивости

Слика 6: Дијаграм за утврђивање индекса бушивости

17

кречњак

мермер

диорит

габро

гнајс

50 ÷ 60

70 ÷ 90

40 ÷ 55

35 ÷ 50

40 ÷ 60

гранит 35 ÷ 50

пешчар

кварцит 30 ÷ 50

35 ÷ 55

дијабаз

бушивости

30 ÷ 45

Индекс

таконит

Стена

25 ÷ 45

Табела 7: Индекс бушивости (Ib) за различите типове стена

Р. Пантовић

2.4.5. Абразивност Абразивност представља активну отпорност према бушењу, која се исказује способношћу стене да, у одређеној мери, хаба бушаћи прибор. Абразивна својства стене зависе, пре свега, од њеног минералошкопетрографског састава и структуре. Абразивност је од посебног значаја за избор прибора за бушење. Тест за одређивање индекса абразивности (Ia) обавља се на специјално конструисаном уређају (слика 7). Издробљена стена, крупноће око 1 mm, додаје се у ротирајући кружни канал (око 50 cm3/min). Волфрам-карбидни модел (узорак) притиснут је тегом, масе 10 kg, на покретну стенску ситнеж, услед чега се модел хаба. Индекс абразивности представља губитак масе волфрам-карбида, после 100 обртаја, изражен у милиграмима.

10 kg

5

Слика 7: Шема теста за одређивање индекса абразивности: 1 – волфрамкарбидни модел (узорак), 2 – тег, 3 – обртни челични диск, 4 – додавач, 5 - усисивач, 6 – левак са уситњеном стеном

6

4

2 1 3

У табели 8 дата је класификација стена према индексу бушивости (Ib) и индексу абразивности (Ia). Са порастом индекса бушивости расте и индекс абразивности. Међутим у стенама са истим индексом бушивости, већу абразивност поседује стена која у себи садржи већу количину кварца. Табела 8: Класе стена према показатељима отпора према бушењу, при садржају кварца од 10 ÷ 40 % Класа стене

Изузетно слабе

Врло слабе

Слабе

Средње

Чврсте

Врло чврсте

Изузетно чврсте

Ib

21

28

37

49

65

86

114

Ia

3

13

23

33

43

53

63

18

Р. Пантовић

3. ОПШТЕ КАРАКТЕРИСТИКЕ БУШЕЊА Бушење представља поступак израде цилиндричних шупљина (бушотина) у стени или минералној сировини. Физички посматрано бушење се састоји из два процеса: - разарања стене бушаћим алатом на челу бушотине и - избацивања бушаће ситнежи из бушотине.

3.1. СВРХА БУШЕЊА Бушење бушотина има врло широку примену у рударству, грађевинарству и другим привредним гранама. Према својој сврси бушење се може поделити у три основне групе: истражно, експлоатационо и услужно. Истражно бушење се може вршити са језгровањем и без језгровања Експлоатационо бушење обухвата израду бушотина за: o минирање стена и руда, o експлоатацију нафте и гаса, o експлоатацију водених раствора соли, o експлоатацију руда лужењем, o експлоатацију термалних, минералних, пијаћих вода, o подземну гасификацију угљева и ретортовање уљних шкриљаца и уљних пешчара. Бушење услужних бушотина врши се у циљу: o наводњавања, одводњавања и исушивања терена, o проветравања у подземним рудницима, o постављања (провлачења) комуникационих каблова, o транспорт материјала у расутом стању, o пружања прве помоћи и извлачења заробљених рудара, o анкерисања (сидрења), o предвртавања ради испуштања воде и гасова из стенског масива, o гашења пожара у подземним рудницима, o замрзавања водоносних терена при изради подземних просторија, o смештаја нуклеарног отпада.

3.2. ПАРАМЕТРИ БУШОТИНА Ради формирања експлозивних пуњења намењених за разарање стенских масива минирањем неопходно је претходно извршити бушење минских бушотина. Основни параметри минских бушотина су њихов пречник, дужина и оријентација у простору. Према дужини бушотине се условно могу поделити на:

19

Р. Пантовић

- плитке (до 3 m), - средње дубоке (3 ÷ 20 m ), - дубоке (преко 20 ÷ 30 m) и - врло дубоке (преко 50 m). а према пречнику на бушотине: - малог (до 50 mm), - средњег (50 ÷ 100 mm), - великог (100 ÷ 300 mm), - врло великог (преко 300 mm - окна) и - променљивог пречника (степенасто бушење ). Према правцу ког заузимају у простору, бушотине могу бити: вертикалне, хоризонталне или косе, а према паду могу бити усмерене навише и наниже. Поред основних параметара за минске бушотине значајна је стабилност њихових зидова и њихове девијације (скретања) у стенском масиву. Ове карактеристике не зависе само од техничкотехнолошких, већ и од природних фактора. 3.3. МЕТОДЕ БУШЕЊА Све методе бушења могу се поделити на механичке и физичке. Постоје и комбинације механичког са појединим физичким поступцима бушења. 3.3.1. Механички поступци бушења Механички поступци бушења најзаступљенији су у рударству и заснивају се на разарању стене при наношењу механичких оптерећења преко одговарајућих бушаћих алата. Бушење може да се класификује према различитим критеријумима, као што су: - начин преноса енергије са машине за бушење до бушаћег алата, - механизам разарања стене на контакту бушаћи алат – стена, - начин чишћења бушотина, - услови примене, - ниво механизације и - облику примарне погонске енергије, итд. Према начину преноса енергије са машине за бушење до бушаћег алата, механичко бушење може се поделити на: ударно, ударноротационо, ротационо-ударно и ротационо бушење На слици 8 приказана је шема наведених начина бушења са одговарајућим типовима бушаће опреме и врстом погонске енергије.

20

Р. Пантовић

МЕХАНИЧКО БУШЕЊЕ

УДАРНО

УДАРНО-РОТАЦИОНО

РОТАЦИОНО -УДАРНО

Моноблок длетима, крунама са симетричним сечивима

Крунама са сечивима и брадавичастим уметцима

Крунама са асиметричним сечивима

Бушаћи чекићи са зависном ротацијом

Бушаћи чекићи са независном ротацијом и ронећи бушаћи чекићи

Ротационо-ударне бушаће главе

Ручни и стубни бушаћи чекићи и чекићи са потпорном ногом

Пнеуматски

Бушилице са лафетним бушаћим чекићима

Пнеуматски или хидраулични или електрични

Бушилице са ронећим бушаћим чекићима

Пнеуматски или хидрулични или електрични

Бушилице са ротационоударним бушаћим главама

Пнеуматски или хидраулични

Ручне врталице

Пнеуматски или електрични

РОТАЦИОНО

Троконусним крунама

Длетима

Ротационе главе (мотори)

Ротационе бушилице са длетима

Ротационе бушилице са троконусним крунама

Електрични

Слика 8: Шема механичког бушења према начину наношења оптерећења на бушаћи алат Код ударног бушења кинетичка енергија клипа бушаћих чекића преноси се, до бушаће круне, у облику ударних импулса, директно (код ронећих бушаћих чекића) или преко бушаће колоне (код бушаћих чекића са зависном ротацијом). Код ударно-ротационог бушења уз ударне импулсе, као примарне узроке разарања, са машине за бушење, преко бушаће колоне до бушаћег алата, преноси се и обртни момент. Излазна снага ударног механизма већа је од снаге ротационог мотора. Овакав поступак бушења широко се примењује код бушилица са средње тешким и тешким лафетним бушаћим чекићима са зависном ротацијом и код бушилица са ронећим бушаћим чекићима. Код ротационо-ударног бушења преко бушаће колоне до бушаћег алата преноси се велики обртни момент уз слабије ударне импулсе. Излазна снага ударног механизма мања је од снаге ротационог мотора. Овај поступак бушења остварује се код бушаће опреме са ротационим бушаћим главама. Ротационо бушење се остварује при ротацији бушаћих длета по спиралној линији врло великом осном притиску и великом обртном моменту који се преноси са ротационих глава (мотора) до бушаћег алата, без ударних импулса. У овај поступак бушења спада ротационо бушење: троконусним бушаћим крунама, длетима са спиралним бушаћим шипкама (цевима) и врло ретко дијамантским крунама пуног профила.

21

Р. Пантовић

На следећем дијаграму (слика 9) приказан је однос спољашњих оптерећења при напред наведеним поступцима бушења. Обртни момент представља функцију снаге ротационог мотора (Nо) а динамички (ударни) притисак представља функцију снаге ударног механизма (Nu).

Po

Mo = f(No) Pu = f(N)u Ротационо

Ротационо-ударно

Ударно-ротационо

Ударно

Слика 9: Однос спољашњих сила код различитих поступка бушења Према механизму разарања стене на челу бушотине, механички поступци бушења могу се поделити на: ударно, ударно-ротационо, ротационо-ударно и ротационо бушење. На слици 10 је илустровано разарање стене при различитим поступцима бушења. При ударном бушењу бушаћи алат, заоштрен у облику клина, под дејством динамичког (ударног) оптерећења утискује се у стену, при чему долази до разарања стене испод сечива алата до дубине (h). После сваког удара бушаћи алат се заокреће за одређени угао, обезбеђујући на тај начин округли попречни пресек бушотине. Ротацију обезбеђује заокретни механизам, који је саставни део конструкције бушаћег чекића. Међутим, обртни момент је недовољан да утиче на разарање стене тако да разарање у облику гњечења и мрвљења стене, при утискивању сечива бушаћег алата, настаје искључиво као последица ударних оптерећења (Pu) (слика 10 а). Ударно бушење је карактеристично за ручне бушаће чекиће са зависном ротацијом и често се назива ударно-заокретним бушењем. Овај облик разарања испољава се, такође, код ронећих бушаћих чекића, када је обртни момент релативно мали и при бушењу троконусним крунама. Бушење троконусним бушаћим крунама по преносу енергије до круне је чисто ротационо. Међутим, према карактеристикама механизма разарања стене, бушење троконусним крунама са слободним котрљањем конуса, припада ударном бушењу. Код ударно-ротационог бушења удари се наносе по непрекидно ротирајућем инструменту. Разарање стене код овог поступака бушења настаје пре свега услед ударних оптерећења (Pu) али у одређеној мери, под дејством обртног момента (Мо) долази до појаве тангенцијалних напрезања и смицања врхова «гребена» између суседних уреза, који настају при ударима сечива бушаћег алата (слика 10 б). Овај облик разарања карактеристичан је за примену бушаћих чекића са независном ротацијом и ронећих бушаћих чекића и при примени троконусних круна са конусима чије осе не секу осу бушотине. 22

Р. Пантовић

Po

Pu

Pu

Mo h

h

а)

б) Po

Pu

Po

Mo h

ц)

Mo

ϕ

h

ϕ

д) Слика 10: Илустрација разарања стене при: а) ударном, б) ударноротационом, ц) ротационо-ударном и д) ротационом поступку бушења (Pо – статички осни притисак, Pu – ударни (динамички) притисак, Мо – обртни момент, h - дубина утискивања сечива бушаћег алата)

Код ротационо-ударног бушења удари се наносе по ротирајућем бушаћем алату под великим осним притиском (Pо). Разарање настаје, пре свега, на рачун смицања стене под дејством обртног момента (Мо), а потпомогнуто је и ударима (Pu) (слика 10 ц). Овај вид разарања карактеристичан је за примену такозваних ротационих бушаћих глава. Ротационо-ударно бушење обједињује предности ударног и ротационог бушења, па се у одређеним условима овим поступком постижу релативно велике брзине бушења. При ротационом бушењу бушаћи алат под дејством врло великог осног притиска (Pо) продире у стену до дубине (h), а одговарајућим обртним моментом (Мо) врши се разаране стене смицањем, односно резањем. Величина осног притиска дефинише се према услову савладавања отпора стене према утискивању на контакту режућих сечива бушаћег алата са стеном. При овоме долази до постепеног резања (смицања), честица стене на челу бушотине и напредовања бушаћег алата по спиралној путањи (слика 10 д). У рударству се овај поступак бушења примењује применом ручних врталица или бушилица са длетима за ротационо бушење.

23

Р. Пантовић

3.3.2. Облици разарања при механичком бушењу Према интензитету и обиму разарање при механичком бушењу може бити: запреминско, површинско или као последица замора материјала. Запреминско разарање, при коме долази до утискивања сечива бушаћег алата до одређене дубине у стену, настаје у случајевима када је притисак алата за бушење на стену, на челу бушотине, већи од отпора на разарање (Rr): (10) Rr < P0 / S k где су: Pо - осна сила којом алат за бушење притиска чело бушотине, Sk - површина контакта сечива бушаћег алата са стеном на челу бушотине и Rr - отпор стене према утискивању сечива бушаћег алата, који представља површинску чврстоћу стене. При (11) Rr > P0 / S k долази само до површинског разарања. У том случају сечиво бушаћег алата не успева да се утисне у стену, па се разарање јавља у облику стругања, при чему се скида врло танак површински слој. Када је:

R r >> P0 / S k

(12)

долази до разарања замарањем стене. Оптерећење на челу бушотине знатно је мање од оптерећења које је неопходно за његово разарање. Међутим, због непрекидног одржавања тих оптерећења долази до разарања стене услед њеног замора. При површинском и разарању замарањем напредовање бушаћег алата је врло споро па је бушење неефикасно. Према начину чишћења бушотина, односно удаљавања бушаће ситнежи из бушотине, могу се разликовати: - мокро бушење са испирањем бушотина водом, - суво бушење са издувавањем бушаће ситнежи компримираним ваздухом (уз могуће додавање воде), - суво бушење са усисавањем бушаће ситнежи и - бушење са механичким изношењем набушеног материјала спиралним шипкама или цевима.

24

Р. Пантовић

3.4. КЛАСИФИКАЦИЈА ОПРЕМЕ ЗА БУШЕЊЕ Зависно од задатих параметара (пречник, дужина и нагиб) бушотина, услова под којима се врши бушење, и других фактора, за бушење треба применити одговарајућу опрему. У погледу преноса енергије до чела бушотине, опрему за бушење чине три међусобно повезане компоненте: - машина за бушење, - бушаћа колона и - бушаћи алат (круне, длета). На машинама за бушење налазе се најважније компоненте опреме за бушење, мотори у којима се погонска енергија трансформише у обртни момент и/или динамичке ударе (импулсе), који се даље преносе кроз бушаћу колону. Бушаћи алат предаје механичку енергију стени, у којој се део те енергије троши на користан рад разарања. Као и методе бушења и опрема која се користи за бушење може да се класификује и према другим критеријумима, као што су: тип основних радних уређаја – мотора, услови примене, ниво механизованости, облик примарне погонске енергије, итд. Опрема за механичко бушење стена може се, према основном типу примењеног мотора за вршење функција у процесу бушења, поделити на опрему за: - бушење лаким бушаћим чекићима - бушење лафетним бушаћим чекићима - бушење ронећим бушаћим чекићима - ротационо бушење длетима и - ротационо бушење троконусним крунама Према условима примене опрема за бушење најопштије може да се подели на опрему за бушење: - на површинским коповима и каменоломима, - у подземним рудницима и - опрему за бушење у посебним условима (подводно бушење). Према нивоу механизованости бушаћа опрема може бити: ручна, полу-механизована, механизована, аутоматизована и роботизовна. Према погонској енергији опрема за бушења може бити: - пнеуматска, - хидраулична, - електрична - дизел (ређе бензинска). Често опрема за бушење може да користи више од једног облика погонске енергије. 25

Р. Пантовић

26

Р. Пантовић

4. УДАРНО БУШЕЊЕ Ударно (перкусивно) бушење заснива се на принципу ручног бушења длетом и чекићем. За вршење ударног или перкусивног бушења (од латинске речи: percusare - ударати) користе се машине познате под именом бушаћи чекићи. Процес ударног (и ударно-ротационог) поступка бушења остварује се у комбинацији следећих функција: - удара (перкусије), - потиска, - ротације и - испирања (чишћења) бушотине. На слици 11 илустроване су наведене функције.

Слика 11: Основне функције при ударном бушењу

Перкусија Кинетичка енергија клипа бушаћег чекића предаје се преко усадника бушаћој колони, у облику ударног таласа, који се креће брзином око 5000 m/s. Део енергије коју бушаћа круна преда стени утроши се за дробљење стене на челу бушотине. На слици 12 а приказан је ударни талас при ширењу кроз бушачу колону. При кретању ударног таласа кроз бушаћу колону, долази до опадања његове амплитуде, односно јачине напрезања на његовом фронту. Енергија једног удара и број удара, који варира 2000 ÷ 3500 удара у минути, заједно представљају ударну (перкусиону) снагу бушаћег чекића. Ова снага је директно пропорционална притиску компримираног ваздуха. Генерално гледано са већом ударном снагом обезбеђује се већа брзина бушења. Потисак Ради постизања ефикасног бушења неопходно је обезбедити што већи пренос енергије удара на стену. То се може постићи само уколико је круна у сталном контакту са челом бушотине, што се обезбеђује одговарајућом силом потиска, односно осном силом. Сила потиска обезбеђује се ручно, код ручних бушаћих чекића или преко одговарајућих механизама за потискивање бушаћих чекића, као сто су цилиндри (пнеуматски и хидраулични), ланчаници, пужасти преносници итд.

27

Р. Пантовић

а)

Напрезања наna фронту ударног таласа Naprezanje frontu udarnog talasa

Ротација Основна улога ротације је заокретање бушаће круне у положај за наношење новог ударца. После сваког удара круна се заокреће за угао, који омогућава при наредном удару утискивање бушаћег алата и смицање гребена стене између суседних уреза, на челу бушотине, који се формирају при узастопним ударима бушаће круне. Угао заокретања бушаће круне, између два узастопна удара, треба да буде изабран тако да се добије највећи обим разорене стене по једном удару (слика 12 б). Код круна са сечивастим уметцима тај угао је између 10 ÷ 20 °, а код круна са брадавичастим уметцима 5 ÷ 7 °. Код бушаћих круна великих пречника, брзина ротације треба да буде мања, како би се смањила ободна брзина, а тиме и бочно хабање круне.

Vreme Време

б) Слика 12: Облик ударног таласа (а) и углови заокретања за круне са сечивима и брадавицама (б)

Чишћење бушотине Чишћење бушотине најчешће се врши компримираним ваздухом или водом под притиском. Ови флуиди се доводе на чело бушотине кроз осну рупу у бушаћој колони и отворе и канале на бушаћој круни. Бушаћа ситнеж се миксује са водом или ваздухом и избацује ван бушотине кроз простор између зида бушотине и бушаће колоне (слика 13).

а)

б) Слика 13: Принцип избацивања ситнежи из бушотине: а) компримираним ваздухом б) водом 28

Р. Пантовић

Одстрањивање бушаћих одломака (ситнежи) од изузетне је важности за обезбеђење ефикасног бушења. Ако чишћење бушотине није ефикасно, долази до поновног уситњавања већ одломљених честица стене, услед чега опада брзина бушења а повећава се хабање круне. Због слабог чишћења бушотине често долази и до заглава бушаћег прибора.

4.1. МЕХАНИЗАМ РАЗАРАЊА СТЕНА ПРИ УДАРНОМ БУШЕЊУ Механизам разарања стена при ударном бушењу, по својој природи, представља врло сложен процес. Због сложености, која се огледа у различитим облицима напрезања и разарања стене, ово разарање се не може у потпуности описати математички. Преко сечива бушаћих круна на чело бушотине доводи се део кинетичке енергије клипа бушаћег чекића. При томе, сечиво разара стену, формирајући урез одређене дубине у стени. После сваког удара круна се заокреће за одређени угао. Када ударни талас, који се формира при удару клипа бушаћег чекића о усадник, стигне до површине контакта круне са стеном, долази до његовог дељења на два дела. Део енергије таласа одбија се назад, кроз бушаћи прибор, као компресиони или истежући, зависно од отпора, кога стена пружа утискивању сечива круне а део се шири у облику уздужних, попречних и површинских таласа кроз стенску масу. Подужни таласи се шире према дубини масива изазивајући свестрани притисак. Од контакта круна - стена бочно се шире попречни таласи и они су основни носиоци разарања. Површински таласи доводе само до осциловања површинских делова стенске масе. Разарања која се дешавају при удару, не захватају само део стенe у формираном кратеру, већ иду много дубље, што се манифестује појавом већег броја различито оријентисаних микропукотина. Ове пукотине се могу сврстати у две групе: - пукотине које настају услед самог удара и развијају се радијално према дубини масива и - пукотине које настају као последица попречног ударног таласа и шире се у облику логаритамске спирале. Радијалним пукотинама које се, под дејством високих притисних оптерећења, шире према дубини масива, стварају се слободне површине, од којих се бочно шире пукотине по правцима поменутих логаритамских спирала. Дакле, иако стена трпи динамичка притисна оптерећења, разарање се манифестује кроз истискивање (смицање) ситних комадића из кратера разарања. Илустрација овога дата је на слици 14. +

+

+

-

--

Слика 14: Разарање стене при удару са појавом централне пукотине и бочним цепањем 29

-

Р. Пантовић

Под дејством концентрисаних удара круне, у зони контакта круне са стеном, формира се хетерогено поље напрезања, при чему долази до утискивања сечива круне на рачун гњечења, распуцавања, смицања и истискивања честица стене. Заступљеност појединих облика напрезања зависи углавном од облика сечива круне и карактеристика стене, а граничне чврстоће стене према поменутим оптерећењима су различите. На слици 15 приказан је механизам разарања стене, при удару брадавичастог уметка круне, у три зоне. У зони мрвљења, непосредно испод сечива (брадавице) круне, стена се мрви на врло фину ситнеж. Ово је резултат локалног компримовања и рушења структуре минералних зрна. При удару сечивастог уметка круне, зона мрвљења уместо кружног, има троугаони облик. Иза зоне мрвљења формира се зона пукотина, у којој се стена дроби у облику нешто крупнијих комада, при чему се не разара структура минералних зрна. На тај начин, бушаћу ситнеж представља комбинација финих честица, из зоне мрвљења и нешто грубљих честица које долазе из зоне пукотина. Од гранулометријског састава бушаће ситнежи зависи величина специфичне енергије бушења. Највеће искоришћење ударне енергије постиже се при минималном садржају најситнијих фракција. Од енергије коју стена прими од круне за дробљење се утроши 5 ÷ 10 % енергије, на формирање пукотина 5 ÷ 10 % и за формирање језгра гњечења око 1%. Остали део енергије, до 86 %, губи се у масиву. UDAR УДАР

Слика 15: Шематски приказ дробљења стене испод брадавичастог уметка круне: I - зона мрвљења, II - зона пукотина и III - зона еластичних деформација

I II III

30

Р. Пантовић

4.2. КОНСТРУКЦИЈА И ПРИНЦИП РАДА БУШАЋИХ ЧЕКИЋА СА ЗАВИСНОМ РОТАЦИЈОМ Пнеуматски бушаћи чекићи представљају најпостојанији облик машине за бушење, која се од половине XIX века користи до данас. Пнеуматски бушаћи чекић је клипна машина у којој се потенцијална енергија компримираног ваздуха (притисак 0,5 ÷ 0,7 МPа) трансформише у кинетичку енергију клипа, који се, у цилиндру, транслаторно креће напред-назад. Клип наноси врло велики број удараца по темену бушаћег длета (2500 ÷ 3000 удара/мин.). После сваког удара бушаће длето се аутоматски заокрене за одређени угао, који у зависности од конструкције, износи од 15 ÷ 30 °. Поред одређених конструктивних специфичности које имају поједини бушаћи чекићи, принцип рада и основни саставни делови су исти. Најважнији делови пнеуматског бушаћег чекића су: клип, цилиндар, систем за развођење компримираног ваздуха, механизам за заокретање длета и чаура. Изглед једног пнеуматског бушаћег чекића, са основним саставним деловима, приказан је на слици 16. Бушаћи чекић се састоји од три основна склопа: - главе чекића (3), - цилиндра (8) са чауром средњег оклопа (15) и - предњег оклопа (9) са држачем длета (14); који су међусобно спојени стезним завртњевима (19). У оквиру ових склопова монтирани су ударно-заокретни механизам, систем за развођење ваздуха (4), ваздушни вентил (2) са ручицом за пуштање ваздуха (21) и цев за воду (12). Ударно-заокретни механизам намењен је за наношење удара на чело усађеног бушаћег длета и његово заокретање. Он се састоји од клипа (11) са чауром са спиралним урезима (16), рачке (7) са заокретним механизмом (17), чауре са правим урезима (10) и обртне чауре (13). Принцип рада бушаћег чекића садржи се у наизменичном довођењу компримираног ваздуха испред и иза клипа, помоћу вентила (5) и система за развођење ваздуха (4). На тај начин обезбеђује се кретање клипа напред-назад. При кретању напред (радни ход) клип наноси удар по усаднику бушаће шипке, који се поставља у обртну чауру (13), а при кретању назад (повратни ход) заокреће се за одређени угао око рачке (7), окрећући истовремено бушаћу шипку преко чауре са урезима (10) и обртне чауре (13). Компримирани ваздух долази у бушаћи чекић кроз цев (18). Вентил за ваздух најчешће има четири положаја: отпочињање бушења, пун рад, заустављање и интензивно продувавање.

31

Р. Пантовић

Слика 16: Основни делови ручног бушаћег чекића 4.2.1. Механизам за заокретање Заокретањем бушаћег длета обезбеђује се равномерно разарање стене на челу бушотине, цилиндричан облик бушотине и спречава заглављивање бушаћег длета. Заокретање бушаћег длета може се остварити на два начина: зависно (код ручних бушаћих чекића) и независно (код лафетних бушаћих чекића). Код ручних бушаћих чекића ротацију обезбеђује механизам са зависним заокретањем. Заокретање бушаћег длета, после сваког удара клипа по темену усадника, при повратном ходу клипа, постиже се помоћу заокретног механизма и чауре за везу између клипњаче и усадника бушаћег длета. Да би се могло остварити заокретање бушаћег длета, на задњем делу чауре, постоје урези, који су у вези са каналима на клипу. Предњи део чауре, који је у вези са усадником, одговара профилу усадника бушаћег длета. Постоје две варијанте конструкције заокретног механизма, који се углавном састоје од озубљеног венца и скакавица које дозвољавају кретање само у једном смеру, и хеликоидалних канала за заокретање. Код прве конструкције, озубљени венац са скакавицама постављен је по средини бушаћег чекића, око хеликоидних канала на клипњачи, са којима се налази у кинематској спрези. При повратку назад клип је принуђен да прати хеликоидне зарезе, јер је озубљени венац укочен. На тај начин заједно са клипом заокреће се и бушаће длето (слика 17). 32

Р. Пантовић

Конструкције механизма за заокретање који се налази иза клипа, користе се код бушаћих чекића са већим бројем удараца клипа, и код којих се за чишћење бушотина користи испирање водом. Код друге конструкције, озубљени венац са скакавицама и рачка са хeликоидним каналима, смештени су у задњем делу бушаћег чекића. Клип и клипњача унутра имају хеликоидне канале који одговарају хеликоидним каналима на рачки. На клипњачи - споља, налазе се прави канали који одговарају каналима на чаури. При повратку клипа и клипњаче у задњи положај, озубљени венац са рачком је укочен, па су клип и клипњача принуђени да прате хеликоидне канале и да се заокрену. То заокретање се преноси преко чауре на бушаће длето (слика 18). Конструкције у којима је систем за заокретање постављен испред клипа, примењују се код лаких бушаћих чекића, код којих се чишћење бушотина остварује само издувавањем и са малим бројем удара клипа.

Слика 17: Заокретни механизам длета на средини бушаћег чекића: 1 — озубљени цилиндар, 2 - опруга, 3 - завртањ, 4 - скакавица, 5 клипњача, 6 - хеликоидни канал, 7 - прав канал, 8 и 9 - чаура за везу, 10 – усадник

33

Р. Пантовић

Слика 18: Заокретни механизам длета у задњем делу чекића: 1 рачка, 2 - скакавица, 3 - озубљени венац, 4 - зупци, 5 - опруга, 6 - главица, 7 - хеликоидни урези, 8 - клип, 9 и 10 - чаура за везу, 11 – усадник 4.2.2. Системи развођења компримираног ваздуха Систем за развођење ваздуха представља скуп покретних и непокретних детаља и елемената који, у комбинацији са системом канала за ваздух, обезбеђује аутоматско усмеравање ваздуха испред и иза клипа, а тиме и његово кретање напред-назад. Ради што бољег функционисања бушаћег чекића систем за развођење ваздуха, мора да обезбеди високу херметичност и високе притиске у задњој и предњој комори цилиндра. Поред тога систем мора да буде израђен од делова који поседују високу механичку издржљивост. Покретни елементи система треба да буду што лакши а њихово кретање што краће. Према начину функционисања системи за развођење ваздуха могу дa се поделе на две основне групе, и то на: системе са вентилима и системе са разводницима. Код система са вентилима радни елемент (вентил) креће се управно на главне граничне површине, при чему је величина отвора за пролаз компримираног ваздуха једнака ходу вентила. Према облику вентили могу бити: куглични, плочасти, диск, прстенасти. Систем са куглицом био је први систем за развођење ваздуха, али се због својих недостатака више не користи. На слици 19 приказан је механизам за развођење ваздуха са клизним прстеном. Систем се састоји од затварача (1), кућишта вентила (2), прстена (3) и поклопца (4) кућишта вентила. При ходу клипа (8) напред (положај I) клизни прстен (3) налази се у крајњем левом положају, док сабијени ваздух долази у прстенасти простор (13) кроз подужни канал (7) и радијални отвор (12). Ваздух притиска вентил (3) и на крају радног хода клипа, када се лева комора цилиндра, преко отвора (5) и пригушивача буке (6) повеже са атмосфером, вентил се пребацује у десни положај. 34

Р. Пантовић

При ходу назад (положај II) компримирани ваздух преко зазора између вентила (3) и кућишта вентила (2) долази у прстенасти простор (13), а затим, преко радијалног отвора (12) и подужног канала (7), долази у десну комору цилиндра. Под притиском компримираног ваздуха клип (8) се креће назад (улево). Ваздух из леве коморе цилиндра избацује се у атмосферу преко издувног отвора (5) и пригушивача буке (6). Када клип прекрије излазни отвор, ваздух који је заостао у левој комори сабија се и притиска клизни прстен (3). Када клип пређе преко излазног отвора и сабијени ваздух из десне коморе цилиндра изађе у атмосферу, долази до пребацивања вентила на леву страну и клип поново отпочиње радни ход. Системи са клизним прстеном одликује се једноставношћу и поузданошћу у раду. Ход прстена је врло мали (0,4 ÷ 0,6 mm), са широким каналима за пролаз сабијеног ваздуха.

Слика вентилом

19:

Механизам

развођењa

ваздуха

са

прстенастим

На слици 20 приказан је систем за развођење ваздуха са диск вентилом. При радном ходу напред (положај I) компримирани ваздух из прстенастог празног простора (1) задњег поклопца (2) бушаћег чекића преко отвора (9) гнезда (4) вентила (3) долази у леву комору цилиндра и гура клип (8) напред (радни ход). Из десне коморе цилиндра ваздух се у почетку истискује у атмосферу преко излазног отвора (5) и пригушивача буке (6), а пошто клип затвори излазни отвор, почиње да се сабија и преко канала (7) и отвора (10) притиска доњи део вентила. Вентил (3) је израђен у облику диска, а његово пребацивање у други положај, догађа се када клип пређе преко излазног отвора (5). При ходу назад (положај II) компримирани ваздух из прстенастог простора (1) долази, преко отвора (10) и канала (7) у десну комору, и врши потискивање клипа (8) назад (улево). Из леве коморе ваздух се у почетку избацује у атмосферу, преко отвора (5) и пригушивача буке (6), а затим се сабија и преко отвора (9) притиска вентил (3). На крају хода назад после отварања излазног отвора (5) долази до пребацивања вентила у други положај. 35

Р. Пантовић

Овај систем за развођење ваздуха малих је димензија, тако да се може лако сместити у цилиндар бушаћег чекића, чиме се смањује његова тежина. Недостатак овог система је слаба херметичност, због чега се јављају велики губици ваздуха.

Слика 20: Систем за развођење ваздуха са диском Код система са клипним разводницима (засунима, карикама) део који врши затварање отвора за пролаз ваздуха премешта се паралелно са површином која се савија, при чему су размере излазних отвора увек мање од хода разводника. Ови системи се могу поделити на групе и то: системи са слободним разводницима и са разводницима везаним за клип. Слободни разводници се крећу под дејством компримираног ваздуха, који се креће кроз посебне канале, док су крути разводници механички везани за клип или се постављају на самом клипу. Ови системи омогућавају поједностављење конструкције бушаћих чекића, поузданост у раду и повећање енергије и броја удара. На слици 21 приказана је шема система за развођење са разводником, који је механички везан са клипом. У почетном положају клип (8) налази се у крајњем задњем положају. У том тренутку компримирани ваздух из коморе (6), пролази кроз канал (5), улази у задњу комору цилиндра (4) и гура клип (слика 21 а), који почиње да се креће напред (радни ход). За то време предња комора цилиндра (2) повезана је са атмосфером преко излазног отвора (3). Са даљим кретањем напред клип прекрива отворе (3) и (5) и почиње да сабија ваздух у предњој комори цилиндра. При овоме клип се креће на рачун ширења ваздуха у задњој комори (4). Чим клип прође излазни отвор (3) и отвори га, отвара се канал (7). Клип се креће по инерцији и удара теме усадника бушаћег длета (1). Компримирани ваздух, пролазећи кроз канал (7) у предњу комору, гура клип назад (слика 21 б). При кретању клип затвара излазни отвор (3) као и канал (7), после чега се креће на рачун ширења сабијеног ваздуха у предњој комори (2), али му брзина опада пошто се ваздух у задњој комори (4) сабија. Клип затим отвара излазни отвор (3) и канал (5). Ваздух из предње коморе излази у атмосферу, а компримирани ваздух долази у задњу комору. Клип се зауставља и отпочиње радни ход напред. 36

Р. Пантовић

а)

б)

Слика 21: Систем развођења ваздуха помоћи клипних разводника 4.2.3. Одстрањивање бушаће ситнежи Разорени стенски материјал мора се, током бушења, непрекидно уклањати са чела бушотине, јер би, у противном, бушење било неефикасно, а дошло би и до заглављивања бушаћег алата. При ударном бушењу ручним бушаћим чекићима бушаћа ситнеж може се избацивати из бушотине на неки од следећих начина: издувавањем компримираним ваздухом, испирањем водом под притиском и ређе усисавањем. Избацивање бушаће ситнежи издувавањем остварује се на следећи начин. Компримирани ваздух се, кроз иглу, која пролази кроз осни отвор у клипу и делом улази у чауру за хватање длета, и даље кроз шупљу шипку длета убацује на чело бушотине. Из отвора за ваздух, који се налазе на глави длета ваздух излази у облику млаза, усковитлавајући бушаћу ситнеж на челу бушотине. Ваздух са собом, између шипке и зида бушотине, износи бушаћу ситнеж ван бушотине. Чишћења бушотина издувавањем не изискује неку посебну опрему и инсталације. Међутим, овакав начин чишћења бушотина јако запрашује ваздух на радилиштима због чега му је примена ограничена, за бушење на површини. Оправдано је користити бушење оваквим начином чишћења само за врло мали обим радова и када је обезбеђено добро проветравање. Суво бушење је пожељно у стенама које су подложне бубрењу или растварању. На слици 22 приказана је шема уређаја за продувавање за једну конструкцију ручног бушаћег чекића.

37

Р. Пантовић

Слика 22: Шема уређаја за провођење ваздуха за издувавање кроз бушаћи чекић: 1 - вентил за ваздух, 2 - отвор на цилиндру чекића, 3 - канал за довођење ваздуха испред клипа, 4 - клип, 5 - разводник ваздуха, 6 – канал за довођење ваздуха из задњег дела цилиндра до чауре Испирање бушотина водом под притиском поред избацивања бушаће ситнежи из бушотине омогућава и квашење, везивање и обарање честица минералне прашине. Ради бољег квашења и везивања прашине са водом, у улазну воду некада се убацују специјални додаци (детерџенти). Према конструктивним карактеристикама разликују се централни и бочни систем испирања. Код централног система испирања, вода се доводи посредно до чела бушотине преко бушаћег чекића, кроз који пролази шупља игла за испирање, и централног отвора у бушаћем длету. Игла за воду једним својем крајем учвршћена је у задњем делу бушаћег чекића, где прихвата воду, док други крај игле улази у канал усадника бушаћег длета. Притисак воде за испирање износи 0,4 ÷ 0,5 МPа и мора бити нижи од притиска ваздуха за 0,1 МPа, како би се спречило продирање воде у бушаћи чекић. На слици 23 приказан је уређај за провођење воде кроз бушаћи чекић. Код бочног система испирања, усадник бушаћег длета мора бити посебно обрађен, односно мора инати бочни отвор за пријем воде. Вода се непосредно, преко испирне главе и бочног отвора на усаднику, доводи до чела бушотине. На овај начин искључена је могућност продора воде у бушаћи чекић, што утиче на поједностављење конструкције бушаћег чекића. На слици 24 приказан је систем испирања са испирном главом. Испирање бушотина водом (централно или бочно), захтева постављање цевовода за воду, или посебних покретних резервоара за воду, у случају мање потрошње воде. Потрошња воде при чишћењу бушотина испирањем износи 2 ÷ 5 l/min. Када је одстрањивање бушаће ситнежи издувавањем или испирањем у одређеним условима непогодно, као што је у случају високих садржај кварца или других опасних прашина, може се применити чишћење бушотина усисавањем. Овај поступак се састоји усисавању бушаће ситнежи из бушотине и њеном одвођењу, кроз гумена црева до специјалних уређаја са филтерима у којима се прашина таложи.

38

Р. Пантовић

Слика 23: Уређај за централно испирање: 1 - клип, 2 - комора, 3 опруга, 4 - отвор за воду, 5 - прикључак за воду, 6 - предња комора за воду, 7 - цев за воду, 8 - усадник длета, 9 - вентил за ваздух

Слика 24: Систем за бочно испирање: 1 - испирна глава, 2 - заптивач, 3 - довод воде, 4 - усадник, 5 - цилиндрично обрађени део, 6 - канал за воду На слици 25 приказани су системи усисавања бушаће прашине: - са усисном капом, - са усисавањем кроз бушаће длето и бушаћи чекић и - са бочним усисавањем кроз бушаће длето. Усисавање бушаће ситнежи преко усисне капе врши се на тај начин што се на уста бушотине поставља усисна капа, која на себи има отвор за пролаз бушаћег длета и отвор за усисавање прашине. Код сва три поступка усисавања потпритисак, којег ствара вентилатор усисивача, односи бушаћу ситнеж преко усисне капе и гуменог црева до уређаја за отпрашивање, у коме се крупније честице таложе и падају на дно, док се финије честице задржавају у филтерима, смештеним на врху усисивача.

39

Р. Пантовић

Детаљ I

1

Детаљ II

2

3

Слика 25: Чишћење бушотина усисавањем: 1 - усисавање кроз бушаће длето и бушаћи чекић, 2 - усисавање кроз усисну капу и 3 - бочно усисавање кроз бушаће длето

4.2.4. Подмазивање бушаћих чекића Због трења у току рада, покретни делови бушаћег чекића се хабају и загревају. Ради смањења хабања, покретне површине се подмазују применом посебних уређаја за подмазивање (мазалице). Мазалице се постављају на доводном цреву за компримирани ваздух, на око 4 ÷ 5 m од бушаћег чекића. При проласку компримираног ваздуха кроз мазалицу, ваздух повлачи са собом уље у виду најситнијих капљица, које остају на површини појединих делова у бушаћем чекићу. Количина протока уља за подмазивање регулише се на самој мазалици.

40

Р. Пантовић

4.3. ТЕОРЕТСКЕ ОСНОВЕ РАДА БУШАЋЕГ ЧЕКИЋА СА ЗАВИСНОМ РОТАЦИЈОМ Бушаћи чекић представља клипну машину, у којој се кретањем клипа напред-назад, остварује процес ударног бушења. Сила која делује на чело клипа (Pk1), при радном ходу клипа напред, представља производ притиска компримираног ваздуха у цилиндру (pkv1) и површине клипа (Skl), што се може изразити у облику:

Pk 1 = p kv1 ⋅ S kl =

(

p kvm ⋅ π ⋅ k r1 ⋅ d kl2 − d rc2 4

)

(13)

где су: dkl – пречник клипа бушаћег чекића drc – пречник рачке са хеликоидалним урезима (када је механизам заокретања иза клипа) pkvm – притисак компримираног ваздуха у мрежи за развођење и kr1 – коефицијент који зависи од примењеног типа уређаја за развођење ваздуха (kr1 = 0, 52 за разводник са диском, kr1 = 0,62 за разводник са клизним прстеном). Површина клипа на коју делује притисак ваздуха (активна површина) (Skl), износи:

S kl =

π ⋅ (d kl2 − d rc2 ) 4

(14)

На слици 26 приказана је шема рада клипног мотора бушаћег чекића. Када се механизам за заокретање налази испред клипа бушаћег чекића (drc = 0) активна површина клипа у том случају износи:

S kl =

π ⋅ d kl2 4

(15) Притисак ваздуха у цилиндру знатно је мањи од притиска сабијеног ваздуха у мрежи, и зависи од врсте бушаћег чекића и типа механизма за развођење ваздуха. Неопходно је разликовати средњи индикаторски притисак у цилиндру, везан за кретање клипа напред, од оног за кретање клипа назад. При кретању клипа напред просечна вредност притисак компримираног ваздуха у цилиндру иза клипа износи:

p kv1 = k r1 ⋅ p kvm

(16)

p kv1 = k r 2 ⋅ p kvm

(17)

а при кретању назад:

где су: pkv1 - притисак компримираног ваздуха у цилиндру иза клипа, pkv2 - притисак компримираног ваздуха у цилиндру испред клипа, kr1 , kr2 - коефицијенти који зависи од примењеног типа уређаја за развођење ваздуха (kr1 = 0,52 – разводник са диском, kr1 = 0,62 - за разводник са клизним прстеном i kr2 = 0,26 - разводник са диском, kr2 = 0,40 - за разводник са клизним прстеном). 41

Р. Пантовић

Међутим, пошто се ради о процесу, притисци ваздуха испред и иза клипа, у току његовог кретања напред и назад, су променљиви, као што показује график на слици 27. Hk

Pk1

Pk2 dkl

drc

eu

dklp

Hk' Hk

1

hod klipa napred Ход клипа напред Ход hod клипа klipa nazad назад

zadnja cilindara Задњаkomora комора цилиндра prednja Предњаkomora комора cilindra цилиндра

0,8 0,6

Положај položaj усадника usadnika

Притисак (MPa) Pritisak ваздуха vazduhaуuцилиндру cilindru (MPa)

Слика 26 : Шема рада клипног мотора бушаћег чекића: Pk1 - сила која делује на чело клипа при кретању напред (сила удара клипа), Pk2 сила потискивања клипа назад, еu - енергија једног удара клипа, dkl пречник клипа (цилиндра), dklp - пречник клипњаче, drc - пречник рачке, Hk и Hk' – конструктивна и стварна дужина хода клипа у цилиндру

1 1

0,4

3

3

0,2 2

2

0 0

10

20

30

40

50

60

Ход Hodклипа klipa(mm) (mm)

Слика 27: Промене притисака при кретању клипа код пнеуматског бушаћег чекића: 1 - отварање излазног отвора, 2 - затварање излазног отвора, 3 - промена положаја

42

70

Р. Пантовић

4.3.1. Број удара клипа Број удара клипа (nu) зависи од дужине трајања једног циклуса (времена трајања радног и повратног хода) и износи:

60 t1 + t 2 , min-1 (18) где је: t1 - време потребно за кретање клипа напред и t2 - време потребно за кретање клипа назад. Под претпоставком да је кретање клипа напред једнако убрзано, време неопходно за његово кретање напред може одредити према изразу: nu =

t1 =

2⋅ Hk ' = a k1

2 ⋅ η k ⋅ H k ⋅ mk S kl ⋅ p kv1

, s (19) где су: Hk' – стварна дужина хода клипа у цилиндру, која је краћа од конструктивне дужине (Hk) и одређује се према изразу:

H k '= ηk ⋅ H k

(20)

ηк - коефицијент који се креће у границама од 0, 85 ÷ 0, 90. akl - убрзање клипа при кретању напред, које се може срачунати према изразу:

ak1 =

Pk1 mk

(21) mk - маса клипа. Време које је потребно за повратни ход клипа назад (t2), обично је нешто дуже од (t1) и износи:

t 2 = α r ⋅t 1

(22)

где је: αr = 1, 15 - за случај конструкције разводника са диском, αr = 1 - за случај конструкције разводника са клизним прстеном. Коначно број удара може се одредити према изразу:

nu =

S kl ⋅ k r1 ⋅ p pvm 60 ⋅ 1+αk 2 ⋅ η k ⋅ H k ⋅ mk

, min-1

(23)

4.3.2. Енергија и снага удара клипа У моменту судара са бушаћим длетом енергија удара клипа (еu), je:

eu =

mk ⋅ vk2 2 , Ј

(24)

где је: vk - брзина клипа у моменту удара у длето, која изноиси:

v k = 2 ⋅ k r1 ⋅ H k ⋅ a k1 43

,

m/s

(25)

Р. Пантовић

Снага једног ударца клипа (Nu1) може се одредити према изразу:

N u1 =

eu 60 ⋅ 102 ,

kW (26) Предаја кинетичке енергије клипа бушаћем прибору често се описује применом класичне теорије подужног судара. При удару клипа о бушаће длето извесна количина енергије се изгуби. Према томе енергија коју клип пренесе бушаћем длету износи:

eu ' = η ud ⋅ eu

(27) тако да снага којом клип располаже при удару о бушаће длето, износи:

N u1 ' = η ud ⋅ N u1

, кW (28) где је: ηud - коефицијент корисног дејства, који по теорији судара износи: може се прорачунати по обрасцу 2

η ud =

mk ⋅ md ⋅ (1 + ε )

(mk + md )2

(29) md – маса бушаћег длета и ε - коефицијент судара, који зависи од брзине кретања клипа пре и после судара, квалитета и тврдоће контактних површина. Према Hofmanу за мање клипове ε = 0,79 ÷ 0,84, а за веће ε = 0,8 ÷ 0,91. 4.3.3. Обртни момент За функционисање бушаћег чекића од посебне важности су величина обртног момента, који је везан за кретање клипа назад и заокретање бушаћег длета за неки угао (β). Обртни момент зависи од величине силе која потискује клип назад (Pk2), пречника језгра рачке на којој су урезани хеликоидни жлебови (drc'), трења у механизму за заокретање (ξ) и угла урезаних навоја (θ). Oбртни момент (Мо2) може се изразити на следећи начин:

M o 2 = Pk 2 ⋅

d rc ' ⋅ tg (θ − ξ ) 2 ,

Nm Сила која потискује клип назад (Pk2) одређује се према изразу:

(30)

Pk 2 = k r 2 ⋅ p kvm ⋅ S kl ' ,

N (31) где је: Skl' - предња површина клипа изложена дејству сабијеног ваздуха при кретању клипа назад. Међутим, и у овом случају, не користи се целокупна енергија за заокретање бушаћег длета. С обзиром на губитке, који се јављају при ходу клипа назад, стварни обртни моменат (Мо2') нижи је од теоретског, што се изражава преко коефицијента корисног дејства обртног момента (ηмо):

M o 2 ' = η mo ⋅ M 02 , 44

Nm

(32)

Р. Пантовић

4.3.4. Ефикасност бушења Ефикасност бушаћег чекића, односно брзина бушења која се може остварити његовом применом, директно зависи од учинка сваког појединачног удара и броја удара. У сагласности са овом чињеницом развој бушаћих чекића кретао се у два правца, и то кроз: повећање учинка сваког појединачног удара или повећањe броја удара. Повећање снаге сваког појединачног удара, у првом случају, реализовано је кроз повећање цилиндра и хода клипа, при чему је број удара задржан у опсегу 1500 ÷ 2000 удараца у минуту. Повећање снаге, на рачун повећања притиска сабијеног ваздуха, показало се нерационалним, због увећаних инвестиционих трошкова око обезбеђења сабијеног ваздуха високог притиска и ограниченом чврстоћом челика од кога су начињени бушаћа шипка и сечиво бушаће круне. Као рационалније показале су се конструкције бушаћих чекића код којих је, на рачун повећања површине клипа и скраћења дужине његовог хода, повећан број удара. Ове конструктивне измене омогућиле су краће дужине бушаћих чекића, а самим тим и мање тежине. У том смислу конструисане су бушаће машине са бројем удара од 1500 ÷ 2000 у минуту и бушаћи чекићи са бројем удара до 5000 и више удараца у минуту. Испитивања су показала да са повећањем броја удара специфична снага бушаћег чекића може се повећати до три пута. Један од основних недостатака ових бушаћих чекића су знатно веће вибрације, у односу на бушаће чекиће са мањим бројем удараца. 4.3.5. Потрошња компримираног ваздуха Обезбеђење неопходне количине компримираног ваздуха представља предуслов за функционисање бушаћег чекића. Потрошња компримираног ваздуха може да се одреди према следећем изразу:

Qkv =

(S kl + S kl ') ⋅ H h '⋅nu ⋅ k ⋅η v 10 9

⋅

p kvm + 1 po ,

m3/min

(33) где су: Skl - слободна задња површина клипа, mm2 Skl' - предња површина клипа, mm2 Hk' - стварна дужина хода клипа, mm nu - број удара клипа, min-1 k = 0,5 ÷ 0,7 - степен пуњења цилиндра бушаћег чекића компримираним ваздухом, ηв - запремински коефицијент бушаћег чекића који зависи од степена исхабаности бушилице: ηв = 1, 1 ÷ 1, 15 код нових и ηв = 1, 3 ÷ 1, 5 код ремонтованих бушаћих чекића и pо – атмосферски притисак, bar.

45

Р. Пантовић

4.4. ЛАКА БУШАЋА ОПРЕМА ЗА ПЕРКУСИВНО БУШЕЊЕ Лаку опрему за перкусивно бушење минских бушотина малих пречника и дужина чине: - ручни бушаћи чекићи - бушаћи чекићи са потпорном ногом, - телескопски (ускопни) бушаћи чекићи и - стубни бушаћи чекићи. са одговарајућом опремом и приборима за бушење. Масе пнеуматских бушаћих чекића са зависном ротацијом крећу се у широком распону, зависно од њихове намене и конструктивних карактеристика. Бушаћи чекићи условно могу да се поделе на: - лаке (до 20 kg), - средње тешке (20 ÷ 30 kg) и - тешке (преко 30 kg). Према броју удара клипа, бушаће чекиће можемо поделити на конструкције са нормалним (1500 ÷ 2000 min-1) и повећаним бројем удара (2000 ÷ 4000 min-1). 4.4.1. Ручни бушаћи чекић Ручни пнеуматски бушаћи чекићи се примењују за бушење бушотина мањих пречника и дужина у средње чврстим и чврстим стенама, при изради просторија (нарочито при изради окана одозгонадоле), подземном откопавању, на мањим површинским коповима и каменоломима за потребе секундарног минирања негабарита, код израде путева и у драге сврхе. Новије конструкције су опремљене уређајима за пригушење вибрација и буке и са држачем са две ручке (слика 28). У табели 9 дате су основни технички подаци за неколико лаких бушаћих чекића Табела 9: Основне карактеристике лаких бушаћих чекића фирме Atlas Copco Тип чекића

Маса, kg

Број удара, min-1

Број обрта, min-1

Потрошња ваздуха, m3/min

Брзина бушења у граниту (при 0,6 MPа) mm/min

BBD 12 LH

11,1

2650

220

1,30

220

BBD 12 WH

11,2

2650

220

1,20

220

RH 571 3L

18,6

2650

160

2,20

235

RH 571 3W

18,6

2650

150

1,80

230

(Ознаке у називу значе: W - испирање бушотина водом, L - издувавање бушотина ваздухом, H - дршка чекића у облику слова Т)

46

Р. Пантовић

Слика 28: Пнеуматски бушаћи чекић са две ручке

4.4.2. Бушаћи чекићи са пнеуматским потпорним ослонцем За олакшање рада при бушењу средње тешки чекићи постављају се на посебне ослонце, који се називају пнеуматским потпорним ослонцима (или ногама). Улога пнеуматског ослонца је трострука. Он треба да обезбеди: придржавање (ношење) потискивање бушаћег чекића и да прима на себе вибрације које настају током бушења. Пнеуматски потпорни ослонац састоји се од цилиндра у који је смештен клип и дугачка клипњача, која у горњем делу има посебну зглобну везу са бушаћим чекићем. На сликама 29 и 30 приказан је изглед бушаћег чекића са пнеуматским ослонцем. Преко регулационог вентила клипњача је повезана са мрежом компримираног ваздуха. Кроз шупљу клипњачу пролази компримирани ваздух и долази у цилиндар испод клипа и потискује га да се креће напред. Са кретањем клипа напред креће се и клипњача, а са њом и бушаћи чекић.

Слика 29: Бушаћи чекић са пнеуматском потпорном ногом: 1 - црево за ваздух са Т - разводником и спојницама, 2 - црево за воду са спојницом, 3 - мазалица, 4 - пнеуматска потпорна нога 47

Р. Пантовић

Сила којом клип пнеуматског ослонца гура бушаћи чекић (F0), може да се разложи на: - вертикалну силу (Fv), која придржава бушаћи чекић и - хоризонталну компоненту (Fh), која врши потискивање бушаћег чекића ( слика 30). Са може се уочити да се Хоризонтална компонентa силе Fh повећава се са смањењем угла (α), што се може уочити са дијаграма на слици 30. Промена хоризонталне компоненте Fh у функцији нагиба пнеуматског ослонца, може да се искаже и кроз израз:

Fh = Fo ⋅ cos α

(34) Пнеуматски потпорни ослонци посебно су погодни за коришћење при бушењу хоризонталних бушотина при изради хоризонталних и косих рудничких просторија. У табели 10 наведени су основни подаци за неке средње тешке бушаће чекиће, који се користе заједно са пнеуматским потпорним ослонцима а у табели 11 подаци за одговарајуће потпорне ослонце.

Нагиб ослонца

Ваздух

Слика 30: Могући положаји бушаћег чекића са пнеуматском потпорном ногом са дијаграмом промене силе потиска у функцији нагиба Табела 10: Средње тешки пнеуматски бушаћи чекићи- Atlas Copco

RH 658 L

24,5

Број удара, min-1 2000

RH 656 4W

22,4

2000

200

BBC 16W Puma

26,8

2300

200

3,7

0,540

BBC 24W Lion

31,1

2100

200

4,8

0,625

BBD 43 WK

23,0

3050

240

4,4

0,625

BBD 90 Panter

27,3

3000

290

5,7

0,625

Тип чекића

Маса, kg

Број обрта, min-1 200

Потрошња ваздуха, m3/min 3,3

Брзина бушења у граниту (при 0,6 MPа) mm/min 0,400

2,8

0,400

48

Р. Пантовић

Табела 11: Карактеристике потпорних ослонаца - Atlas Copco Тип

Маса, кг

Мин. висина, мм

Највеће

Примедба

издужење, мм

BMK 555

18,3

900

1385

BMK 628

218

1300

1818

BMK 825

22,4

1300

1780

BMK 82D

18,6

1300

1780

BMT 51

15,0

1300

1650

BMT 51-3

13,5

950

1305

BMT 90

17,0

1300

1665

Пнеуматски ослонци типа BМК користи се уз чекиће са ознаком BBD и RH, пнеуматски ослонци типа BМТ користе се за чекиће са ознаком BBC.

4.4.3. Ускопни бушаћи чекићи За бушење вертикално или косо навише усмерених бушотина, мањих пречника и дубина, користе се ускопни (или телескопски) бушаћи чекићи. Потреба за бушењем таквих бушотина јавља се при изради сипки и окна одоздо-навише, или косих просторија са већим успоном, као и за израду бушотина за подграђивање хоризонталних просторија анкерима. Ради олакшања држања и потискивања у конструкцију ускопних бушаћих чекића улази и пнеуматски ослонац, који може бити постављен паралелно са чекићем или у његовом продужетку. На слици 31 приказане су наведене конструкције, а у табели 12 технички подаци за ускопне чекиће.

а)

ц)

б)

Слика 31: Ускопни бушаћи чекићи са: аксијално а) и паралелно б) постављени пнеуматским ослонцем, конструкција (ц) и положај на радилишту (д) (1 - ускопни чекић, 2 - пнеуматски ослонац, 3 - прикључак за ваздух, 4 - прикључак за воду) 49

Р. Пантовић

Ускопни чекићи снабдевени су бочним држачима са уграђеним регулаторима притиска компримираног ваздуха у пнеуматском ослонцу. Пнеуматски ослонци најчешће су конструисани са покретним цилиндром и непокретним клипом са дугачком клипњачом на коју се ослања бушаћи чекић. Чишћење бушотина најчешће се врши испирањем. Табела 12: Карактеристике ускопних бушаћих чекића фирме Atlas Copco Дужина, mm

Пречник клипа

Највећа

Потрошња ваздуха, l/s

770

1435

75

75

40

970

1650

75

75

39

920

1810

95

Тип чекића

Маса, kg

Најмања

BBD 46 WS-6 Falcon

39

BBD 46 WR-8 Falcon PRU 90 S-8 PRU 90DTS-12

41

1370

1545

95

ослонца, mm

75 75/90 (дупли цилиндар)

4.4.4. Бушаћи чекићи са пнеуматским цилиндром и затезним ланцем Бушење минских бушотина при изради окана представља посебно тежак посао, који се обавља у условима смањене видљивости, велике влажности, ограниченог и неравног радног простора. Муљ који се налази на дну окна отежава кретање радника, бушење, очување избушених бушотина од запуњавања и зарушавања, пуњење експлозивом. Могућности за механизацију процеса бушења нису велике. Уместо бушења ручним бушаћим чекићем могу се користити бушаћи чекићи са пнеуматским цилиндром, који је постављен у осу бушења (слика 32). Наведени цилиндар везан је ланцем за полугу, која је учвршћена за шипку углављену у неку од суседних бушотина. Притисак компримованог ваздуха у цилиндру потискује «везани» бушаћи чекић наниже. На овај начин силу потиска обезбеђује везани пнеуматски цилиндар а бушач само придржава бушаћи чекић у вертикалном положају. 4.4.5. Стубни бушаћи чекићи Као последица, пораста маса пнеуматских бушаћих чекића и њихових ударних снага, са једне стране, и потреба за бушењем минских бушотина све већих дубина и пречника, појавиле су се посебне конструкције бушаће опреме са стубним бушаћим чекићима. Ови чекићи (масе 30 ÷ 100 кг), постављају се на посебно конструисане ослонце, који могу бити у облику стубова и рамова. Стубни бушаћи чекићи израђују се заједно са постољем које се монтира на лафете које су везане са стубовима (или рамовима). Стубне 50

Р. Пантовић

бушаће чекиће по лафети напред назад потискују одговарајући потискивачи, који могу бити: клипни, са завојним вретеном или ланцем. За погон ових потискивача користи се такође компримирани ваздух, који служи и за погон бушаћих чекића. Стубови (рамови) се разупиру о бокове, строп и под јамских просторија, тако да је могуће бушење у неопходним правцима. На слици 33 приказани су положаји стубних бушаћих чекића на вертикалном стубу (случај 33 а) и вертикалном раму (са два стуба) (случај 33 б). На вертикалне распорне рамове могу се монтирати и кружне вођице, по којима може да се у свим правцима окреће лафета са стубним бушаћим чекићем (слика 33 ц).

Слика 32: Бушење чекићем са «везаним» пнеуматским цилиндром

а) б) ц) Слика 33: Могућности постављања стубних бушаћих чекића на: стуб (а), рам (б) и рам са кружним носачем лафете бушаћег чекића 51

Р. Пантовић

4.4.6. Бензински бушаћи чекићи С обзиром да су лаки и независни од компресора, бензински бушаћи чекићи показали су се као врло погодни, за бушење при извођењу рударских истражних радова и сличних радова на површини (слика 34). Међутим, због загађивања ваздуха издувним гасовима, не могу се користити у подземним рудницима. Рад бензинског бушаћег чекића, преко коленастог механизма, обезбеђује уграђени једноцилиндрични двотактни бензински мотор. Чишћење бушотине врши се гасовима сагоревања, или компримираним ваздухом који производи чекић. Клип мотора и клип за наношење удара по темену бушаћег длета смештени су у истом цилиндру, тако да међу њима долази до сабијања и паљења смеше бензина и ваздуха. Под дејством експлозије запаљене смеше, ваздух - бензин, длето прима око 2400 удараца у минути. Потрошња бензина је просечно 0,14 ÷ 0,17 l/m бушотине. Захваљујући карбуратору без пловка, чекићем се може бушити у свим правцима, до 4 m дубине.

а) б) Слика 34: Општи изглед (а) и ранац за ношење (б) бензинског бушаћег чекића “Cobra” (Atlas Copco)

52

Р. Пантовић

4.5. БУШАЋИ ПРИБОР ЗА ЛАКЕ БУШАЋЕ ЧЕКИЋЕ Задатак бушаћег алата је да ударну енергију коју прими од клипа бушаћег чекића, пренесе до чела бушотине, уз што мање губитака енергије. Поред тога, бушаћи алат мора да обезбеди довођење довољне количине воде или ваздуха за чишћење бушотине. Као бушаћи прибор при бушењу лаким бушаћим чекићима користе се: - моноблок длета, - бушаће шипке са изменљивом круном - бушаћи прибор са спојницама. Моноблок длето представља интегрални бушаћи прибор. Израђује се од челичних шестоугаоних шипки, на чијој се предњој (чеоној) страни налази једно сечиво од тврде легуре (или ређе три мања сечива), а на задњој страни усадник за уметање у бушаћи чекић. Усадник је најчешће шестоугаоног облика али у новије време су се појавили навојни усадници (слика 35 а и б). По свом облику и димензијама усадник мора одговарати чаури бушаћег чекића и предвиђеном начину чишћења бушаће ситнежи. Ефективну дужину моноблок длета представља разлика између укупне дужине и дужине дела којим се длето усађује у бушаћи чекић. По оси моноблок длета пружа се рупа за испирање, пречника 6-8 mm. Задњи отвор рупе за испирање налази се на средишту темена усадника (код централног испирања) или бочно на усаднику (при бочном испирању). На глави длета ова рупа се грана на два-три отвора. При бушењу долази до тупљења сечива круна и њиховог хабања по обиму. Због овога се, при бушењу длетом одређене дужине, после одговарајуће дубине бушења или замене затупљеног длета, употребљава длето са 1÷2 mm мањим пречником (слика 35 ц). Разлика између пречника узастопно коришћених круна назива се кораком. Скуп круна неопходних за бушење читаве бушотине назива се комплетом. У табели 13 наведени су подаци о пречнику и дужини моноблок длета, за комплете четири серије моноблок длета. Прибор са изменљивом круном, чине шипка са усадником и круна. Овакав прибор користи се при раду са стубним бушаћим чекићима. Круне и шипке међусобно се спајају: - трењем «на конус» (са углом конуса од 3,5°) (слика 36 а) или - навојима различитих облика (слика 36 б). За бушење се најчешће примењују круне са једним (за мање пречнике), три и четири (крстасте и «X» круне) сечива од тврде волфрамкарбидске легуре (слика 36 ц). За бушење меких стена угао оштрења сечива круне треба, да износи око 90°, за стене средње чврстоће 100÷110° и за чврсте стене 120°.

53

Р. Пантовић

а)

б) ц) Слика 35: Моноблок длета: а) моноблок длета са шестоугаоним усадником (1 - усадник, 2 -граничник, 3 - шипка, 4 - глава длета, 5 - сечиво од тврде легуре и 6 - отвор за воду); б) моноблок длета са навојним усадником; ц) продубљивање бушотине употребом више длета Табела 13: Основне димензије серијa 11,12, 21 и 32 моноблок длета Дужина, m 6,4

Пречник, mm 25

26

5,6

27

28

1,6 0,8 0,4

31

32

33

34

12 11

4,0

2,4

30

11

4,8

3,2

29

34

21 21 21 21 21

32 12

11

40

32 12

11

39

32 12

11

38

32 12

11

37

32 12

11

36

32 12 12

54

Р. Пантовић

а)

б) ц) Слика 36: Бушаће шипке (а и б) са изменљивим крунама (ц) За бушење бушотина великих дужина, при примени стубних бушаћих чекића користе се бушаћи прибори са спојницама. Са напредовањем бушења у бушаћу колону, између усадника или прве бушаће шипке и круне додају се бушаће шипке са спољашњим навојима. Шипке се међусобно спајају спојницама са унутрашњим навојима (слика 37). Бушаћа шипка са усадником Круна

Усадник

Спојница

Бушаћа шипка за настављање

Слика 37: Елементи прибора за бушење дубоких бушотина стубним бушаћим чекићима

55

Р. Пантовић

56

Р. Пантовић

5. УДАРНО-РОТАЦИОНО БУШЕЊЕ ЛАФЕТНИМ БУШАЋИМ ЧЕКИЋИМА Код лаких конструкција бушаћих чекића обртање бушаћег прибора везано је за повратни ход клипа назад. При томе је обртни момент, који се ствара при раду механизма за заокретање, недовољан да утиче на разарање стене на челу бушотине. Чињеница да је отпор стена према смичућим оптерећењима, далеко мањи од отпора на гњечење при ударним притисним оптерећењима, погодовала је развоју бушаћих чекића са појачаним обртним моментом. У разарању стена на челу бушотине, при ударно-ротационом поступку бушења, поред ударних импулса значајно учешће узима и обртни момент (слика 9 и 10 б). Опрема за овај начин бушења опремљена је бушаћим чекићима са независном ротацијом, који могу бити пнеуматски, хидраулични и електрични.

5.1. ПНЕУМАТСКИ БУШАЋИ ЧЕКИЋИ СА НЕЗАВИСНОМ РОТАЦИЈОМ Код пнеуматских бушаћих чекића са независном ротацијом, ротација се остварује обртним моментом који се ствара посебним ротационим мотором бушаћег чекића. Тај мотор, као и перкусиони клипни мотор, за свој рад троши потенцијалну енергију компримираног ваздуха. Код ових бушаћих чекића, до стене на челу бушотине, преноси се, поред ударне, и значајна количина «ротационе енегије», која узима учешће у разарању стене током бушења. Отуда се, према механизму разарања стене, применом ових чекића, остварује ударно-ротационо бушење. 5.1.1. Принцип рада Принцип рада пнеуматских бушаћих чекића са независном ротацијом, биће објашњен на примеру једног типичног представника приказаног на слици 38 а. Ударни део чекића састоји се од цилиндра (4), клипа (7), вентила (2), гнезда вентила (3) и поклопца (20). Ударни механизам ради на следећи начин: клип (7) под дејством компримираног ваздуха, који наизменично улази у предњу и задњу комору цилиндра, врши транслаторно кретање напред-назад. На крају радног хода клип наноси удар по темену усадника (14). Сабијени ваздух пролази кроз диск вентил и улази у задњу комору (19), покрећући клип напред. Ваздух из предње коморе, при томе, у почетку излази кроз излазни отвор (6). Међутим, када клип затвори тај отвор ваздух се сабија под притиском клипа. Када покретни клип ослободи излазни отвор, притисак у комори (19) опада и вентил (2) прекида улазак ваздуха у њу. Отвара се улаз ваздуха у предњу комору (17), што доводи до кретања клипа назад. Пошто 57

Р. Пантовић

клип прекрије излазни отвор притисак у комори (19) почиње да расте, услед чега долази до успоравања клипа. После тога, пошто клип при ходу назад отвори излазни отвор, притисак у предњој комори (17) опада и под дејством притиска у задњој комори (19) вентил се отвара и ваздух улази у предњу комору (17). Ротацију бушаћег прибора код овог бушаћег чекића обезбеђује посебни ротациони мотор, који се састоји од: статора (22), ротора (23) са у њему упресованим разводником (11), зупчаника (13), предњег (12) и задњег (8) поклопца. Статор представља назубљени круг са унутрашњим узубљењем, код кога улогу зубаца играју слободно постављени цилиндрични ваљци (10). Ротор је урађен у облику зупчаника са спољашњим заобљеним зупцима. Он је слободно постављен у статор а његови зупци су му ослонци. Компримирани ваздух кроз канал задњег поклопца улази у цилиндричну комору (16) и даље кроз кружни канал (9) долази у уређај за развођење, којег представља разводник са спиралним каналима (11). Улазни отвори канала (11) периодично се, са окретањем ротора у статору, спајају са кружним каналом (9). Излазни отвори канала разводника (1) преко отвора (15) између зуба ротора спајају се са радним коморама ротационог мотора, које формирају зуби ротора и статора. Улазни отвори канала разводника (11) постављени су под 90о према излазном отвору. Захваљујући ексцентричном положају ротора и са њиме везаном разводнику, као и релативном померању улазних и излазних канала разводника радне коморе једне половине ротационог мотора напуњене су компримираним ваздухом, а радне коморе друге половине мотора спајају се са атмосфером. Истрошени ваздух избацује се кроз исте канале у разводник, по обрнутом редоследу у унутрашњу комору мотора и даље кроз отвор у предњем поклопцу (12) кроз цев предњег поклопца у атмосферу. Налазећи се у радним коморама једне половине ротора, компримирани ваздух делује на ротор (23) приморавајући га на окретање. Пошто је разводник упресован у ротор и премешта се заједно са њим, наредни циклуси се понављају и ротор (23) се котрља по унутрашњој површини статора (22). Број зуба ротора мањи је за један од броја зуба статора, због тога се, за једно заокретање (ваљање) ротора по унутрашњој површини статора, ротор окрене око своје осе само за размак између два суседна зупца. У овоме се састоје редукторска својства ротационог мотора, јер се за једно котрљање у статору ротор заокрене за мали угао. Да би се планетарно кретање ротора трансформисало у ротационо кретање зупчаника (13) у односу на осу бушаћег чекића, зупчаник има заобљене зупце, који слободно улазе у кружна удубљења на унутрашњој површини ротора, пошто ротор и зупчаник имају могућност узајамног радијалног премештања при ваљању ротора у статору. Због смањења трења у тренутку проклизавања зубаца ротора преко зубаца статора, зупци статора имају полукружни облик. Ради олакшања растављања бушаће колоне ротациони мотор је урађен као реверзибилан. Смер ротације зависи од тога да ли се компримирани ваздух додаје преко предње или задње коморе. Регулисање 58

Р. Пантовић

броја обртаја врши се путем пригушења компримираног ваздуха. На чекићу се налази пригушивач буке (5). Додавање компримираног ваздуха у ударни део чекића врши се преко прикључка за ваздух (1). Усадник (14) израђује се са спољашњим или унутрашњим урезима. На слици 38 б дат је пресек пнеуматског бушаћег чекића фирме Ingersoll Rand, код кога се развођење ваздуха у механизму перкусије, уместо помоћу вентила, остварује преко разводника ваздуха.

а) Задњи поклопац

Разводник ваздуха

Ротациони мотор

Цев за воду

Клип б) Слика 38: Пнеуматски бушаћи чекићи са независном ротацијом: а) ПК-75 (Завод „Комунист“, Русија); б) VL 120 LHU (Ingersoll Rand)

5.1.2. Основне карактеристике чекића У односу на бушаће чекиће са зависном ротацијом, чекићи са независном ротацијом имају низ предности, као што су: - једноставност конструкције клипа, који је ослобођен од механизма за заокретање, - велика ударна моћ клипа, - могућност прилагођавања бушаћег чекића условима бушења преко регулације независних погона ротационог и ударног механизма, - повећање века бушаћег прибора захваљујући његовом сталном контакту са стеном и бољем искоришћењу енергије ударних импулса, који пролазе кроз бушаћи прибор до чела бушотине. 59

Р. Пантовић

Техничке карактеристике пнеуматских бушаћих чекића независном ротацијом, крећу се у следећим оквирима: - енергија удара, 40 ÷ 150 Ј - број удара, 2000 ÷ 6000 min-1 - перкусиона снага, 2,5 ÷ 5 kW - обртни момент, 200 ÷ 300 Nm - снага ротационог мотора, 3,5 ÷ 7 kW - неопходна сила потиска, до 1,5 kN. У табели 14 дате су основне карактеристике неколико типова чекића.

са

Табела 14.: Карактеристике пнеуматских бушаћих чекића са независном ротацијом Тип чекића S 100 S 125 L 400 T L 500 T L 750 T COP 91 ED COP 125D COP 126ED COP 131E PR 123 PR 133 PR 143 URD 475 URD 550 A VL 170 KS50 PK 60 PK 75 BGV 70

Фирма

Маса, kg

Број удара, min-1

Радни притисак, МPа

Потрошња ваздуха, m3/min

Пречник бушаће шипке (круне*),mm

Тamrock (Финска)

24,7 51,5 79 84 174

2580 2880 3360 2580 1800

0,6 0,6 0,7 0,7 0,7

3,0 4,1 9,0 10,0 11,6

25 25 32 32 38

91

3360

0,6

7,5

25

95

3000

0,6

14,6

32

175

2400

0,6

15,5

38

179

2100

0,6

11,8

38

131 148 310 110

1680 2220 2220 1800

0,6 0,6 0,6 0,6

11,4 11,4 21,0 25

32 38 51 32

209

1800

0,6

28

38

380 50 60 75 84

2400 1670 2800 2600 2800

0,7 -

31 5 9 11 7

50 45-65 * 45-65 * до 85* до 85*

Atlas Copco (Шведска)

Gardner Denver (САД) Ingersoll Rand (САД) Коммунист –Кривой Рог (Русија)

60

Р. Пантовић

5.2. ХИДРАУЛИЧНИ БУШАЋИ ЧЕКИЋИ Хидраулички бушаћи чекићи представљају релативно нове бушаће уређаје, који су се појавили 1970 године. Међутим, због свог брзог развоја и значајних предности, они данас имају врло важну улогу код ударноротационог бушења. По принципу рада и конструктивним карактеристикама они имају пуно заједничких карактеристика са пнеуматским. Разлике у техничким могућностима ове две врсте бушаћих чекића ипак су јако велике. 5.2.1. Принцип рада Протоком уља, које се испоручује под притиском из хидрауличних пумпи и контролише преко вентила, врше се функције хидрауличног бушаћег чекића. Рад хидрауличних бушаћих чекића обухвата две независне функције: перкусију и ротацију. Гасни амортизери представљају важан специфични конструктивни елемент хидрауличних чекића. Они се постављају у систему високог (улазног) притиска (слика 40 а (детаљ 5)) и имају улогу да обезбеде допунску слободну запремину за практично нестишљиво хидраулично уље, током његовог уласка у цилиндар са брзином, које превазилази брзину кретања клипа. Потенцијална енергија уља, која се на тај начин акумулира користи се за додатно потискивање клипа. Гасни амортизери, које углавном представља течни азот, постављају се и у систему повратног хода клипа (излазни притисак), ради повећања поузданости чекића и смањења динамичких удара, који настају при пресецању токова кроз канале при кретању клипа и разводника. Принцип рада перкусионог механизма хидрауличног бушаћег чекића HLR 438 (слика 39) илустрован је на сликама 40 а - г.

Слика 39: Спољашњи изглед хидрауличног бушаћег чекића HLR 438 (Тamrock – Финска) На слици 40 а клип је приказан у крајњем предњем положају. Хидраулично уље улази у бушаћи чекић кроз улаз високог притиска (1) и тече у предњи део цилиндра (2), гура клип назад и истовремено улази у разводну комору (3) гурајући разводник (4) у задњи положај. Део уља улази у комору високог притиска (5) сабијајући азот у њој и на тај начин 61

Р. Пантовић

акумулирајући енергију. У том положају уље у задњем делу цилиндра излази кроз отвор (6) према повратном излазу (7). Комора ниског притиска (8) функционише слично у спречавању ударних оптерећења у повратним цевима. У коморама (5) и (8) налази се течни азот, који је еластичним мембранама одвојен од система за проток уља. Ове коморе имају улогу гасних амортизера, који штите конструкцију од хидрауличних удара.

Слика 40 а: Принцип рада механизма перкусије Пошто клип треба да се креће даље да би клип ивицом прстена (9) покрио отворе (6), отвор (10) ће се отворити и притисак, који делује са стране линије високог притиска зауставља клип. Удар притиска проузрокован клипом апсорбује се у акумулатору (5). После тога прстен (11) не покрива отворе (12) и уље под притиском у разводној комори излази у повратну линију. Прстен (13) спречава проток уља ка разводној комори, и притисак у предњем делу цилиндра гура клип назад.

Слика 40 б Пошто се снизи притисак у разводној комори, висок притисак поново преовладава са задње стране разводника (4) гурајући га напред тако да прекрије улазну линију (6). У том положају уље тече ка задњем делу цилиндра кроз линију притиска (14). Истовремено, уље тече кроз отвор (10) према цилиндру. 62

Р. Пантовић

Слика 40 в: Клип се покреће напред због неједнаких сила које преовладавају у предњем и задњем делу цилиндра. Истовремено комора високог притиска празни уље у линију високог притиска и на тај начин се повећава улаз уља у цилиндар. Кратко пре тачке перкусије клипа, прстен (13) омогућава проток уља у разводну комору и неуједначеност сила између страна разводника, покреће га у задњи положај, затварајући снабдевање уљем према задњем делу цилиндра. После удара, почиње повратни циклус клипа, из положаја приказаног на првој слици 40 а. Ротацију бушаћег прибора обезбеђује ротациони мотор, а обртни момент механички се преноси на усадник бушаћег чекића, у предњем делу бушаћег чекића.

Слика 40 г: 5.2.2. Компаративне предности Хидраулички бушаћи чекићи имају низ компаративних предности у односу на пнеуматске, као што су: - велика снага сведена на јединицу масе чекића - већа брзина бушења - боље искоришћење енергије - дужи век прибора за бушење - радни флуид се креће у затвореном систему циркулације - хуманији услови рада и - велике могућности регулације режима бушења и аутоматизације процеса бушења. 63

Р. Пантовић

Притисак компримираног ваздуха код пнеуматских чекића креће се у распону 0,5 ÷ 0,7 МPа, док је притисак уља у пумпама за погон хидрауличних чекића 15 ÷ 25 МPа, што представља огромну разлику, из које проистичу разлике у ударним снагама. Великом ударном снагом хидраулични чекићи обезбеђују велике брзине бушења. Врло високи радни притисци уља код хидрауличних бушаћих чекића омогућили су да се унутар чекића угради клип мањих димензија. Посебно је значајно да је однос површина попречних пресека клипа и бушаће шипке (усадника), код хидрауличних чекића врло повољан и приближно је једнак јединици. Због овога се, при удару клипа о теме усадника, у бушаћем прибору формирају импулси правоугаоног облика (равни таласи), без наглих скокова, као код ударних импулса код пнеуматских чекића (слика 41).

а)

б) Слика 41: Облици ударних импулса при бушењу пнеуматским (а) и хидрауличним (б) бушаћим чекићима Импулси правоугаоног облика знатно боље се преносе кроз бушаћу шипку, што има директног утицаја на степен искоришћења енергије удара и брзину бушења. Коефицијент корисног дејства код бушења пнеуматским чекићима, од погона компресора до чела бушотине износи 0,02 ÷ 0,06, а код хидрауличних чекића 0,4. Компаративна анализа ефикасности бушења кратких минских бушотина, пречника 48 mm, применом пнеуматских (L 400 – Таmrock) и хидрауличних чекића (HLR 438 ТS Таmrock), у средње чврстим и чврстим андезитима, у јами рудника бакра Бор, показала је да је механичка брзина бушења хидрауличним чекићима 3 пута већа. Брзине бушења при томе су износиле: 0,9 m/min (код пнеуматског бушења) и 2,7 m/min (код хидрауличног). Остварени часовни капацитет бушаћих кола са пнеуматским чекићима (Мinimatic) био је 30 m/h, а капацитет кола са хидрауличним чекићима (Мinimatic H) био је 55 m/h. 64

Р. Пантовић

Повољнији облик импулса доводи и до повећања века бушаћег прибора за (30 ÷ 50) % у односу на бушење пнеуматским чекићима. Ради заштите унутрашњих покретних радних површина од хабања, примењују се посебни системи филтрирања циркулишућег уља. С обзиром да највеће хабање проузрокују честице величине изнад 5 µm, користе се филтери који са потпуном сигурношћу одстрањују честице веће од 3 µm. Подмазивање унутрашњих контактних површина, врши се радним флуидом (уљем). Површине које нису у уљу подмазују се компримираном смешом ваздух - вода - уље. Смеша истовремено спречава продирање прљавштине у бушаћи чекић. С обзиром да се радни флуид, креће у затвореном систему између хидрауличних пумпи и бушаћих чекића (и осталих потрошача као што су хидроцилиндри) нема загађивања ваздуха на радилишту уљном маглом, која се иначе јавља при избацивању истрошеног ваздуха код пнеуматских бушаћих чекића. Поред тога, хидраулични чекићи обезбеђују знатно ниже нивое буке и вибрација. Повољнији ергономски услови рада током бушења, уз високу аутоматизацију процеса, уклапају се са све строжијим захтевима у погледу заштите човека и очувања радне средине. Флексибилност хидрауличног погона пружа велике могућности у погледу регулације и аутоматизације процеса бушења. На слици 42 приказан је хидраулични бушаћи чекић COP 1238 LP (фирме Atlas Copco) намењен за бушење дубоких минских бушотина. Овим чекићем могу се покрити радне карактеристике свих претходних типова хидрауличних чекића, који су имали ограничене могућности у погледу промене радних карактеристика. Код наведеног чекића параметри режима бушења (енергија и број удара, број обртаја, сила потиска) могу да се регулишу изменом дужине хода клипа, као и уградњом различитих типова ротационих мотора. Поред тога, жељени режим бушења може се постићи променом притиска и протока уја кроз ротациони мотор и механизме перкусије и потиска. Регулација се врши коришћењем аутоматских система контроле и регулисања процеса бушења.

Слика 42: Пресек хидрауличног бушаћег чекића COP 1238 LP: 1 - адаптер за држање усадника; 2 - прикључак за сепаратно испирање; 3 - механизам за ублажавање вибрација; 4 - клип; 5 - механизам за подешавање дужине хода клипа, односно броја удараца и енергије удара; 6 - ротациони мотор

65

Р. Пантовић

Подешавањем регулационе ручице преко механизма за подешавање дужине хода клипа, може се бирати између три могуће дужине хода клипа. Сваком положају ручице одговара одређена максимална перкусиона снага (12 ÷ 14 ÷ 18 kW). Изменом дужине хода клипа могуће је добити велику енергију удара при мањој фреквенцији удара или обрнуто мању енергију удара, при великој фреквенцији, зависно од својстава стене у којој се врши бушење. Искуство је показало да са порастом чврстоће стена треба повећавати број удара (краћи ход клипа). Зависност ударне снаге од протока и притиска уља на улазу у перкусиони механизам (“цевни притисак”) приказана је на слици 43. 25

Притисак Pritisak ulja, уља,MPa МPa

18 k W 16 20

14

14 k W

12

12

10

15

10

8

I

8

II

6

6

10 40

50

60

6 70

12 10

8 III 80

90

100

Pro to k ulja m eha nizm u pe rkusije, l/m in Проток уља uу механизму перкусије, l/min

Слика 43: Промена перкусионе снаге код чекића COP 1238 LP, за три различите дужине хода клипа (I, II, III) Уградњом различитих типова ротационих мотора у бушаћи чекић, могу се добити различите комбинације броја обртаја и обртног момента. На слици 44 дате су зависности броја обртаја од протока уља, при одређеним притисцима уља, за четири типа ротационих мотора. Са слике се може оријентационо изабрати и тип ротационог мотора за одређени пречник бушотина. Променљивост радних карактеристика чекића омогућава њихово коришћење при различитим пречницима и дужинама бушотина и прилагођавање конкретним условима примене. Ударни механизам хидрауличних чекића обично ради при притиску уља од 14 ÷ 16 МPа, механизам ротације при 5 ÷ 10 МPа а потисни механизам при 4 ÷ 8 МPа. Проток уља у ударном механизму је 60 ÷ 100 l/min, у механизму ротације 20 ÷ 60 l/min а у потисном механизму 20 ÷ 50 l/min. Хидраулични бушаћи чекићи имају енергије удара 150 ÷ 1000 Ј и фреквенцију удара од 50 ÷ 150 Hz, брзину ротације до 300 о/min-1 и обртни момент од 200 ÷ 1000 Nm. У табели 15 дате су основне техничке карактеристике неких хидрауличних бушаћих чекића намењених за бушење дугих минских бушотина у подземној експлоатацији. 66

Р. Пантовић

Табела 15: Техничке карактеристике неких типова хидрауличних бушаћих чекића Тип чекића AD 101 AD 102 AD 103 HB 101 HB 102 HB 103 HB 105 HS 338 HS 352 HS 432 RPH 400 RPH 230 ES 338 HC 80 H 100 FP 100 LHD 155 IH 2 IH 3 HARD III HBM 110 HD 100C HPR 1 COP 1038HD COP 1238ME COP 1238 LP COP 1838ME COP 4050 HLR 438 L HL 850 HL4000

Енергија удара, J 198 230 195 270 -

Број удара, s-1 56,8 54 12,5 30 30 30 30 41-70 25-75 47-56

Ударна снагa, kW 11,1 12,4 8 -

Улазна снага, kW 36,7 37 41 30

Број обртаја до, s-1 3,84 3,84 3,8 2,33 0,7 1,93 0,5-0,9 5 4,15 5

Обртни момент, kNm 0,24 0,26 0,27 0,95 4 4 6-3 0,3 0,3 0,4

812

197-340

30-55

10,7

45

5

0,2-0,3

110

580

200

50-62

-

25

3,7

0,2-0,4

130 132 150 180

750 1085 1095 1295

303 370 495 500

33-50 43-52 23 23

11 -

37 35 22 22

3,7 1,7-3,9 1,67 1,67

0,1-0,3 1,2 -

Le Roy (САД)

135

711

277

33

9

37

2,5

0,48

Јоy (САД)

154 104

610 559

204 87

100 150

20 13,2

55,1 36,7

1-8,3 1-8,3

0,2-0,7 0,2-0,7

215

984

90

155

14

37

4,25

0,19

130

700

430

50

18

37

4,1

0,5

140

992

200

53

8

45

6

0,25

147

1111

270

41

11

50

3,3

0,34

135

985

350

60

-

45

5

0,25

151

1002

-

42-65

12

-

3,3

0,7

153

1002

-

48-80

12-18

-

7,66

0,43-1

171

1008

-

60

20

-

2,3

0,74

390

1293

-

40-60

34

-

5

1,32

112

811

260

52

14

30

5

0,25

255 1100

1060 -

-

37

70

-

2,5 1

0,7 39

Фирма Linden Alimak (Шведска) КRUPP (Немачка) Боhler (Аустрија)

Sekoma (Франц.)

Montabert (Франц.)

Ingersoll Rand (САД) ZIG (Швајцar.) Furukava (Јапан) Gardner Denver

Atlas Copco (Шведска)

Тamrock (Финска)

Маса, kg

Дужина, mm

115 132 106 240 270 270 370 165 170 165

855 1105 665 1142 1120 1142 1222 1320 1220 1320

180

67

Р. Пантовић

Тип

500 450 -1 Број обртаја, Broj obrtaja,min min -1

Обртни

Tip motora - момент Obrtni moment мотора (Nm) (Nm) OSM 80 - 430

400

OSM 100 - 500

350 300 250

OSM 160 - 700

200 150

OSM 315 - 1000

100 50 0 0

20

40

60

80

Проток механизму l/min Protokуља ulja уkroz rotacioniперкусије, motor, l/min Слика 44: Карактеристике и избор могућих ротационих мотора за чекић COP 1238 LP

Поред већ описних пнеуматских бушаћих чекића са пнеуматским и хидрауличним погоном у рударству се, додуше ретко, примењују и електрични и бензински бушаћи чекићи.

5.3. ЕЛЕКТРИЧНИ БУШАЋИ ЧЕКИЋИ Трансформација електричне енергије у ударну (импулсну) механичку енергију може да се оствари на два принципијелно различита начина: - трансформацијом ротационог кретања ротора електромотора у транслаторно кретање клипа напред назад, помоћу кривајноклипњачних, коленастих и сличних механизама или - израдом транслаторних електричних мотора (електромагнетни, магнетоелектрични, електродинамички, индукциони). Основни проблем у конструисању електромеханичких бушаћих чекића са ротационим електромоторима везан је за велико преоптерећење елемената преносних механичких механизама, у моменту судара када се ударни таласи одбијају до тих механизама. На слици 45 приказан је електрични бушаћи чекић фирме Bosch (Немачка), код кога се ротационо кретање електромотора, помоћу коленастог механизма са опругом, трансформише у транслаторно кретање клипа напред-назад. Погон бушаћег чекића обезбеђује струја високе фреквенције (200 Hz). 68

Р. Пантовић

Основне техничке карактеристике овог чекића су: маса 27 kg, број удара клипа 1450 min-1, број обртаја 80 min-1, ударна снага 0,12 ÷ 0,15 kW. Код бушаћих чекића са транслаторним електричним моторима (најчешће електромагнетним) највећи проблем је обезбеђење хлађења индукционих намотаја. На слици 46 приказан је један руски бушаћи чекић са транслаторним електромагнетним мотором за обезбеђење перкусије. Принцип рада овог чекића је следећи: Бушаћа шипка (7) ротира под дејством електромотора (3) преко редуктора и обртне чауре (6). Ударни механизам укључује оклоп (2), који представља кућиште магнета, намотаје жице за ход напред (5) и назад (1), усмеравајућу цев (8), по чијој унутрашњој површини се креће клип (котва магнета) (9), који удара о теме усадника. Имајући у виду да магнетно поље тежи да из себе избаци магнетична тела, наизменично довођење полупериода наизменичне струје у намотаје (1) и (5), приморава клип да се креће напред-назад. Дакле, клип покреће магнетно поље које се наизменично формира око предњег и задњег намотаја. Ради хлађења електричних намотаја у конструкцију механизма уграђени су радијатори (4). Загревање намотаја није само енергетски губитак, већ и проблем који доводи до смањења поузданости механизма. Основне техничке карактеристике наведеног бушаћег чекића су: улазна снага 32 kW, енергија јединичног удара 118 kЈ, број удара клипа 50 s-1 (једнак је фреквенцији наизменичне струје), број обртаја 2,1 s-1, маса 158 kg. Са овим чекићем у стенама велике чврстоће (f =16 ÷ 18), при пречницима бушотина од 43 ÷ 60 mm, постизана је брзина бушења од (0,30 ÷ 0,45) m/min. Усавршавање бушаћих чекића заснованих на транслаторним електричним моторима представља значајну перспективу ударног бушења.

69

Р. Пантовић

Слика 45: Изглед елелтромеханичког бушаћег чекића (Bosch – Немачка): 1 - кућиште мотора, 2 - редуктор, 3 - ексцентар, 4 - пуштач, 5 - клип, 6 - главна опруга, 7 - ударна глава, 8 - механизам ротације, 9 - држач длета, 10 - црево за усисавање прашине.

Слика 46: Бушаћи чекић са електромагнетним погоном

70

Р. Пантовић

6. ОПРЕМА ЗА УДАРНО-РОТАЦИОНО БУШЕЊЕ ЛАФЕТНИМ БУШАЋИМ ЧЕКИЋИМА Опрема за бушење лафетним бушаћим чекићима са независном ротацијом, користи се за бушење у средње чврстим и чврстим стенама. Поред бушаћег чекића са независном ротацијом, заједничку карактеристику за ову опрему представља уређај којим се обезбеђује механизовано потискивање бушаћег чекића при бушењу и извлачењу бушаћег прибора из бушотине. Ова опрема може да се подели на следећи начин: 1. Лака полумеханизована пнеуматска опрема са лаким и средње тешким бушаћим чекићима и лафетама за њихово потискивање, намењена за бушење при подземном откопавању и за бушење на каменоломима 2. Платформе за бушење намењене за бушење при изради вертикалних и косих просторија у подземним рудницима 3. Бушаћа кола намењена за бушење кратких бушотина у подземним рудницима. 4. Самоходне бушилице намењене за бушење дубоких бушотина при подземном откопавању 5. Средње тешке и тешке самоходне бушилице намењене за бушење на површинским коповима и каменоломима

6.1. ЛАКА ПОЛУМЕХАНИЗОВАНА ОПРЕМА ЗА БУШЕЊЕ Лаку полумеханизовану пнеуматску опрему за бушење чине лаки рамови са 2 или 3 гумена точка, на којима су постављени лаки или средње тешки бушаћи чекићи са зависном ротацијом. Гумени точкови и мала маса ових бушилице омогућава њихово премештање на радилишту простим вучењем. С обзиром да се ради о релативно простој опреми њено одржавање је једноставно. Кретање бушаћег чекића по лафети и његово потискивање обезбеђује пнеумомотор за посмак. Помоћу ланчаника преноси се сила потискивања са пнеумомотора на клизно постоље бушаћег чекића. Лафете се могу, зависно од типа бушилице, постављати под различитим нагибима, од вертикалног до хоризонталног положаја. На слици 47 приказане су две лаке бушилице на раму са два точка. Поред бушилица приказани су одговарајући геометријски распореди минских бушотина, које се помоћу њих могу избушити, при подземном откопавању. Првом бушилицом могу се бушити бушотине у свим правцима, а другом вертикално навише, са отклоном од ± 30 °. Сличне конструкције лаких бушилица користе се за бушење на мањим каменоломима (слика 48). За рад ових бушилица као извор погонске енергије неопходан је посебан компресор малог капацитета.

71

Р. Пантовић

а)

б) Слика 47: Лаке лафетне бушилице фирме Linden-Alimak са могућностима бушења из ходника за бушење

Слика 48: Лакe бушилице за каменоломе (BVB 23 - Atlas Copco) : 1- лафета, 2 - бушаћи чекић, 3 - бушаћа шипка, 4 - осовина за промену угла, 5 - пнеумомотор за посмак, 6 - рам

72

Р. Пантовић

6.2. ПЛАТФОРМЕ ЗА БУШЕЊЕ ПРИ ИЗРАДИ ОКАНА И КОСИХ ПРОСТОРИЈА У циљу лакшег приступа челима вертикалних и косих подземних просторија конструисани су различити типови платформи са којих се врши бушење, пуњење експлозивом, окуцавање, анкерисање. Најзначајнији произвођач ових платформи, у свету, је LindenAlimak (Шведска). Поред ове фирме платформе за бушење израђују и Atlas Copco, Tamrock, Јоy и др. 6.2.1. Платформе за бушење при изради окана одоздо-навише Кроз вертикалне и косе просторије, са напредовањем њихове израде, на анкерисане носаче монтирају се профилисане челичне вођице (шине), дуж којих се креће погонски уређај платформе, који може бити са пнеуматским, електричним и дизел погоном. Дизел погон користи се код врло дугих просторија. Уређај за погон, односно кретање платформе по вођицама, на себи носи платформу (плато), са које се ускопним или бушаћим чекићима са потпорном ногом, врши бушење навише усмерених бушотина. Поред вођица и погонског уређаја, у оквиру платформе налази се плато са кога се врши бушење (слика 49). Са горње стране платформе налази се заштитни кров, а са доње кош за превоз бушача, при доласку и одласку са радилишта. Слика 49: Алимакова платформа са водећом шином у положају у току бушења

73

Р. Пантовић

Конструкција платформе шведске фирме Аlimak у великој мери олакшала је рад и повећала брзину напредовања при изради окана одоздо-навише. На слици 50 приказан је положај платформе у току извођења појединих операција на изради окна. Осим при изради окана, прилагођене платформе за бушење, користе се и при изради косих окана и ускопа (слика 51). Бушење

Минирање

Проветравање

Окуцавање

Слика 50: Редослед извођења операција и одговарајући положаји платформе Аlimak

Слика 51: Аlimak платформе омогућавају бушење при изради окана и косих просторија Алимакова платформа може се користити и као откопна бушаћа опрема, посебно код откопавања стрмих жичних лежишта (слика 52). После израде “пилот” окна, са исте платформе врши се хоризонтално бушење. Платформа се користи и при пуњењу бушотина експлозивом, а са напредовањем откопавања врши се скидање сегмената вођице платформе.

74

Р. Пантовић

а)

б)

в)

Слика 52: Бушење при откопавању: а) пилот бушење, б) хоризонтално бушење и в) скидање сегмената вођице платформе, пуњење експлозивом и минирање 6.2.2. Платформе за бушење при изради окана одозго-наниже Када се раде вертикална окна одозго-наниже, бушење се обично изводи ручним бушаћим чекићима (слика 53). Међутим, када су у питању окна већих попречних пресека, за бушење се могу применити бушаћи чекићи који се монтирају на специјалним платформама за бушење, које се кроз окно спуштају и подижу преко ужета, које је везано са витлом, постављеним поред улаза у окно. Ове платформе се често називају бушаћим вретеном или «кишобранском бушилицом». Током бушења платформе могу да слободно висе на ужету, да се одговарајућим ступцима или цилиндрима бочно разупру о зидове окана (слика 53 а) или да стоје на својим ногама (слика 53 б). На слици 53 б приказано је бушаће вретено са три бушаћа чекића, па је за опслуживање ове опреме, на дну окна, потребно најмање 3 ÷ 4 бушача. Командни пулт за сваки бушаћи чекић налази се на манипулатору (грани) вретена. Прикључивање цеви за довод ваздуха и воде врши се на дну окна.

75

Р. Пантовић

б)

Слика 53: Положај разупртог бушаћег вретена (а) у окну и изглед бушаћег вретена БУКС-1М (Русија) (б): 1 - бушаћи чекићи, 2 - манипулатори, 3 средишњи стуб, 4 - ноге, 5 - командни пулт а) 6.2.3. Платформе за бушење при изради окана проширивањем Пилот бушотине великог пречника или мања окна могу да се прошире уз примену опреме за бушење која је специјално урађена за такве потребе. Платформе се спуштају и подижу кроз окна на ужадима помоћу витлова. На слици 54 приказане су две конструкције платформи намењених за проширивање окана одозго-наниже и једна платформа за проширивање окна одоздо-навише. Платформама за бушење вертикалних бушотина (слика 54 а и б) може се после минирања добити врло глатка и тачна контура окна, што обезбеђује велике уштеде код подграђивања окна. Ротацијом и променом дужине манипулатора, на које су постављене лафете са бушаћим чекићима, обезбеђује се прецизно лоцирање положаја бушотина. 76

Р. Пантовић

У трећем случају (слика 54 в) попречни положај бушотина у односу на осу окна не омогућава добијање тако глатке контуре. Међутим у овом случају не могу се јавити проблеми са заглавама одминиране стенске масе у пилот бушотини као у претходна два случаја. а)

б)

в)

Слика 54: Бушаће платформе за проширење окна одозго-наниже (а и б) и одоздо-навише (б)

6.2.4. Платформе за бушење при изради нископа Израда нископа, као и израда окана, представља тежак радни процес. Ради олакашања операције бушења, уместо ручних и бушаћих чекића са потпорном ногом, може да се врши са специјалних платформи које су опремљене са једним или два бушаћа чекића (слика 55). Ове платформе, подсећају на бушаћа кола. Међутим, оне не поседују сопствени погон, па се морају спуштати и извлачити по шинама, помоћу ужета и витла. Слика 55: Платформа за бушење у нископима

77

Р. Пантовић

6.3. БУШАЋА КОЛА Највећи корак у повећању продуктивности процеса бушења у подземним рудницима направљен је увођењем самоходних бушаћих кола и самоходних бушилица. Бушаћа кола (слика 56) представљају самоходне машине намењене за бушење кратких минских бушотина (до 5 m), у стенама различите чврстоће, при изради јамских ходника, тунела, као и при подземном откопавање руда при обарању кратким минским бушотинама. Слика 56: Општи изглед бушаћих кола на гуменим точковима (Tamrock)

Бушаћим колима у потпуности се механизује процес бушења и побољшавају услови рада, због чега су јако заступљена у савременим подземним рудницима металичних минералних сировина. Бушаћа кола се састоје од следећих делова (слика 57): 1-ходног дела, 2-погона, 3командног пулта, 4-манипулатора (грана), 5-лафета и 6-бушаћих чекића.

Слика 57: Шематски приказ основних делова бушаћих кола 78

Р. Пантовић

6.3.1. Ходни део Према врсти ходног дела разликују се бушаћа кола на гуменим точковима, гусеницама и ређе на шинским точковима (слика 58). Због високих маневарских могућности најчешће се примењују бушаћа кола са гуменим точковима. Гусенични ходни део првенствено се примењује у условима слабе подине, која не може да издржи велика концентрисана оптерећења. Бушаћа кола са гусеницама обично имају пнеуматски погон ходног дела, што ограничава мобилност бушаћих кола. Бушаћа кола на шинама користе се при изради просторија, које су опремљене шинама. Међутим, овај начин кретања бушаћих кола све мање је заступљен.

а)

б)

в) Слика 58: Бушаћа кола са различитим ходним стројевима: а) на гуменим точковима б) на гусеницама и в) по колосеку Погон мотора ходног дела може бити пнеуматски, електрохидраулични и дизел. Пнеуматски погон конструктивно је прост и што је такође важно, као ни електрични, не загађује рудничку атмосферу. Међутим, везивање бушаћих кола на мрежу компримираног ваздуха ограничава њихову мобилност, а мала снага погона ограничава масу машине и брзину њеног кретања. Због овога се пнеуматски погон користи само за лакша бушаћа кола. 79

Р. Пантовић

Основна предност дизел погона је његова аутономност. Ово је посебно значајно када бушилица опслужује више радилишта. Са дизел моторима снаге 30 ÷ 100 kW, омогућено је кретање бушаћих кола брзином од 5 ÷ 10 km/h, уз могућност савладавања успона од 15 °. Основни недостатак дизел погона представљају токсични издувни гасови. У последње време за погон ходног дела примењује се хидростатичка трансмисија. Код те трансмисије примарни мотор (електромотор или дизел мотор) покреће пумпу која храни један или више хидромотора, који покрећу точкове. Хидромотори могу бити уграђени у саме точкове. Током бушења бушаћа кола подигнута су на хидрауличне стопе, које им повећавају стабилност у раду и штите ходни део од превеликих вибрација. 6.3.2. Лафета Лафета омогућава кретање бушаћег чекића, по њеним вођицама. Механизам потиска, који је монтиран на лафети, обезбеђује неопходну силу за потискивање бушаћег чекића током бушења, а после окончања бушења, извлачење бушаћег прибор из бушотине. Лафете могу бити фиксне или променљиве дужине (слика 59). Лафете променљиве дужине називају се и телескопским. Према уређају којим се постоље бушаћег чекића гура по вођицама лафете могу бити: пужасте (завојне), ужетне и ланчане. Према врсти погона разликују се лафете са мотором и лафете са хидроцилиндром, а према погонској енергији пнеуматске и хидрауличне. Лафете са пнеуматским погоном, по правилу се примењују у комбинацији са пнеуматским бушаћим чекићима, а лафете са хидрауличним погоном са хидрауличним бушаћим чекићима. Дужине лафета крећу се у распону 2 ÷ 4,3 m, а њихова маса се креће од 360 ÷ 850 kg. Осна сила коју могу да обезбеде износи 6 ÷ 20 kN.

Слика 59: Изглед фиксне (BMH 6000) и телескопске (BMHT 6000) лафете за тешке бушаће чекиће (Atlas Copco)

80

Р. Пантовић

Лафета фиксне дужине са ланчаним или ужетним уређајем за потискивање и са погоном од хидрауличног цилиндра, шематски је показана на слици 60 а. Унутар рама (6) налази се хидроцилиндар (8), чија клипњача је непосредно учвршћена за рам. На предњем крају тела цилиндра учвршћена је звезда (или блок), која је обавијена ланцем (или ужетом) (7), чији један крај је учвршћен за клизно постоље (4) бушаћег чекића (3), а други крај за доњи задњи крај лафете. При убацивању уља у предњу комору цилиндра тело цилиндра почиње да се креће напред, гурајући бушаћи чекић напред, два пута већом брзином. Заједно са телом цилиндра помера се линета (5) и затезни бубањ (2). При повратном ходу уље улази у задњу комору хидроцилиндра (8). При ходу назад тело цилиндра помоћу ланца, који обавија звезду 1, враћа покретне делове у задњи положај, Лафета променљиве дужине приказана је на слици 60 б. Горњи део лафете (9) представља хидрауличну лафету са ланчаним (ужетним) удвајачем хода. Горња греда са свим на њему размештеним уређајима премешта се по доњој греди (10) помоћу хидроцилиндра (11). При ходу напред уље улази у предње коморе оба хидроцилиндра, а при обратном у задње коморе.

а)

б) Слика 60: Шема лафете фиксне (а) и променљиве (б) дужине са потискивањем хидроцилиндрима 6.3.3. Манипулатори Манипулатори (или хидрауличне гране) намењени су за премештање бушаћег чекића са лафетом у простору и њихово постављање у одговарајући положај за бушење, према задатој шеми бушења.

81

Р. Пантовић

У зависности од величине просторија и других потреба, бушаћа кола се израђују са једном, две и три гране за бушење. Свака грана покрива одређену површину чела радилишта и могућ је паралелни рад на изради више бушотина. Манипулатори морају да задовоље следеће захтеве: велику брзину премештања, сигурно фиксирање чекића у положају за бушење, обезбеђење аутоматског одржавања паралелности лафете у току манипулације, могућност бушења контурних бушотина са минималним углом нагиба (до 5 °), према оси ходника. Манипулатори могу бити: крути, зглобни и телескопски. На слици 61 приказан је телескопски манипулатор УТМ -5, који се користи на бушаћим колима УБШ-5 (Русија). Он се састоји од ослоначке конзоле (1), извлачеће ручице (4), која има ход издужења од 2 m, позиционера (5), усмеравајућег рама (6), цилиндара подизања стреле (3) и окретања (7) и уређаја (2) који обезбеђује паралелност кретања.

Слика 61: Телескопски манипулатор УТМ-5 82

Р. Пантовић

Углови премештања стреле, омогућавају бушење чела радилишта висине 7,2 m и ширине 7,3 m. На крају извачећег дела ручице поставља се позиционер (5), који повезује ручицу (4) са рамом лафете (6). На позиционеру су постављени цилиндри за окретање лафете у вертикалној и хоризонталној равни, као и механизам ротације за окретање бушаћег чекића за 180 °, у односу на осу ходника, чиме се обезбеђује бушење подних бушотина уз минималан нагиб према хоризонталној равни. Уместо лафете са бушаћим чекићима на један од манипулатора, за потребе сервисирања (пуњење бушотина експлозивом, окуцавање, анкерисање, итд) некада се постављају сервисне корпе (слика 62).

Слика 62: Хидраулична бушаћа кола са сервисном корпом 6.3.4. Механизовано манипулисање бушаћим шипкама Уколико је дужина бушотина које треба избушити већа од дужине једне бушаће шипке, бушаћи прибор се мора настављати. У циљу ослобађања бушаћа од ручног настављања бушаће колоне и повећања капацитета бушилица, на лафетама појединих типова бушаћих кола уграђују се уређаји за механизовано манипулисање бушаћим шипкама. Настављањем и растављањем бушаћег прибора управља се са командног пулта који се налази на бушаћим колима. Начин везивања тог механизма за лафету и његово функционисање приказани су на слици 63. Данас су на располагању и роботизована бушаћа кола код којих се, између осталог, и манипулисање бушаћим прибором врши аутоматски, према претходно програмираном циклусу бушења.

83

Р. Пантовић

Бушење првом шипком

Убацивање друге шипке у бушаћу колону

Враћање друге шипке после завршеног бушења

Слика 63: Механизовано манипулисање бушаћим прибором са две бушаће шипке 6.3.5. Шеме бушења Шеме бушења могу бити фронталне и радијално-фронталне. Код фронталних шема бушења буши се само чеони део ходника (или радилишта). У том случају бушење се врши паралелно или приближно паралелно оси просторије. Бушаћа кола са могућношћу фронталног бушења погодна су за израду ходника у чврстој стенској средини, где није потребно бушење бушотина за анкерну подграду. Радијално-фронтална шема бушења, подразумева бушење у правцу и попречно на правац ходника. Посебни типови бушаћих кола могу после радијалног бушења у стропу ходника, да изврше механизовану уградњу анкера у бушотине. Примена бушаћих кола је значајна и за коморно-стубне методе откопавања и методе са запуњавањем откопног простора. Према томе, бушаћим колима могуће је бушење бушотина дуж осе ходника (слика 64 а), у кров (слика 64 б), бок (слика 64 в) и под ходника (слика 64 г). 84

Р. Пантовић

а)

б)

в) г) Слика 64: Могући правци бушења кратких бушотина 6.3.6. Број и врста бушаћих чекића На бушаћим колима се могу наћи један, два и три бушаћа чекића. Најраспрострањенија су бушаћа кола са два бушаћа чекића. Оваква бушаћа кола омогућавају да се уз мало или без премештања бушилице избуши читаво чело ходника. При томе један бушач, може да опслужује рад оба чекића. Бушаћа кола са три бушаћа чекића погодују бушењу у врло тврдим стенама. За специјалне потребе, пре свега у тунелоградњи, на бушаћа кола се може монтирати и више од три бушаћа чекића. Према врсти бушаћих чекића бушаћа кола могу бити са пнеуматским, хидрауличним бушаћим чекићима. Пре неколико година појавила су бушаћа кола са електромагнетним бушаћим чекићима. Бушаћа кола са пнеуматским бушаћим чекићима имају пнеумохидраулични систем погона и трансформације енергије. Везују се на мрежу компримираног ваздуха, који се користи за рад бушаћих чекића и хидрауличне пумпе за храњење већег броја хидроцилиндара. Бушаћа кола са хидрауличним бушаћим чекићима везују се на мрежу електричне енергије (најчешће 380 V), која се у електрохидрауличном блоку трансформише у потенцијалну енергију уља под високим притиском. Том енергијом снабдевају се током бушења најважнији потрошачи на бушаћим колима. Изузетак могу на пример да буду пумпа за воду и мали компресор, смештени на бушаћим колима. У табели 16 приказане су основне техничке карактеристике неколико типова бушаћих кола са пнеуматским, а у табели 17 са хидрауличним бушаћим чекићима. 85

Р. Пантовић

BUT106

BUT14Е

ЈТI144Е

3,6

2,75

4,0

2,4

Тип манипулатора Дубина бушења, m

2,8 36-41

40-42

41

35-41

36-41

45102

45102

4565

До 85

25,4

25,4

32

32-38

25,4

32

32

32

38

25

46

20

30

20

38

56

30

45

10,06 1,78 1,55

10,43 2,9 2,56

8,8 2,3 1,90

12 2,7 2,33

9 1,73 1,63

10 2,95 2,00

11,97 3,3 2,50

11 1,75 2,3

12,5 2,5 2,8

5,1 x 3,7

6,4 x 3,8

5,6 x 4,5

10,2 x 6,2

5,2 x 4,2

5x4

9x7

6,9x3

8,6x4

9,5

18,5

10

23

8,4

12

19

-

-

-

Површина чела радил., m2 Маса, t Ходни део Фирма

Гумени точкови Tamrock

Atlas Copco

Финска

Шведска

86

Gardner Denver САД

110

60

75 УТМ5

80

Пречник круне, mm Пречник бушаће шипке, mm Потр. ваздуха, m3/min Димензије, m: - дужина - ширина - висина

3 ПК75

УВМ 3

110

70

Маса чекића

2 ПК60

LHBEJ R-103

3 URD 475А

Е 500

D-93 А

CPBA

2 URD 475А

УБШ 532Д

80

2

УБШ 322П

69

DS - 95

Boomer131

65

DS - 65

Cavodrill 555

3 BBC 120

Minibur

Para matic

2 BBC 100

ZR 990

Број чекића Тип чекића

2-3

2 Е 400

ZR 650

Тип бушаћих кола

Мini matic

Табела 16: Карактеристике бушаћих кола са пнеуматским бушаћим чекићима

3,6

4,27

3

4

Ingersol Rand САД

12 22 Гумени точкови Коммунист Русија

Р. Пантовић

Аlimatic H632

BW 32R

МК 35

32-38

36-56

3864

4164

38-51

Дубина бушења, m

2,2

2,2

3,45,8

3

3,4

3,4

-

3,66

5,8

4-12

8-38

14120

1127

4-14

6-20

1030

6-52

20100

1

2

3

2

2

2

2

2

3

30 RP

HLR 438

HLR 538

HB 5001

HPR1

COP 1038

МR 600

BUT 35

Гумени точкови 15 11,3 29

3

10

15

-

3

17

20

4,8

12

5,25 0,8 1,57

10,8 1,94 2,4

15,3 2,5 3,2

10,5 1,9 2,8

6,4 1 -

8,2 1,75 1,95

13,12 2,2 2,18

9,76 1,73 1,73

12,87 2,5 3,27 “Atlas Copco” Шведска

Шински 12

“Gardner Denver” САД

Гусенице 8

“Salczgiter” Немачка

BR H20

18

“Linden Alimak” Шведска

BL 36 F

Гумени точкови 3,8 14 15

“Sekoma” Француска

Произвођач

УВМ -3

Ходни део Маса, t Брзина кретања, m/h Димензије, m: - дужина - ширина - висина

“Комунист” Русија

Тип манипулатора

МR 600

Тип чекића

“Tamrock” Финска

Број чекића

“Еkipman Mine” Француска

Површина чела радил., m2

Boomer 353

STH 10

3260

HFM 12

УБШ – 321 ДГ

4164

-

Datamatic HS305

3656

AD 102

Мinimatic Х

2845

RPH 200

Мicrodrill CM 500 HЕ

Пречник бушотине, mm

ГПГ

Тип бушаћих кола

-

Табела 17: Карактеристике бушаћих кола са хидрауличним бушаћим чекићима

87

Р. Пантовић

6.3.7. Величина бушаћих кола Према својим димензијама (ширини и висини) и манипулативним могућностима бушаћим колима могу се израђивати ходници од малих (2 x 2) m до врло великих (преко 120 m2) попречних профила просторија (без премештања бушаћих кола у току бушењa). Малогабаритна бушаћа кола На слици 65а приказана су минијатурна бушаћа кола са дистанцираним командним пултом. Бушаћа кола Аlimatic L 231 Мini Јumbo (слика 65 б), која су намењена за бушење у ходницима са попречним профилом (1,8 x 1,8) m, могу под 90 ° да скрену у попречну просторију исте величине.

б) Слика 65: Лаке самоходне бушилице (бушаћа кола) са гуменим точковима Портална бушаћа кола Портална бушаћа кола (или порталне бушилице) представљају самоходне платформе на гуменим или шинским точковима на којима се налази 4 ÷ 6 хидрауличних грана са лафетама и тешким бушаћим чекићима (слика 66). Порталне бушилице намењене су за израду подземних хоризонталних и благо нагнутих подземних просторија (тунела) великих попречних пресека (преко 100 m2). Само име портал указује да се на овој опреми за бушење налазе, врата (потрал) за пролаз људи и остале рударске опреме (утоварна и друга опрема). Портална бушилица се током израде тунела, повлачи назад (од чела радилишта), на безбедно растојање, само при извођењу минирања (слика 67 а). На фотографији (слика 67 б) виде се врата (портал) за пролаз људи, утоварне и друге опреме. Цена порталних бушилица је висока. Међутим, ова опрема за бушење омогућава израде подземних просторија великих дужина и великих попречних пресека пуним профилом, због чега су укупни трошкови знатно нижи него при изради у више секција. а)

88

Р. Пантовић

Слика 66: Портал за бушење са шест бушаћих чекића

а) б) Слика 67: Шематски приказ положаја порталне бушилице при изради тунела (а) и поглед на портал са чела (б)

89

Р. Пантовић

6.4. БУШИЛИЦЕ СА ЛАФЕТНИМ БУШАЋИМ ЧЕКИЋИМА ЗА БУШЕЊЕ ДУБОКИХ БУШОТИНА При подземном откопавању широку примену су добиле минске бушотине пречника 50 ÷ 100 mm и дубине 5 ÷ 50 m. Бушење таквих бушотина врши се самоходним бушилицама на гуменим точковима или гусеницама, на којима се налазе тешки пнеуматски или хидраулични бушаћи чекићи са независном ротацијом. Бушилице могу на себи носити: један, два (Tamrock-ове бушилице типа ДУО и Atlas Copco-ва SIMBA 4450) и ређе три бушаћа чекића (SIMBA 323 са 3 x COP 131 ЕЛ). Погон ходног строја бушилица може бити: дизел, пнеуматски и електро-хидраулични. Код неких савремених бушилица шасије имају комбиновани погон, за већа растојања користи се дизел а за премештање бушилице на самом радилишту електро-хидраулични погон. По ободу ходног строја постављају се цилиндри са хидрауличним ослоним стопама (3 или 4), на које се бушилице подижу током бушења. Код свих савремених конструкција самоходних бушилицА, намењених за бушење дубоких минских бушотина, на лафетама су монтирани уређаји за механизовано манипулисање бушаћим прибором, са касетама за смештај одређеног броја бушаћих шипки (слика 68 а). Процесом бушења може се, помоћу дистанцираних командних табли (слика 68 б) управљати са места које обезбеђује добру прегледност и задовољавајући комфор (мање буке и вибрација). Оператер може истовремено да опслужи више бушаћих чекића, па и бушилица.

а)

б) Слика 68: Уређај за механизовано манипулисање шипкама са касетом (а) и управљање процесом бушења са дистанцираног командног пулта 6.4.1. Распоред бушотина Дубоке минске бушотине при подземном откопавања углавном се распоређују на два основна начина: паралелно и лепезно. За паралелни распоред бушотина углавном се примењују бушилице са ронећим бушаћим чекићима, док је за бушилице са лафетним бушаћим чекићима карактеристичан лепезни распоред бушотина. 90

Р. Пантовић

За бушење лепеза бушотина неопходно је да бушилица омогућава ротацију лафете са бушаћим чекићем. Бушење по лепезном распореду, као и бушилице са којима се оно врши, често се назива радијалним. На слици 69 приказани су могући начини ротације лафета. У првом случају (случај 1) лафета ротира пун круг око једне осе, чиме се обезбеђује строго радијално бушење. Овакве бушилице захтевају најмање профиле ходника за бушење. Код бушилица са два чекића осе ротације лафета могу пролазити кроз зглобне везе лафета са рамом бушилице (случај 2), при чему је могуће бушити само бушотине горње лепезе. Конзоле омогућавају донекле боље постављање чекића различитим деловима профила просторије и бушење паралелних бушотина. Међутим, конзоле усложњавају конструкцију бушилица и отежавају стабилизацију лафете (случај 3). Тежња да се бушилице сместе у што мањим профилима просторија довела је до увођења обртне траверзе, на чијим крајевима се окрећу лафете. После бушења одређеног сектора окреће се читава траверза (случај 4). Поред ротације лафете код већине савремених бушилица постоји и могућност транслаторног кретања лафета по такозваним клизним гредама.

Слика 69: Размештај оса ротације лафете: 1 - ротација по средини лафете; 2 - ротација у основи лафете; 3 - ротација на хидрауличном манипулатору и 4 - ротација на обртној траверзи 6.4.2. Стабилизација лафете Од стабилности лафете зависи успешност отпочињања бушења сваке појединачне бушотине и могућности прецизног бушења. Могући начини стабилизације, односно учвршћивања лафете, приказани су на слици 70. Лафета се може учврстити хидрауличним ступцима о кров и под или о зидове ходника за бушење (случај 1). Нешто боља шема стабилизације представља комбинацију хидроцилиндра и клина на другом 91

Р. Пантовић

крају лафете, који је строго фиксиран (случај 2). У случају када није могуће обезбедити добар упор у поду, бушилице се могу стабилизовати ослањањем шасије на најчешће четири хидрауличне стопе и потискивањем лафете хидрауличним ступцима у односу на конзолу или траверзу (случај 3). Носач лафете или шасија бушилице могу бити стабилизовани хидрауличним ступцима о зидове ходника а потискивање лафете обезбеђује хидраулични ступац са носача лафете (случај 4).

Слика 70.: Начини учвршћивања лафете: 1 - распор у кровину и подину; 2 - потисак хидрауличног ступца у кровину са упором у подину; 3 - потисак у кровину са шасијом подигнутом на хидрауличне стопе; 4 - конзолни положај лафете на разупртој шасији 6.4.3. Бушилице са пнеуматским чекићима Бушилица за радијално бушење дубоких бушотина (ПБУ-80, Русија) шематски је приказана на слици 71. Овом бушилицом могу се бушити бушотине пречника 50 ÷ 85 mm до дубине од 30 m. Бушење се може вршити у свим правцима, у вертикалној равни управној на осу ходника. Поред ротације лафета се може померати и транслаторно за 1,5 m. Бушилица се креће на гуменим точковима а кретање обезбеђују пнеуматски мотори.

92

Р. Пантовић

Слика 71: Бушилица за радијално бушење дубоких бушотина: 1 - ходни строј (шасија), 2 - уређај за разупирање, 3 - пнеуматски бушаћи чекић, 4 – пнеуматски разводник, 5 - командни пулт, 6 - дистанцирани командни пулт, 7 - хидроцилиндар Уређаји на бушилици омогућавају следеће операције: - кретање бушилице кроз јамске просторије и њено постављање на место бушења, - подизање лафете и распорног уређаја из транспортног у радни положај и фиксирање о зидове просторије, - окретање лафете за 360 ° ради бушења «пуне лепезе», - клизање лафете лево и десно од осе бушилице ради бушења паралелних бушотина, - управљање процесом бушења и регулисање режима рада механизама, - двоструко управљање (са пулта на ходном строју или са дистанцираног пулта) операцијама спуштања и подизања лафете са распорним уређајем, - додавање уља у цевовод компримираног ваздуха, - испирање бушотине водом и издувавање ваздухом у случају потребе, - навртање и одвртање бушаћих шипки при бушењу и - одржавање неопходног притиска компримираног ваздуха у систему. Најпознатији произвођачи бушилица са пнеуматским бушаћим чекићима су: Atlas Copco, Tamrock, Ingersoll Rand, Gardner Denver, Јоy, Furukava. У табели 18 наведене су основне техничке карактеристике неколико бушилица са пнеуматским бушаћим чекићима. 93

Р. Пантовић

СБП 50/85

2

3

1

2

2

1

2

32

32

38

32

38

38

1,2

1,2

1,8

1,8

1,8

1,8

1,8

1,5

1,0 2,5 x 2,5

32

2,8 x 2,8

32

3,6 x 3,6

32

3,2 x 3,2

ПК-75

50-85

ПБУ-80

2

ПК-75

50-85

Fan Drill

1

PR 123

51-64

Simba 312

25

COP 131ЕL

48-89

Simba 11R

25

BBC 120F

51-64

Trio LV

25

L 500Т

51-64

Twinring

30

L 500Т

51-64

VRDZ-4 51-64

25

2,8 x 3

Произвођач

25

4 x 4,8

Брзина кретања, km/h Притисак ваздуха, МPа Притисак у хидрoсистему, МPа Потрошња ваздуха, m3/min Потрошња воде, l/min Димензије, m: -дужина -ширина -радна висина Маса, t

25

3,5 x 3,5

Димензије просторије, m

20

URD 475

Пречник бушаћих шипки, mm Дужина бушаћих шипки, m

20

3x3

Тип чекића

51-64

Дубина бушотина, m Број чекића

URD 475

Пречник бушотина, mm

3x3

Тип бушилице

ЈLH

Табела 18: Карактеристике бушилица са пнеуматским чекићима

8,3

8,3

2

5

1

3,6

15

1

2

0,6

0,6

0,6

0,6

0,6

0,6

0,6

0,5

0,5

12

12

12

12

6

10

11

-

-

17,8

46

24

36

12

25

42

16

30

38

76

60

72

36

72

60

25

40

3,7 2,2 3,2 61

7,85 3 3,25 125

5 3,2 3,3 60 Gardner Denver

3,3 1,5 2,6 28

3,38 1,35 2,25 32

3,35 5,76 1,7 2,05 2,9 2,95 36 68 Ingersoll Rand

Tamrock

94

3,3 6,6 1,5 1,7 2,6 2,97 28 61 Atlas Copco

(Русија)

Р. Пантовић

6.4.4. Бушилице са хидрауличним чекићима Увођење бушилица са хидрауличним бушаћим чекићима у процес откопавања, представља велики корак у унапређењу технологије бушења у подземним рудницима. Бушилице са хидрауличним чекићима искључују потребу за цевоводима компримираног ваздуха и компресорским станицама које су често врло удаљене од самог радилишта на којима се врши бушење. Снабдевање електричном енергијом (обично 380 V) врши се преко кабла који се аутоматски одмотава и намотава на бубањ у задњем делу бушилице. Електро-хидраулички блок бушилице састоји се од електромотора и 2 ÷ 3 хидрауличне пумпе, које уљем под високим притиском снабдевају: ударни и ротациони механизам бушаћих чекића, моторе за погон потисних механизама, хидроцилиндре манипулатора и остале потрошаче (пумпа за воду, мали компресор, итд). Снага погонских електромотора пумпи креће се између 30 ÷ 60 kW. Постоје тенденције за постављање само једне хидрауличне пумпе којом ће се хранити сви потрошачи енергије на бушилици. Елементи система за ротацију и транслаторно премештање лафета, код бушилица серије Simba (Atlas Copco), који се монтирају на рам ходног строја бушилице, приказани су на слици 72. Поред тога, на слици су илустровани одговарајући распореди минских бушотина. ? ??? ?строј ????? ??? ???? ? Ходни бушилице

Клизна табла ? ?? ?? ? ?????

? ?????? Конзола

? ?????? Окретач

? ?????? ??? ???? Клатећа конзола

Окретач ? ??????

?Окретач ??????

Окретач ? ?????? ? ?????? конзола ??? ???? Клатећа

? ?????? ??????? Клатећа конзола

Слика 72: Приказ уређаја за позиционирање лафета и могућих распореда бушотина код бушилица серије Simba 95

Р. Пантовић

Бушилице са хидрауличним чекићима су супериорније у односу на бушилице са пнеуматским чекићима у погледу: брзине и капацитета, бушења бушотина већих пречника и дужина, поузданости, енергетске ефикасности, трошкова бушења, ергономских услова рада. На слици 73 шематски је приказана бушилица типа Simba H 253 (Atlas Copco), која се више година користи за бушење минских бушотина пречника 76 mm, код методе подетажног откопавања, у јами Бор. Бушотине се буше навише, у лепезном распореду, са највећом дубином до 25 m. У табели 19 су наведене основне техничке карактеристике неких бушилица са хидрауличним бушаћим чекићима.

SOLO 1000 Sixty

2

Тип чекића

HBМ 100

Брзина кретања, km/h

1

15

3,48

6,0

3,65

6,5

-

-

5,75

7,25

8,5

1,55

2,5

1,37

1,85

-

-

2,5

2,1

-

2,6

3,0

3,52

3,68

-

-

3,5

3,55

3,7

1,75

2,2

1,63

2,25

-

-

2,1

2,2

2,85

4

2

4,5

11,5

-

-

9

11

-

Русијa

ZIG

Gardner Denver

89 ÷ 127

-

1

1

1

1

2

2

1

1 HL 1000S

Data SOLO H808RА

52 ÷ 65

Број чекића

76 ÷ 127

Пречник бушотина, mm

HL 850

DUO H405 RS

60/40

48 ÷ 102

50

HL 438

Simba H4450

40

89 ÷ 127

51

COP 4050

Simba H1350 51 51 ÷ 102

51

COP 1838

Simba H253

30

51 ÷ 89

HRD

50

COP 1238

BFP-2

25

-

СБУ-50 Е

Дужина бушотина, m

HRD

Тип бушилице

БГГ-80

Табела 19: Карактеристике бушилица са хидрауличним чекићима

5

3 (15)*

3 (15)

3 (15)

3

3,3

-

Размере, m: -дужина -ширина -радна висинa -транс. висина Маса, t Произвођач

Atlas Copco

Tamrock

*) Напомена: У заградама су дате вредности брзина кретања за случај када ходни део има дизел погон

96

Р. Пантовић

а)

б) Слика 73: Oсновне димензијe Simba H 253 (a) и радни положај бушилице (б)

97

Р. Пантовић

6.5. САМОХОДНЕ БУШИЛИЦЕ СА ЛАФЕТНИМ ЧЕКИЋИМА ЗА БУШЕЊЕ НА ПОВРШИНИ На површинским коповима, каменоломима и при извођењу грађевинских радова користе се бушилице са средње тешким и тешким лафетним бушаћим чекићима. Посебно велику примену добиле су при бушењу нагнутих минских бушотина (слика 74), када се захтева: равномерно дробљење, оконтурење бокова копова у циљу повећања њихове стабилности, формирање екрана при минирању са бушотинама великог пречника, селективно откопавање.

Слика 74: Распоред косих бушотина на етажи: H - висина етаже, Lb - дужина бушотине, Ln – подбушење, W - линија најмањег отпора, а размак између бушотина у реду Основни делови наведених бушилица су: ходни строј, манипулатор и лафета са бушаћим чекићем. Бушилице се монтирају углавном на гусеничном постољу. Ради обезбеђења веће покретљивости бушилице се монтирају и на ходним стројевима са гуменим точковима (тракторбушилице). За потребе бушења на коповима који се баве експлоатацијом блокова архитектонског и украсног камена бушилице се крећу по шинама. Манипулатори могу бити: фиксне дужине, телескопски и зглобни (слика 75). 98

Р. Пантовић

Бушилице са телескопским манипулаторима омогућавају већи обим бушења са једног места (без премештања). Ова предност телескопских манипулатора посебно долази до изражаја када се бушење врши по неравном терену (што је врло чест случај). Радне површине нису увек хоризонталне, налазе се изнад или испод равни на којој стоји бушилица. У таквим ситуацијама позиционирање бушотина најлакше се остварује са зглобним манипулаторима. Потискивање постоља бушаћег чекића дуж лафете обезбеђује се преко ланчаника, хидроцилиндра, ужета, итд. Максимална дужина бушаћих шипки износи 6,1 m. На бушилицама се најчешће налази један бушаћи чекић, али постоје и бушилице са два и више бушаћих чекића. Чишћење бушотина врши се издувавањем. Бушилице могу бити опремљене пнеуматским или хидрауличним бушаћим чекићима.

б) в) Слика 75: Типови манипулатора код самоходних бушилица: фиксни (а), телескопски (б) и зглобни (в) а)

6.5.1. Бушилице са пнеуматским бушаћим чекићима Бушилице са пнеуматским чекићима могу поседовати сопствени компресор или се везују са независним компресором (слика 76). Када дужина цеви постане краћа од растојања између компресора и места бушење, бушилице вуку компресоре за собом. На овај начин бушилица и компресор се налазе у својеврсној «симбиози»: компресор обезбеђује погонску енергију а бушилица поседује моторе за кретање (слика 77). Бушилице са сопственим компресором поседују већу мобилност и независност, али имају знатно већу масу. С обзиром на могућа оштећења и хабање при руковању са цревима за развод компримираног ваздуха, црева, спојнице и сигурносни вентили у мрежи морају задовољити одговарајуће стандарде.

99

Р. Пантовић

Слика 76: Развођење компримираног ваздуха кроз привремену мрежу на површини: 1 - компресор, 2 - резервоар за ваздух (ресивер), 3 - мерна опрема, 4 - сепаратор воде, 5 - бушаћа опрема

Слика 77: Пнеуматска гусенична бушилица вуче компресор 6.5.2. Бушилице са хидрауличним бушаћим чекићима Бушилице са хидрауличним чекићима захваљујући својим могућностима у погледу брзине, па и пречника бушења, представљају конкуренцију ротационим бушилицама са троконусним крунама. Максимални пречник бушотине, која се може избушити самоходним бушилицама са лафетним бушаћим чекићима, износи 229 mm. Такву бушотину може да избуши бушилица «Herbert» (Tamrock), која је опремљена хидрауличним бушаћим чекићем HL 4000, масе 1100 kg (слика 78 а). Ова бушилица остварила је брзину бушења у магнетитима од 0,4 m/min, док је у истим условима ротациона бушилица са троконусним крунама 45R (Bucurus Erie) остварила четири пута мању брзину. 100

Р. Пантовић

а)

б) Слика 78: Herbert - најснажнија бушилица са лафетним бушаћим чекићем (а) и шематски приказ функционисања механизма за манипулисање бушаћим шипкама (б) Велику предност бушилица са хидрауличним чекићима представља њихова могућност бушења косих бушотина пречника до 229 mm. При томе је у поређењу са бушилицама са троконусним крунама њихова маса 1,6 пута мања. Бушење се врши при осном притиску од 30 kN и обртном моменту од 2500 Nm, док је код бушилица са троконусним крунама осни притисак 300 kN а обртни момент 7000 Nm. Захваљујући мањем осном притиску девијације бушотина при примени бушилица са хидрауличним чекићима су мање. Бушилице поседују механизам за манипулисање шипкама (слика 78 б). На слици 79 приказана је хидраулична бушилица на гусеничном постољу ROC 812 HCS, а у табели 20 наведени су основни технички подаци. Сви механизми бушилице снабдевају се енергијом преко електричног кабла дужине 110 m. Дужина шипки је 3,66 m. Према условима примене, односно захтеву корисника, бушилица ROC 812 HCS може бити опремљена са два типа хидрауличних чекића. Према, неопходном пречнику бушења треба изабрати тип бушаћег чекића и тип бушаћег прибора (табела 21).

101

Р. Пантовић

Слика 79: ROC 812 HCS (Atlas Copco): 1 - гусенични строј, 2 – погонски блок, 3 – компресор за чишћење бушотине, 4 – кабина бушача са клима уређајем, 5 – механизам за манипулацију шипкама, 6 – хидраулични бушаћи чекић (COP 1238 или COP 1550)

Табела 20: Технички подаци за бушилицу ROC 812 HCS Техничке карактеристике: дизел мотор BF6L 913 C снаге 125 kW брзина кретања 1,5 km/h вучна сила 75 kN висина од тла (клиренс) 370 mm савлађивање успона 30° Лафета CFH 812: - максимална сила потиска 20 kN - брзина потиска 0,6 m/s - дужина хода чекића 4400 mm Компресор: - тип XAH 125 (вијчани) - макс. проток ваздуха, при 0,7 МPа, 120 l/s

102

Маса: 10,8 t Димензије: - дужина 4,93 m - дужина у транс. положају 7,3 m - ширина 2,85 m - висина 3,3 m Додатна опрема: - клима уређај за кабину - систем за отпрашивање - хидраулични ступци (ноге) - ел. пумпа за пражњење истр. уља - инструмент за мерење нагиба - уређај за ублажавање удара

Р. Пантовић

Табела 21: Избор чекића и бушаћег прибора према пречнику бушотина Тип чекића

COP 1238 МЕ

COP 1550

15

18

40 ÷ 60

35 ÷ 48

25

23

Ударна снага, kW Број удара,

s-1

Радни притисак ударног механизма, МPа

Препоручљиви пречник бушотина, mm Бушаћи прибор Т 38

64 ÷ 89

-

Бушаћи прибор Т 45

76 ÷ 115

76 ÷ 115

Бушаћи прибор S 51

-

89 ÷ 127

У табелама 22 и 23 наведене су техничке карактеристике за неколико типова бушилица са лафетним пнеуматским и хидрауличним бушаћим чекићима.

CHA1100+20

TERMIT600

HERBERT

Радни притисак чекића, МPа Број удара, s-1 Ударна снага, kW Обртни момент, Nm Ход потиска, m Дужина шипки, m Број шипки Снага дизел мотора, kW Капацитет компресора, m3min Притисак ваздуха, МPа Брзина кретања, m/h Маса, t

89 ÷ 152 76 ÷ 102

89 ÷ 152

178 ÷ 229

-

152

9 ÷ 13

9 ÷ 13

9 ÷ 13

14 ÷ 18

34 22 1340 14,33 3,66 7

35 22 1340 6,79 6,1 5

54 16,5 2200 4,8 -

36 4000 7 6

145

224

224

125

382

7

7

10,5

10,5

5,3

-

1

1

1

1

1

7

-

1,3; 3,5 10,2

1,7; 3,3 10,9

1,7; 3,3 11,1

3,3

-

13

48

CHA600C

Пречник шипке, mm

89 ÷ 152 76 ÷ 102

DHA600C

Пречник круне, mm

DHA550C

Модел

CHA-1100

Табела 22: Техничке карактеристике дизел гусеничних бушилица са хидрауличним бушаћим чекићима ( Tamrock)

51 ÷ 89 32 ÷ 45 7,5 ÷ л,7 62 15,5 630 4,27 3,66 8

64 ÷ 102 38 ÷ 51 11 ÷ 16 54 16 670 5 3,66 9

64 ÷ 102 38 ÷ 51 11 ÷ 16 54 16 670 5 3,66 9

106

125

5,5

103

1,8;3,5 15,5

1,8; 3,5 16

Р. Пантовић

ROC 920H

25

20

Тип бушаћег чекића

COP 1038HB

64-115

ROC 820H

25

COP 1038HB

64-115

ROC 310H

20

COP 1038H

64-115

ROC 712H

20

COP 1036H

48-89

HCR-260 65-125

PCR 200 50

HP 260*

50

RD 200

Дубина бушења, m

PR 133

Пречник круне, mm

65-125

Модел

65-100

АТD 3200

Табела 23: Техничке карактеристике дизел гусеничних бушилица са пнеуматским и хидрауличним бушаћим чекићима

Радни притисак, МPа

0,7

0,7

17,5

1525

1525

1525

1525

Пречник шипке, mm

38

38

38; 45

32

38

45

45

Дужина сипки, m

3,6

3

3,05

3,66

3,66

6,1

6,1

Ход потиска, m

4,4

3,7

4

4,5

4,5

7

7

Сила потиска, kN

12

8

18

13

20

20

20

Инсталисана снага мотора, kW

34

20

118

115

115

115

115

Маса, t

9,7

5

8,7

7,5

9

8,7

8,7

Фирма

Gardner Denver

Furukawa

Atlas Copco

САД

Јапан

Шведска

Земља

*) Напомена: Ознака H указује на хидраулични бушаћи чекић Бушилицама са лафетним бушаћим чекићима могу се бушити бушотине у готово свим правцима, од вертикалних и косо наниже усмерених до хоризонталних, па чак и косо навише усмереним бушотинама у косинама етажа. Оне могу служити за бушење при етажном производном минирању, а на великим површинским коповима оне представљају помоћну бушаћу опрему намењену за бушење при: - изради усека и канала, - оконтуривању бокова копова, - секундарном минирању, - обарању нестабилних делова етажних косина (слика 80).

104

Р. Пантовић

Слика 80: Илустрација неких облика примене мобилних бушилица на површинским коповим 6.5.3. Опрема за бушење код цепања блокова камена Добијање блокова архитектонског и украсног камена представља посебну област у експлоатацији минералних сировина. Значајно учешће у поступцима цепања блокова камена мале и средње чврстоће (мермер, кречњак, туф, итд) има специјализована опрема за бушење. На слици 81а приказана је једна таква бушилица у раду. На блоковима камена уочавају се трагови бушотина, који указују да је бушење извршено уз примену посебне опреме и уз мале девијације бушотина. На слици 81 б приказана је бушилица Zoomrail ЕH (Tamrock) намењена за бушење код цепања блокова камена. На телескопском манипулатору постављене су три строго паралелне лафете са хидрауличним бушаћим чекићима HЕ 322, који су тешки само 40 kg. Бушаћи прибор чини комплет моноблок длета пречника од 40 ÷ 27 mm (дужине 1,2 ÷ 4,0 m). Бушилица је монтирана на шинским точковима, чиме се обезбеђује строго одржавање правца бушења. У циљу одвајања блокова од стенског масива врши се бушење бушотина малог пречника у вертикалним, а некада и хоризонталним равнима. Формирање пукотина између релативно густо збијених бушотина по линији бушотина настаје услед напрезања која могу бити изазвана “лаким” експлозивним пуњењима, детонирајућим штапином, експанзионим смешама, ручним и механизованим набијањем клинова у бушотине итд. На слици 82 а приказан је одвојени блок камена. Ради избегавања непланираних ломова и великих губитака код блокова велике вредности, некада се одвајање блокова врши бушењем (слика 82 б).

105

Р. Пантовић

б) Слика 81: Бушење на копу архитектонског камена (а) и бушилица Zoomrail ЕH (б) на шинском постољу а)

а)

б) Слика 82: Одвојени блок архитектонског камена (а) и поступак одвајања блокова спајањем бушотина (б) Губици сировине настају при довођењу блока у облик правилног паралелепипеда при накнадном сечењу блокова на посебним машинама са дијамантским и тестерама са тврдим легурама. Са повећањем пречника бушотина расту и губици. На пример, смањењем пречника бушотина са 46 mm на 32 mm, при дужини ивице кубног блока од 1,5 m, долази до снижења губитака за 3 %, односно до повећања корисне запремине блока за 0,1 m3. Поред малих пречника бушотина, опрема за бушење мора да задовољи високе захтеве у погледу прецизности бушења. Одступања положаја уста сваке појединачне бушотине од задате линије цепања блокова и девијације осе бушотина кроз бушену стенску масу, треба да буду минимална. На слици 83 илустрован је редослед добијања блокова, масе око 15 тона, у четири етапе, и изглед етажа на копу. 106

Р. Пантовић

1.

2.

3.

4.

Слика 83: Фазе цепања блокова (а) и илустрација рада и опреме на копу (б) 107

Р. Пантовић

6.6. ПРИБОР ЗА БУШЕЊЕ ТЕШКИМ БУШАЋИМ ЧЕКИЋИМА Задатак бушаћег прибора је обезбеђење што ефикаснијег преноса енергије удара и обртног момента са бушаћег чекића до чела бушотине, уз што дужи век употребе. При бушењу бушилицама са тешким бушаћим чекићима користи се бушаћи прибор кога у општем случају чине: усадник, спојнице, бушаће шипке (цеви) и круна. Везе између појединих елемената бушаћег прибора остварују се преко одговарајућих типова навоја. Најчешће коришћени типови навоја приказани су на слици 84. Таласасти навој типа Р користи се за бушаће шипке мањих пречника (22 ÷ 38 mm), јер се ради о «плитком» навоју. За пречнике шипки изнад 38 mm примењује се зупчасти Hi навој. Овај навој је много погоднији за одвртање од Р - навоја. Са трапезним Т - навојем у новије време замењује се Р - навој.

а)

б) в) Слика 84: Типови навоја између елемената бушаћег прибора

Челик од кога се израђују елементи бушаћег прибора треба да задовољи високе захтеве у погледу механичке отпорности. У табели 24 дат је приказ састава челика који се користе за израду бушаћих шипки у појединим земљама. Табела 24: Састави челика за израду бушаћих шипки Земља Шведска Финска Немачка Јапан

Садржај легирајућих елемената (%) C Si Mn Cr Ni Мо 0,3 0,23 0,56 1,18 2,9 0,35 0,22 1,5 1,3 0,35 1,8 0,35 0,36 0,18 0,4 1,26 1,25 0,2 0,45 0,46 0,62 1,35 1,05 0,08 0,45 0,23 0,52 0,56 3,2 0,38

6.6.1.Усадник Усадником се остварује веза бушаће колоне са бушаћим чекићем. Усадник прима и преноси енергију удара клипа бушаћег чекића, обртни момент (преко ушица усадника) и силу потиска, на бушаћу колону. Кроз усадник пролаз и канал за испирање. Тај канал може бити прав (у случају интегралног испирања кроз бушаћи чекић) или са бочним отвором за прикључење на уређај за сепаратно испирање (слика 85). Код новијих типова бушаћих чекића углавном се примењује сепаратно испирање, јер се тиме елиминише пролаз воде кроз чекић. 108

Р. Пантовић

а)

б) в)

Слика 85: Различити типови усадника са каналима за централно (а) и сепаратно (б и в) испирање 6.6.2. Спојнице Спојнице (слика 86 а 2) имају унутрашње навоје и преко њих се обезбеђује веза између усадника и бушаће шипке и између шипки.

а) б) Слика 86: Елементи бушаћег прибора (а) (1 - усадник, 2 - спојница и 3 - шипке типа МF) и бушаћа колона са МF бушаћим шипком (б) (усадник - МF шипка - круна) 6.6.3. Бушаће шипке Бушаће шипке могу бити различитих дужина и пречника и облика. Њихова дужина се креће 0,61 ÷ 6,1 m, а пречник 22 ÷ 51 mm. Углавном се израђују као хексагоналне, за мање пречнике или округле, за веће пречнике. На крајевима бушаћих шипки урађени су спољашњи навоји. Код бушаћих шипки типа МF на једном крају налази се спољашњи (male) на другом унутрашњи (female) навој (слика 86 а 3). На тај начин омогућено је директно спајање елемената бушаће колоне, без спојница, (слика 86 б) што представља велику предност са аспекта побољшања преноса ударне енергије и манипулисања бушаћим прибором.

109

Р. Пантовић

6.6.4. Бушаће цеви У новије време за бушотине пречника преко 89 mm уместо бушаћих шипки примењују се бушаће цеви. Због већег унутрашњег пречника цеви у односу на отворе које пролазе кроз шипке и мањег зазора између цеви и зидова бушотине бушаћим цевима обезбеђује се ефикасније чишћење бушотине и прецизније бушење, односно мање девијације бушотина (слика 87).

а)

б) в) Слика 87: Илустрација основних разлика између бушаћих шипки и бушаћих цеви у погледу пречника (а), ефикасности чишћења бушотина (б) и прецизности бушења (в) 6.6.5. Бушаће круне Развој све снажније опреме за бушење, наметнуо је потребу израде ефикаснијих и издржљивијих бушаћих круна. Иако мала у односу на димензије бушаћих чекића или бушилица, круна мора да издржи и пренесе врло велика оптерећења. Поред тежње да се минимизирају енергетски губици и загревање, круна мора бити дизајнирана на начин који обезбеђује велику брзину бушења, мале девијације бушотина и ефикасно одстрањивање бушаће ситнежи. Дизајн брадавичасте круне одређен је бројним карактеристикама као што су: облик тела и чела круне; облик, величина, број и распоред брадавичастих уметака; број, распоред и величина отвора и канала за испирање; итд. Основни елементи бушаће круне су челично тело круне и уметци од тврде волфрам-карбидске легуре. Уметцима од синтерованих тврдих волфрам карбидских псеудо легура (тврда легура) армиран је чеони део бушаћих круна. Спајање волфрам-карбидских уметака са телом круне врши се помоћу тврдих лемова или технологијом такозваног “преклопа”. 110

Р. Пантовић

Уметци могу имати облик сечива или брадавица, па се круне деле на: круне са сечивима и брадавичасте. Због своје супериорности, у односу на традиционалне крстасте и “X” круне, после 70-тих година прошлог века, брадавичасте круне су, посебно у тешким условима бушења, постале доминантне. Круне са сечивастим уметцима погодније су за бушење у мекшим и испуцалим стенама а круна са брадавичастим уметцима у чвршћим стенама. Радни део брадавичастих уметака, који се налази ван тела круне, може бити сферичног или купасто-заобљеног (“балистичког”) облика. Сферични облици омогућавају дуг век круна, а “балистичким” брадавицама постижу се велике брзине бушења. Основни принцип при избору круна је следећи: што су стене чвршће брадавице треба да буду заобљеније, а за абразивније стене треба применити круне са крупнијим брадавицама. За бушење чврстих абразивних стена користе се круне са крупним сферичним брадавицама. У табели 25 дат је приказ круна намењених за бушење кратких а у табели 26 дубоких минских бушотина. Табела 25: Круне намењене за ударно-ротационо бушење кратких минских бушотина пречника 33 ÷ 54 mm Намењена за већину стена укључујући и чврсте и абразивне стене, које изазивају фронтално хабање круне. Израђују се и са сферичним брадавицама. Обезбеђује високу брзину бушења. Може се применити у већини стенских средина укључујући и чврсте абразивне стене.

Намењена за средње чврсте и чврсте абразивне стене.

Намењене за бушење у чврстим стенама.

111

Р. Пантовић

Табела 26: Круне намењене за бушење дубоких бушотина пречника 38 ÷127 mm Круне са спуштеним средиштем чела круне и оштрим (купастим) брадавицама. Намењена за средње чврсте стене. Брадавице купастог облика посебно погодују мекшим неабразивним и средње абразивним стенама Круне са спуштеним средиштем чела круне и купастим брадавицама и ободним жлебовима. Намењена за исте стене као и претходни тип, али се њиховом применом обезбеђује знатно виша прецизност бушења. Круне са спуштеним средиштем чела круне и сферичним брадавицама. Погодне за врло абразивне стене у којима је изражено хабање брадавица или у средњим и чврстим стенама код којих се јавља лом купастих брадавица Круне са спуштеним средиштем чела круне и сферичним брадавицама и ободним жлебовима. Намењена за исте стене као и претходни тип, али се њиховом применом обезбеђује знатно виша прецизност бушења. Круне са равним челом и сферичним брадавицама. Идеалне за средње чврсте стене, које изазивају повећано бочно хабање. Могу се користити и у врло чврстим стенама. Круне са равним челом и сферичним брадавицама и ободним жлебовима. Намењена за исте стене као и претходни тип, али се њиховом применом обезбеђује знатно виша прецизност бушења.

Основни облици чела брадавичастих круна приказани су на слици 88. Према условима бушења треба изабрати неки од датих облика. Фирма Мicubishi (Јапан) даје следеће препоруке: - Круне са равним челом (а) су намењене за брзо бушење чврстих стена. Имају велики отпор према абразивном хабању и могу да прихвате врло велике силе потиска у циљу постизања велике брзине бушења. - Круне са каналима за испирање на челу (б) су намењене за брзо бушење у меканим стенама. Канали на челу омогућавају брзо одстрањивање бушаће ситнежи. - Круне са спуштеним средиштем чела (в) су намењене за бушење средње чврстих стена и распуцалих стенских масива. Оваквим дизајном обезбеђује се побољшано чишћење и смањују девијације. 112

Р. Пантовић

-

-

а)

Круне са конкавним челом (г) се могу применити у свим стенским срединама од средње чврстих до врло тврдих. Конкавним профилом постиже се велика ефикасност бушења крунама великог пречника. Круне са конвексним челом (д) се користе за бушење чврстих стена великом брзином. Конвексни дизајн је погодан за чврсте абразивне стене, обезбеђује дуг век и ефикасно чишћење.

б) в) г) Слика 88: Типични облици чела бушаћих круна

д)

На сликама 89 и 90 приказана су два типа бушаћих прибора фирме Sandvik (Шведска), који су намењени за бушење дубоких минских бушотина. Прибор Т 45 осим усадника и бушаћих круна могу чинити: класичне бушаће шипке са спојницама или бушаће МF шипке или бушаће цеви. За усклађивање разлика, између пречника навоја бушаће шипке (цеви) и бушаће круне, користи се адаптер. Круне

Водећа цев

МF шипка

Усадник

Шипка Адаптер

Спојница

Слика 89: Екстензиони бушаћи прибор Т 45

Прибор St 58 чине усадник, бушаће цеви и круне. Међу приказаним крунама може се уочити и круна која је намењена за проширивање пилот бушотине. Круне

Усадник

Бушаћа цев

Слика 90: Екстензиони бушаћи прибор St 58 113

Р. Пантовић

6.6.6. Круне за проширивање бушотина У одређеним случајевима јавља се потреба за бушењем бушотина повећаног пречника. На пример, при изради рудничких просторија, у чврстим стенама, пожељно је да централна бушотина паралелног залома, која се не пуни експлозивом, има већи пречник од осталих бушотина. За бушење таквих бушотина користе се специјални бушаћи прибори, који се, између осталог састоје од два типа круна: «пилот» круне и круне за проширивање (слика 91).

а)

б)

в) Слика 91: Проширивање бушотина применом прибора са пилот круном: а) пилот круна са проширивачем; б) израда бушотине малог пречника и в) проширивање бушотине Израда бушотина повећаног пречника врши се на следећи начин. Прво се уобичајеним бушаћим прибором избуши бушотина мањег пречника, а потом се бушење, односно проширивање бушотине врши прибором, у коме се налази «пилот» круна и круна проширивач. Пилот круне одржава правац бушења, а проширивач, који се наглављује на конично тело пилот круне (са нагибом 6°), врши проширивање бушотине.

114

Р. Пантовић

6.6.7. Брадавичасте круне ДКБ У погону за производњу дијамантских круна (ДКБ) у Руднику бакра Бор, пре десетак година, покренута је производња брадавичастих круна за ударно-ротационо бушење. У табели 27 дат је приказ основних параметара дизајна за четири типа круна.

1

4 x 11 mm

76

7 x 12 mm

-

115

3 са каналима

3 x 8 mm

6 x 9 mm

35

48

брадавица

2

Нагиб периферних

чеони

централне 2 x 6 mm

бочни

периферне

Отвори за испирање

2 x 8 mm

45

Дизајн

5 x 9 mm

41

Распоред брадавица

5 x 10 mm

Пречник, mm

Табела 27: Приказ дизајна брадавичастих круна (ДКБ – РББ)

°

Р. Пантовић

6.6.8. Карактеристике тврде легуре за израду уметака круна За постизање високог квалитета круна поред одговарајућег дизајна круне, неопходно је да се у круну уграде уметци одређених отпорносних карактеристика. Тврде легуре су, после њиховог увођења у примену 50-тих година прошлог века, довеле до револуционарног напретка у развоју експлоатационог бушењу. Тврда легура у себи садржи углавном две компоненте и то: волфрам-карбид и кобалт, отуда се назива волфрамкарбидском легуром (WC легура). Осим конвенционалних и модификованих (уз додатак ТiC и ТаC) цементираних карбида, за израду прибора за ударно-ротационо бушење, данас се користе: силицијум-нитрид, кубични бор-нитрид и други материјали. Одлучујући утицај на особине WC легуре имају: величина зрна волфрам-карбида и садржај кобалта. Ако се смањи величина зрна волфрам-карбида (или садржај кобалта), долази до пораста тврдоће и отпорности према хабању уз смањење жилавости, па брадавице постају кртије и склоније лому. Повећањем величине зрна волфрам-карбида (или садржаја кобалта), повећава се жилавост уз смањење тврдоће и отпорности према хабању. Дакле, постоји међусобна зависност између жилавости и отпора према хабању. Прекорачењем одређене границе за једну или другу компоненту добија се или сувише крта легура, што за последицу има учесталост превременог лома, или је жилавост повећана, па долази до знатног смањења отпорности према хабању. Уметци од тврде легуре у различитим условима бушења, трпе одговарајућа оптерећења и абразију. Произвођачи али и корисници круна треба да према условима бушења, изаберу одговарајући квалитет материјала брадавичастих уметака са оптимално избалансираним односом тврдоће и жилавости. На слици 92 приказана је, према подацима Кrupp Widia GmbH, промена карактеристика тврде легуре са променом садржаја кобалта.

6.6.9. Смањење порозности цементираних карбида Напредак у технологији добијања тврдих легура обезбедио је нове могућности за постизање некада проблематичног захтева ослобађања цементираног карбида од дефеката, применом одговарајућих комбинација карактеристика материјала и побољшањем могућности уређаја за производњу. Основни проблем представља смањење порозности до нивоа, испод кога она не утиче значајно на отпорносне карактеристике легуре. На слици 93 приказан је утицај порозности легуре са 10 % кобалта на чврстоћу на попречно смицање брадавице (σs). Праве линије представљају дистрибуцију порозности за различите серије легуре. Ако порозност одговара линији изнад испрекидане криве, онда се отпорност 116

Р. Пантовић

А – Модул еластичности, (105 МPa)

A - Modul elastičnosti (105 MPa B – Чврстоћа на смицање, (GPa) B - Čvrstoća na smicanje (GPa) C – Чврстоћа на притисак, (103 GPa) C- Čvrstoća na pritisak (103 GPa) D– Тврдоћа DPN 30 D - Tvrdoća DPN 30 EE– Интензитет хабања - Intenzitet habanja

на попречно смицање смањује са смањењем порозности, међутим, када она одговара порозности испод испрекидане криве то мање утиче на (σs), која је тада одређена другим структурним карактеристикама. 7 A

6 5

C

4 3

B

2

E D

1 0 6

8

10

12

14

Садржај (%)(%) Sadržajкобалта, kobalta Слика 92: Утицај садржаја кобалта на својства WC легуре

2 БројBroj пора већих D,(1/mm (1/mm 2 pora većihод od D ) )

10 σ s = 1300 MPa

1

σ s = 1900 MPa

0.1

σ

s

=2500 MPa

0.01 0.001 0.0001 0.00001 0.000001 0.0000001 0

50

100

150

200

250

Величина пораD,D, (µm) Veličina pora (µm) Слика 93: Дистрибуција порозности и средња чврстоћа према попречном смицању код различитих узорака цементираног карбида

117

Р. Пантовић

6.6.10. Круне са вишеслојним брадавицама

Отпорност хабању Otpornostпрема prema habanju

Значајан правац у развоју брадавичастих круна представљају нове технологије добијања цементираних карбида са променљивим карактеристикама од језгра до површине брадавице. Отпорност према хабању и жилавост су најзначајније својства тврдих легура, које материјал задржава и при високим температурама. Међутим, цементирани карбид који је високоотпоран на хабање је врло крт, док се карбид високе жилавости лакше хаба, због чега се наведене особине морају балансирати. Фирма Sandvik је развила круне са вишеслојним брадавицама, које поседују такозвана двојна својства (DP - Dual Property квалитет круне). Двојно својство се постиже, током процеса синтеровања, формирањем три карактеристична слоја (слика 94 а): - спољашњи слој у коме је садржај кобалта смањен, што обезбеђује велику тврдоћу и отпорност према хабању; - међуслој у коме је садржај кобалта висок, што обезбеђује жилавост, односно смањује опасност од лома и - језгро са уобичајеним садржајем кобалта и посебном структуром волфрам-карбида. За одређене карактеристике стенског масива, између три типа круна са квалитетом DP, према слици 94 б, може се изабрати најпогоднија.

DP 65 DP 60 DP 55

Konvenc. WC-Co Конвенц. WC-Co

Žilavost Жилавост б) Слика 94: Брадавичасти вишеслојни уметак (а) (1 - спољашњи слој, 2 - међуслој и 3 - језгро) и однос карактеристика конвенционалних и три типа круна DP квалитета (б)

а)

118

Р. Пантовић

6.6.11. Стратопакс круне Фирма Smith International патентирала је стратопакс круне са брадавицама, које су споља ојачане слојем синтетичког поликристалног дијаманта (PDC - Polycrystaline Diamond Compact). Ове брадавице представљају комбинацију дијаманта који се одликује високом отпорношћу према хабању и волфрам-карбида, који поседује велику отпорност према ударима. PDC превлака се наноси у три слоја преко полусферичних волфрам-карбидних уметака у специјалним уређајима, при температури од 1700 К и притиску од 7 GPа. Спољашњи слој је чист поликристални дијамант а два унутрашња (нижа) слоја садрже одређени проценат синтетичког дијаманта у волфрам-карбиду, чиме је обезбеђен лагани прелаз између карактеристика поликристалног дијаманта и основе од тврде легуре. Оваквом технологијом добијају се брадавице, које се практично не хабају, па је њихово оштрење искључено.

6.7. ОШТРЕЊЕ БУШАЋИХ КРУНА Током бушења долази до хабања сечива и тела круне. Када се ради са круном чији су уметци похабани, долази до високих напрезања, не само у круни, већ и у прибору за бушење, што с временом доводи до појаве замора материјала и лома. Са тупљењем круна погоршава се испирање и опада брзина бушења, а може доћи и до заглава прибора. Хабање круне углавном зависи од врсте стене кроз коју се буши, и може се разматрати као бочно и чеоно. У тврдим стенама као што су гранит и гнајс, изражено је чеоно а у абразивним стенама са великим садржајем кварца изражено је бочно хабање. Повећано бочно хабање доводи до формирања такозваног “контраконуса” круне. У неабразивним стенама као што је кречњак, услед замора материјала тврде легуре, долази до појаве такозване “змијске коже” на површини уметака. Да би се од једне круне добио највећи могући учинак, мора се водити рачуна о благовременом и правилном оштрењу уметака од тврде легуре на њима. Врло је важно да интервал између два оштрења не буде сувише велики, јер може доћи до оштећења круне па чак и чекића. Контрола похабаности круне и исправности оштрења врши се помоћу контролних шаблона, који су посебно конструисани за сваки тип круне. Сваки произвођач круна даје своје шаблоне.

6.7.1. Оштрење круна са сечивима Сечива круна имају своје геометријске елементе, који треба да буду усклађени са чврстоћом и тврдоћом стене. Угао оштрења сечива треба да се креће у распону: α = 80÷120°. У чвршћим стенама угао оштрења сечива треба да буде већи, а у мекшим стенама мањи. Радијус заобљености сечива код моноблок длета креће се у опсегу r = 65 ÷ 80 mm. Ширина 119

Р. Пантовић

оборене ивице сечива зависи од пречника круне и величине уметка тврде легуре, за мање пречнике ширина сечива креће се од 0,3 ÷ 1,0 mm. На слици 95 приказани су елементи оштрења сечива и шаблони за њихову контролу.

Слика 95: Елементи оштрења и шаблони за контролу моноблок длета и крстастих круна

6.7.2. Оштрење брадавичастих круна Током бушења долази до хабања и промене облика брадавица. Велики број обртаја круне, као и велики осни притисак могу да доведу до повећаног хабања ободних брадавица. У свету се углавном практикује оштрење круна већих пречника (преко 64 mm), док се круне малог пречника у принципу не оштре. Поставља се питање: када треба круну наоштрити? Пад брзине бушења може да буде знак повећане затупљености брадавица. Међутим, оштрење треба предузети када затупљење брадавица достигне 1/3 а највише ½ њиховог пречника (слика 96). У принципу круну је боље чешће оштрити, јер је боље скидати по мало тврде легуре више пута. Чешћим оштрењем брадавица са одговарајућим прибором и опремом знатно се може продужити век круна.

Слика 96: Гранично затупљење брадавице и шаблони за контролу чеоног и бочног хабања брадавица

120

Р. Пантовић

-

а)

При оштрењу круна треба водити рачуна о следећем: брадавицу одређеног пречника треба брусити брусним прибором са одговарајућим унутрашњим радијусом (слика 97 а), треба оставити до 2 mm похабане површине (слика 97 б), ради очувања пречника круне треба избегавати претерано оштрење ободних брадавица (слика 97 в) и делимично се мора обрусити и део челичног тела круне (слика 97 г).

б) в) Слика 97: Границе оштрења брадавица

д)

Оса ротације прибора за оштрење мора да се поклапа са осом уградње брадавице у тело круне. Међутим, већина машина за оштрење има могућност орбиталне ротације алата за оштрење са подешавањем пречника орбите (слика 98 а). Оштрење се може изводити једноставним ручним брусилицама (слика 98 б) или помоћу полуаутоматских и аутоматизованих машина за оштрење (слика 98 в).

а)

б) в) Слика 98: Орбитална ротација прибора за оштрење (а) ручна (б) и аутоматска машина за оштрење брадавичастих круна (в)

121

Р. Пантовић

122

Р. Пантовић

7. ЕФИКАСНОСТ УДАРНО-РОТАЦИОНОГ БУШЕЊА ЛАФЕТНИМ БУШАЋИМ ЧЕКИЋИМА Ефикасност ударно-ротационог бушења, која се пре свега исказује преко брзине бушење, зависи од великог броја фактора, који се могу сврстати у следеће три групе: природни, технички и технолошки. Природни фактор је стена са својим, за бушење, значајним карактеристикама: чврстоћом, тврдоћом, жилавошћу, абразивношћу, структуром, испуцалошћу, од којих зависи њена отпорност према бушењу. Параметри режима бушења, као што су: енергија и број удара, број обртаја и обртни момент, сила потиска, као и карактеристике бушаћег прибора (дужина бушаћих шипки и тип бушаћих круна), чине техничке факторе. Технолошке факторе представљају геометријски параметри бушотине: пречник, дужина и нагиб, којима је одређен њихов положај у простору.

7.1. ОТПОРНОСТ СТЕНА ПРЕМА БУШЕЊУ И БРЗИНА БУШЕЊА Док се техничко-технолошки параметри могу мењати и бирати, особине стена, као фактор брзине бушења, остају непромењене. Међутим, познавање утицаја карактеристика стена на брзину бушења, тиме не губи свој значај. Усаглашавање међусобних односа свих фактора, у циљу што ефикаснијег бушења, односи се и на отпорност стена према бушењу. Постоје бројне, емпиријски утврђене корелације између показатеља физичко-механичких и структурних карактеристика стена, са једне стране и брзине бушења, са друге стране. Заједничка карактеристика тих корелација је недовољно висок коефицијент корелације. У поглављу 2.4. детаљније су размотрени показатељи бушивости, односно отпорности стена према бушењу. Између индекса бушивости (Ib) и брзине бушења постоји добра корелација. Висока корелативност показатеља бушивости и брзине бушења на терену, може се објаснити као последица аналогије између механизма разарања у тестовима за утврђивање индекса бушивости и механизма разарања стене при бушењу. Фирма Tamrock, на бази својих истраживања, дала је дијаграм (слика 99) са кога се, за одређени тип чекића и пречник бушотине, на основу познатог индекса бушивости стене, може прогнозирати брзина бушења.

123

Р. Пантовић

P NE UM A TS K бушаћи I B UŠ A ĆIчекићи ČE K IĆI (Тamrock) (Tam roc k ) Пнеуматски

-1 Brzinaбушења, bušenja, m/min Брзина m/min

1,8 1,6 1,4 1,2 1

L 600, 64 mm

0,8

K 750, 76 mm L 400 , 64 mm

0,6 0,4 0,2 20

30

40

50

60

70

80

90

Индeкс бушивости Indeks bušivosti

а) HIDRAULIČNI бушаћи BUŠAĆI чекићи ČEKIĆI (Tamrock) Хидраулички (Тamrock) 1,8 HLR 438, 51mm ( H L 850, 76 mm )

-1 Брзина m/min Brzinaбушења, bušenja, m/min

1,6 1,4

HLR 438, 64 m m

1,2 HL 850, 102 m m (H LR 438, 76 m m ) HL 850, 115 m m

1 0,8 0,6 0,4 0,2 20

30

40

50

60

70

80

90

Индeкс Indeksбушивости bušivosti

б) Слика 99: Промена брзине бушења у функцији индекса бушивости за неколико типова пнеуматских (а) и хидрауличних (б) бушаћих чекића

7.2. ОДНОС ИЗМЕЂУ РЕЖИМА БУШЕЊА И БРЗИНЕ БУШЕЊА Режим бушења дефинисан је преко следећих параметара: - излазне перкусионе снаге бушаћег чекића (енергија и број удара), - излазне ротационе снаге бушаћег чекића (број обртаја и обртни момент), - сила потиска и - проток воде или ваздуха за чишћење бушотине. Наведени фактори пресудно утичу на брзину бушења. 124

Р. Пантовић

7.2.1. Перкусиона снага Удар клипа по темену усадника доводи до генерисања ударног таласа који се шири од темена усадника до контакта круна-стена. Дужина тог таласа приближно је једнака двострукој дужини клипа, а брзина таласа око 5000 m/s. За клип масе 5 kg, при брзини кретања клипа у моменту удара о усадник од 10 m/s, енергија удара износи 250 Ј. Отпорносне карактеристике материјала (тврде легуре) од кога су израђени уметци (сечива или брадавице), диктирају горњу границу енергије удара. Код круна са сечивима од тврде легуре граница износи око 20 ÷ 30 Ј по 1 cm дужине сечива круне. При већим оптерећењима може доћи до лома уметака или убрзаног хабања. Због тога су се конструктори бушаћих чекића, ради повећања брзине бушења, определили за повећање броја удара, уместо повећања енергије. Услед појаве интерференције таласа напрезања, са повећањем броја удара (све до 130 удара/секунди) повећава се обим разарања при бушењу, односно брзина бушења. Дубина утискивања уметака у стену, односно брзина бушења, као основни показатељ ефикасности бушења, у највећој мери зависи од енергије удара. Однос између енергије удара и дубине утискивања уметака, односно количине разореног стенског материјала, илустрован је сликом 100. При лаким ударима готово да не долази до дробљења стене (сектор I). Повећањем енергије удара долази до сразмерног повећања разарања стене, што је приказано сектором II. После извесног повећања ефекта удара, утискивање уметака у стену, са порастом енергије удара, се незнатно повећава, што је приказано сектором III. У овом случају издробљена стена уз уметак има улогу “јастука”, штитећи стену од удара. Најповољније вредности енергија удара налазе се у распону који одговара зони III и са њима се обезбеђује максималан ефекат удара, односно најнижа специфична енергија бушења (поглавље 2.4.2.). Са повећањем притиска погонског флуида (уље или ваздух), повећава се и енергија удара, па се «радна» тачка М померa удесно у зону IV, али при томе не долази до значајнијег пораста брзине бушења. Супротно са смањењем притиска «радна» тачка се помера улево у зону II. Мекше стене се разарају лакше, па је утискивање уметака веће (крива а), док је код чвршћих стена, при истој енергији удара, утискивање уметака мање (крива b). Уколико при истој енергији удара, дође до промене фактора, који утичу на ефикасност бушења, као што су: пречник и дужина бушотине, чврстоћа стене, итд; промениће се и ефекат удара, односно брзина бушења. Производ енергије једног удара и броја удара представља излазну перкусиону снагу бушаћег чекића. Два бушаћа чекића са истом излазном снагом перкусије, али различитим енергијама удара и различитим бројем удара, имаће 125

Р. Пантовић

различиту брзину бушења у истим условима. Бушаћи чекић са нижом енергијом удара али већом учесталошћу, оствариће већу брзину бушења. Међутим, исти бушаћи чекић је знатно осетљивији на варијабиле које имају тенденцију да радну тачку М (слика 100) помере лево у зону II или наниже према кривој b. Кроз промену дужине хода клипа и притиска уља у ударном механизму, код савремених хидрауличних чекића постоји могућност промене перкусионе снаге, што омогућава да се, при промени осталих фактора, радна тачка М задржи у зони III, иако различити фактори теже да је помере у зону II и IV. a

Utiskivanje

Утискивањеs eсечива čiva

IV III

b M

II

I

i j јa а u d у a rдa а р а Е нE nе eрr гg и

Слика 100: Однос енергије удара и дубине утискивања уметака

7.2.2. Обртни момент После сваког удара, под дејством обртног момента, бушаћи прибор се заокрене за одређени угао, како би се извршило разарање стене, на новим секторима, на челу бушотине (слика 12). На слици 101 шематски су приказани ефекти разарања на челу бушотине при недовољном (а), повољном (б) и превеликом углу заокретања сечива круне (в).

а)

б) в) Слика 101: Разарање стене на челу бушотине при недовољном, оптималном и превеликом углу заокретања Угао заокретања при коме се остварује потпуно разарање дела стенске масе ограничене са два засека (βоpt), може се сматрати оптималним и емпиријски се може одредити према изразу:

126

Р. Пантовић

β opt

 100 ⋅ eu   = 0,065 ⋅ α ⋅ 3  σ p ⋅d3   

2

(35) где су: α - угао оштрења сечива длета, еu - енергија једног удара, σp - чврстоћа стене на притисак и d - пречник круне. Брзину ротације треба усагласити са бројем удара и углом заокретања круне између два удара, како би се остварили што исправнији узастопни положаји уметака на круни према дну бушотине. На основу угла заокретања длета (β), може се успоставити корелација између броја обртаја (nо) и броја удара (nu) бушаће круне: (36) n0 = nu ⋅ β 360 Број обртаја круне треба изабрати према карактеристикама стена и пречнику бушотине. При бушењу бушотина пречника 105 mm, број обртаја треба да буде: - nо = 60 ÷ 90, за стене са коефицијентом чврстоће f = 6 ÷ 10; - nо = 40 ÷ 60, за стене са коефицијентом чврстоће f = 10 ÷ 12 и - nо = 20 ÷ 40, за стене са коефицијентом чврстоће f = 14 ÷ 18. Обртни момент учествује у процесу разарања изазивајући смицање и стругање стене на челу бушотине. Осим тога, обртни момент је значајан ради обезбеђења одговарајуће затегнутости навојних спојева између бушаћих шипки, јер од ње зависе губици енергије удара и хабање бушаћег прибора. При недовољном обртном моменту долази до звецкања, загревања и повећаног хабања бушаћег прибора и опадања брзине бушења. При малој брзини окретања бушаће круне, мала је брзина бушења уз мало хабање круне, док при превеликој брзини ротације долази до повећања губитака енергије и хабања бушаћег прибора.

7.2.3. Сила потиска Услед еластичне реакције стене, после сваког удара, круна одскакује од чела бушотине. Само уколико се, у смеру бушења, обезбеди одговарајући притисак круне на стену, бушење је могуће. Сила потиска треба да буде изабрана према чврстоћи и абразивности стена, не само због ефикаснијег преноса енергије удара већ и због смањења потрошње круна. Потиском треба обезбедити, са једне стране што краће одскакивање круне, а са друге стране што мање трење уметака круне о стену. Са порастом осног притиска повећава се пенетрација круне. То повећање се зауставља при одређеној вредности осног притиска, после чега поново долази до поновног опадања брзине бушења (слика 102).

127

Napredovanje (penetracija) Пенетрација крунеkrune

Р. Пантовић

Слика 102: Промена дубине продирања бушаће круне у зависности од осног притиска

pritisak Осни Osni притисак

Уколико је сила потиска недовољна долази до смањења торзионих удара круне на стену и општег смањења преноса енергије на стену. Недовољан потисак може се препознати по следећим ефектима: - чује се изразито звекетање бушаћег прибора, - бушаћи прибор, бушаћи чекић и лафета неуобичајено јако се тресу и вибрирају, - повишена је температура на првој спојници и - смањена брзина бушења. При малој сили потиска контакт круне са стеном је слаб, услед чега ударни талас не успева, преко «ваздушног зазора», да у потпуности пређе на стену. Због тога се талас, кроз бушаћи прибор, делимично одбија назад као истежући талас (слика 103). Ово представља најнеповољнији случај оптерећења спојева у бушаћој колони, због чега се њихов век брзо скраћује. Некада се, у посебно неповољним природним условим, као што су велика порозност, шупљикавост и испуцалост стене, без обзира на силу потиска, јавља овакав начин одбијања таласа.

Компресиони Kompresioni talas

Истежући Istežući talas

талас

талас

Слика 103: Одбијање компресионог таласа при слабом контакту круна – стена

128

Р. Пантовић

Ситуација је супротна када, због превелике потисне силе, дође до отежане ротације круне и повећања отпора стене према продирању уметака. Наиласком на велики отпор компресиони талас се одбија назад, такође као компресиони (слика 104). Због овога се удвостручује напрезање у одбијеном таласу, што врло неповољно утиче на читаву бушаћу опрему.

Kompresioni talas талас Компресиони

Слика 104: Одбијање компресионог таласа услед великог отпора на контакту круне и чела бушотине

Превелики потисак, осим смањеног преноса ударне енергије на стену, доводи до извијања бушаће колоне, брзог хабања шипки и круна и потешкоћа са испирањем набушене ситнежи. Енергија одбијеног таласа доводи до прекомерних вибрација, које заједно са дисипативним губицима енергије у облику топлоте (загревање спојева и контаката) доводе до превеликих оптерећења и превременог испадања из употребе појединих компоненти система. Током бушења дубоких бушотина увећава се маса бушаћег прибора, због чега су бушилице опремљене системима за контролу и обезбеђење одговарајуће силе потиска. При бушењу надоле може се десити да, ради обезбеђења сталног потиска круне на стену, прибор мора вући навише.

7.2.4. Одстрањивање бушаће ситнежи Да би што већа количина енергије била пренета са круне на стену, дно бушотине мора бити добро очишћено од бушаће ситнежи. При недовољном протоку воде или ваздуха на дну бушотине долази до «мртвог» млевења већ одломљене бушаће ситнежи и задржавања тешких минерала на дну бушотине. Заостала бушаћа ситнеж представља препреку ширењу ударног таласа. Последице овога су смањење брзине бушења, повећано хабање круне и заглављивање бушаћег прибора.

129

Р. Пантовић

Krupnoća bušaće sitneži (mm)

Крупноћа бушаће ситнежи (mm)

Неопходна количина воде или ваздуха, којом се обезбеђује ефикасно чишћење бушотине, зависи од: гранулометријског састава ситнежи, густине стене, приноса ситнежи и површине прстенастог зазора између бушаће шипке и зида бушотине. Чишћење компримираним ваздухом чешће се примењује при бушењу на површини, при чему се избачена прашина може обарати и скупљати у посебним уређајима за отпрашивање. Као критеријум за одређивање количине флуида за испирање користи се неопходна брзина његовог струјања, према излазу бушотине, кроз анулус између бушаће шипке (цеви) и зида бушотине. При сувом чишћењу бушотина брзина струјања ваздуха, за стене густине 2,5 t/m3, може да се, за одређену крупноћу зрна бушаће ситнежи, изабере према графику датом на слици 105. 10 8

Слика 105: Неопходне брзине струјања ваздуха

6 4 2 0 0

5

10

15

20

25

Brzinaструјања strujanja ваздуха vazduha (m/s) (m/s) Брзина

При мокром бушењу брзина бушења је за 10 ÷ 30 % мања него при сувом бушењу. Вода као медијум доводи до формирања такозваног «воденог јастука», између круне и стене, услед чега се апсорбује део енергије удара. Притисак воде за испирање не сме да буде мањи од 0,3 MPа, а код бушења пнеуматским бушаћим чекићима притисак воде мора да буде за најмање 0,1 MPа мањи од притиска компримираног ваздуха. При бушењу хидрауличним бушаћим чекићима притисак воде треба да се креће око 0,6 MPа. Са порастом пречника бушотине и брзине бушења треба у одређеној мери повећавати и количину, односно проток, флуида за чишћење бушотине. Нажалост, иако смањеном брзином, бушење се може наставити и при неповољним условима преноса енергије ударног таласа. Велики део енергије враћа се назад са одбијеним таласима и бескорисно губи. Међутим, с обзиром на релативно мало учешће трошкова енергије у трошковима бушења, сам губитак енергије није основни проблем. Скраћење радног века прибора за бушење и пад капацитета бушилица, представљају далеко важније негативне последице лоше оствареног преноса енергије удара на стену.

130

Р. Пантовић

7.3. ОДНОС КАРАКТЕРИСТИКА БУШАЋЕГ ПРИБОРА И БРЗИНЕ БУШЕЊА Бушаћи прибор са својим карактеристикама, као што су: тип бушаћих круна и дужина бушаћих шипки, значајно утиче на ефикасност бушења.

7.3.1. Тип бушаће круне Правилан избор круне има посебан значај за постизање максималних ефеката бушења. Величину, облик, број и распоред уметака (сечива или брадавица) од тврде легуре, треба изабрати према карактеристикама стене и параметрима режима бушења. Испод уметака круне долази до различитих облика напрезања, као што су: гњечење, истезање, смицање (слике 14 и 15). Стене показују различите отпоре према појединим напрезањима, а заступљеност појединих облика оптерећења зависи од облика и величине уметака. Из овога произилази да отпор стена према бушењу не зависи само од стене већ и од типа круне. Особине стене које су значајне за избор круне исказују се преко једног параметра, отпора стене према утискивању уметака круне (RPR Rock Penetration Resistance). Овај отпор се мери на хидрауличним пресама и једнак је односу силе, којом се полако преко круне притиска стена, и одговарајуће дубине утискивања уметака у стену. Доказано је да ефикасност бушења директно зависи од поменутог отпора према утискивању брадавица. Слика 106 показује да се вредност RPR, за круну са сферичним уметцима (пуна линија), креће око 400 kN/mm, а за круну са коничним уметцима (испрекидана линија) око 100 kN/mm. Према томе, испитивана стена, према круни са сферичним уметцима, показује четири пута већи отпор продирању, него према круни са коничним уметцима.

Сила (kN)

Слика 106: Промена дубине утискивања брадавица круне са повећањем силе утискивања за круне са сферичним и коничним (балистичким) брадавицама

Пенетрација (mm)

131

Р. Пантовић

У принципу се применом круна са оштријим уметцима постижу веће брзине бушења. Међутим, за такве круне проблем представља убрзано хабање. Издржљивост односно век круне, преко времена неопходног за замену круна, утиче на капацитет бушилица. Врло је значајно да бушаћа круна издржи бушење читаве бушотине како би се избегла замена круне током бушења једне исте бушотине.

7.3.2. Тип и дужина бушаћих шипки Пренос енергије таласима, што је случај и код ударног бушења, најефикасније се остварује када су елементи кроз који се талас шири истог попречног пресека и од истог материјала. Наравно овакве услове немогуће је постићи при бушењу, посебно код дубоких бушаћих колона са спојницама. Ударни талас, који се формира при удару чела клипа о усадник, при свом кретању кроз бушаћу колону, према челу бушотине, наилази на отпоре, који изазивају његову деформацију. Највећи отпори се јављају на спојевима бушаћих шипки, при чему долази и до делимичног одбијања таласа. При проласку преко спојнице талас се деформише и делимично одбија назад а део таласа који прође носи са собом мање енергије (слика 107). Због тога, се спојеви израђују са што краћим и «плићим» навојима, али без губитка поузданости и робусности.

Слика 107: Деформација ударног таласа на спојници

Смањење енергетских губитака на спојевима може да се оствари кроз побољшање квалитета челика, избор најповољнијег профила навоја, обезбеђење што потпунијег контакта између додирних површина навоја, остварење претходно напрегнуте везе на спојевима. Релативни пад ударне енергије са порастом броја спојева, према теренским истраживањима при бушењу са класичним шипкама са спојницама и MF (male-female) шипкама (слика 108), која је извршио Atlas

132

Р. Пантовић

Copco, приказан је на слици 108. Број навојних спојева, код MF шипки у односу на класичне шипке, је два пута мањи, што се очигледно одражава на ефикасност преноса ударне енергије.

Слика 108: Спој MF бушаћих шипки без посебне спојнице

Релативна ефикасност преноса udarne prenosa ударне енергије energije

Узимајући да се при бушењу, хидрауличним бушаћим чекићем COP 1238 LP, на сваком споју MF шипки губи 4 % ударне енергије (слика 109), зависно од дубине бушења и дужине шипки, мењаће се ударна снага, коју круна предаје стени, што показују срачунате вредности у табели 28. Слика 109: 2 1 Промена релативне брзине бушења (1) и 0.9 ефикасности преноса ударне 0.8 енергије (2) код: b 0.7 а - класичних и б - MF бушаћих 1 0.6 шипки

a

0.5 0.4 0

1

2

3

4

Broj Број спојева Табела 28: Пад перкусионе снаге бушаћег чекића COP 1238 LP кроз бушаћу колону

Степен хода клипа

Перкусиона снага на дубини бушотине (m),

Максимална перкусиона снага (kW)

1,2

1,5

1,8

1,2

1,5

1,8

1,2

1,5

1,8

20

40

60

за дужине бушаћих шипки од (m)

I

12

6,0

6,8

7,7

3,1

4,0

4,9

1,8

2,3

3,1

II

14

7,0

7,9

8,9

3,6

4,6

5,7

2,0

2,7

3,6

III

18

8,0

10,2

11,5

4,7

6,0

7,3

2,6

3,5

4,7

133

Р. Пантовић

Сила (kN)

С обзиром да на сваком наставку бушаћег прибора долази до одређених енергетских губитака, ударна снага, коју круна преда стени за одређено време, зависи од броја шипки у колони. Примена дужих бушаћих шипки обезбеђује знатно бољу ефикасност преноса ударне енергије, односно већу брзину бушења. Шведска фирма Sandvik, која се бави производњом бушаћег прибора, урадила је програм CASE (Computer Aided Simulation of Efficiency), који омогућава избор најпогоднијег бушаћег прибора за дате карактеристике бушилице и особине стене која се буши (слика 110). Програм је посебно значајан за избор дизајна круне (обликa тела круне, обликa и величина уметака, карактеристика тврде волфрам-карбидске легуре, броја и положаја отвора и канала).

Слика 110: Симулација напрезања у бушаћој колони коришћењем програма CASE (усадник –спојница - бушаћа шипка - бушаћа круна)

Од дужине бушаћих шипки зависи и удео времена манипулисања прибором у укупном времену неопходном за бушење 1 m бушотине. Повећањем дужине шипки расту брзина и капацитет бушења али је за њихову примену неопходно одговарајуће увећање попречног пресека ходника за бушење, односно трошкова израде припремних просторија.

134

Р. Пантовић

7.4. УТИЦАЈ ГЕОМЕТРИЈСКИХ ПАРАМЕТАРА БУШЕЊА НА БРЗИНУ БУШЕЊА Брзина бушења у великој мери зависи од основних геометријски параметара бушотина, њиховог пречника и дужине. Поред тога ефикасност бушења зависи и од нагиба бушотина и смера бушења.

7.4.1. Дубина бушотина Значајан део енергије коју клип бушаћег чекића предаје бушаћем прибору губи се дуж прибора или се одбија назад са контакта стена круна. Због пораста масе бушаћег прибора и броја спојева у бушаћој колони, са порастом дужине минских бушотина, долази до одговарајућих енергетских губитака. Поред тога, повећава се и отпор према обртању и отежава чишћење бушотине. Све ово доводи до опадања брзине бушења са повећањем дужине бушотине. Ефикасност преноса ударне енергије се може дефинисати као однос између енергије удара и енергије која се преда стени на челу бушотине. Зависно од типа бушаћег чекића, начина и квалитета спајања елемената бушаће колоне, типа навоја на спојевима, дужине шипки, типа круне, отпорности стене према бушењу, осног потиска, ефикасности чишћења бушотине итд; део ударне енергије се изгуби на загревање, вибрације, хабање. Према таласној теорији пренос енергије удара дуж елемената бушаће колоне се разматра као појава ширења еластичних таласа напрезања, при чему се бушаће шипке деформишу сходно познатом Хоек-овом закону еластичности. Када клип удари о врх бушаће колоне у њој се генерише еластични талас притиска, који се може окарактерисати променом напона у времену (σ(t)) и таласном дужином (Т). Енергија таласа, (еu) износи:

eu =

S š ⋅ vu E

T

∫

σ 2 (t )dt

0

(37)

где су: Sš - површина попречног пресека шипке и vu - брзина ширења еластичног уздужног таласа кроз шипке. Губитак енергије удара, који представља разлику између ударне енергије на почетку и на крају бушаће колоне, може да се експериментално утврди. Утврђивањем промене напона кроз попречне пресеке шипки на почетку и крају бушаће колоне (σп(t)) и (σк(t)), на основу израза (37) може се изразити губитак енергије удара (∆еu) према следећој формули:

∆eu = eup − euk =

(S

šp

T Tk  − S šk ) ⋅ vu  p 2 ⋅  ∫ σ p (t ) ⋅ dt − ∫ σ k2 (t ) ⋅ dt  E 0  0 

135

(38)

Р. Пантовић

Промене напона σ(t) могу да се региструју помоћу тензорезисторских трака, које се причвршћују уз бушаће шипке. Ове траке су урађене од материјала, чија се специфична електрична отпорност мења са променом еластичне деформације траке односно бушаће шипке. Запис који се добија помоћу пратеће електронске опреме омогућава дешифровање функције (σ(t)) у одређеном пресеку шипке. Пад брзине бушења са порастом броја бушаћих шипки (nbš), односно дубине бушотина (Lb), може да се изрази функцијама облика:

v = v ⋅ aL 0

v = v ⋅e

(

n −1 bš

)

и

(39)

−δ ⋅L b

0

,

(40)

где су: v0 - почетна брзина бушења, аL - емпиријски коефицијент (аL = 0,95 - 0,98) и δ - показатељ пада брзине бушења. Вредност показатеља δ углавном зависи од бушаћег прибора и типа чекића. Највећи губици енергије, а тиме и највеће вредности показатеља δ, су код ручних бушаћих чекића са зависном ротацијом, док су код лафетних бушаћих чекића са независном ротацијом те вредности знатно мање. Најниже вредности су код хидрауличних чекића. У табели 29 дате су вредности показатеља δ за поједине бушаће чекиће. Табела 29: Вредности показатеља пада брзине бушења δ Тип бушаћег Пнеуматски Хидраулични чекића BBC 43 BBC 53 URD 475

δ

0,12

0,062

0,03

0,02

7.4.2. Пречник бушотине При повећању пречника бушотине ударна енергија, преко већег број уметака, расподељује се на већу површину. Енергија по јединици површине је мања, па се смањује брзина бушења. Смањење пречника бушотине за исту ударну енергију изазива супротан ефекат. Специфична енергија бушења при бушењу бушотина мањег пречника, због израженијег ефекта стешњености, је већа. Повећањем пречника смањује се неопходна енергија за разарање јединичне запремине стене. Зависност брзине бушења (v) од пречника бушотина може се исказати у облику хиперболичне функције:

v = ϕ (d ) =

b d nd

(41)

где су: b - емпиријски коефицијент и nd - показатељ који зависи од енергије удара, затупљености круне, распона измене пречника бушотина, чврстоће стене (nd = 0,5 ÷ 3).

136

Р. Пантовић

При малим енергијама удара до разарања стене долази услед њеног замора, посебно када су уметци круна затупљени, што при порасту пречника доводи до наглог опадања брзине бушења, тако да је показатељ nd > 2. Зависност облика (41) највише одговара бушаћим чекићима мале снаге. Са повећањем снаге чекића, знатан део енергије троши се на преуситњавање бушаће ситнежи а показатељ nd се све више приближава јединици или мањим вредностима. За снажније бушаће чекиће, сасвим добра корелација добија се у линеарном облику:

v = a − b⋅d

Брзина бушења

(42) где су: а, b - константе зависне од чврстоће стена, начина бушења, снаге чекића и дубине бушотине. Са порастом чврстоће стена, опадају константе а и b али а знатно интензивније. Линеарна зависност брзине бушења од пречника бушотина важи само до одређеног пречника, као што показује слика 111. Са порастом пречника преко d1, због пада максималних смичућих напона испод напона разарања, бушење је везано за површинско хабање чела бушотине.

Слика 111: Пад брзине бушења са повећањем пречника бушотине

d1

Пречник бушотине

d2

На слици 112 графички је приказана зависност брзине бушења од пречника бушотина за три представника савремених хидрауличних бушаћих чекића које производи шведска фирма Atlas Copco.

137

Брзина бушења (cm/min)

Р. Пантовић

Пречник бушотине (mm) Слика 112: Области промена брзина бушења у зависности од пречника бушотина

7.4.3. Нагиб бушотина Основни фактори, који утичу на промену брзине бушења при промени нагиба бушотина су сила потиска и ефикасност чишћења бушаће ситнежи. Код бушотина усмерених нагоре, у циљу одржавања сталне силе потиска круне на стену, неопходно је обезбедити одговарајуће повећање силе потиска, посебно када се ради о дужим бушотинама. Ситуација је обрнута код бушотина усмерених надоле, при чему је некада неопходно уместо потиска обезбедити вучење бушаћег прибора. С обзиром да је потпомогнуто гравитацијом, чишћење бушотина усмерених нагоре је знатно ефикасније.

138

Р. Пантовић

8. УДАРНО-РОТАЦИОНО БУШЕЊЕ РОНЕЋИМ БУШАЋИМ ЧЕКИЋИМА Са порастом пречника бушотина, преко 100 mm, ефикасност бушења лафетним бушаћим чекићима, почиње да опада, посебно када се ради о бушотинама великих дубина. Пад брзине бушења, са порастом дубине бушотине, настаје као последица енергетских губитака у преносу енергије удара кроз бушаћу колону. Појава ронећих (или дубинских) бушаћих чекића омогућила је да се, пренос енергије удара кроз бушаћу колону, елиминише.

8.1. ПРИНЦИП БУШЕЊА Током бушења ронећи бушаћи чекић, заједно са бушаћом круном, улази у бушотину, пратећи напредовање чела бушотине. Под дејством притиска компримираног ваздуха (или смеше ваздух–вода), који се до ронећег бушаћег чекића доводи кроз колону бушаћих цеви, обезбеђује се наизменично кретање клипа напред-назад у ронећем бушаћем чекићу. Директним ударом клипа о теме бушаће круне обезбеђује се енергија удара за непосредно разарање стене на челу бушотине. Међутим, обезбеђење перкусије, није једина улога компримираног ваздуха. Без избацивања бушаће ситнежи из бушотине, ронећи бушаћи чекић «закопао» би самог себе у бушотини. После проласка кроз радни циклус чекића, истрошени ваздух се усмерава, кроз отворе на круни, на чело бушотине у циљу чишћења бушотине од бушаће ситнежи. Брзина струјања ваздуха између зида бушотине и бушаћих цеви, која је неопходна за ефикасно чишћење бушаће ситнежи, износи 17 ÷ 25 m/s, зависно од специфичне густине стене и других фактора. Ради смањења запрашености радилишта у струју компримираног ваздуха, кроз посебан вентил, додаје се одређена количина воде, која, зависно од садржаја кварца у стени, варира између 3,8 ÷ 11,3 l/min. За разлику од лафетних (спољашњих) бушаћих чекића, ронећи бушаћи чекић није опремљен посебним механизмом за ротацију. Ротација ронећег бушаћег чекића, остварује се независно преко посебног ротационог мотора, који се налази на лафети (или торњу) бушилице. Истовремено, преко уређаја за потискивање ротационог мотора, дуж лафете (торња), бушилица обезбеђује неопходну осну силу. На слици 113 илустрован је принцип бушења ронећим бушаћим чекићем.

139

Р. Пантовић

Слика 113: Перкусија, ротација и потисак при бушења ронећим бушаћим чекићима

8.2. РОНЕЋИ БУШАЋИ ЧЕКИЋ 8.2.1. Конструктивне карактеристике Иако постоји на хиљаде различитих конструкција ронећих бушаћих чекића, може се дати општа оцена да су ронећи бушаћи чекићи релативно једноставне машине, у којима се потенцијална енергија компримираног ваздуха трансформише у енергију удара. Он се састоји од следећих основних делова: - цилиндра, - клипа који се креће напред-назад у цилиндру, - система за развођење ваздуха ради покретања клипа, - бушаће круне са жлебовима и - задњег и предњег затварача чекића, којима се обезбеђује компактност конструкције чекића. На слици 114 приказани су ронећи бушаћи чекићи у пресеку (а) и основни делови код Ingersoll Rand-овог ронећег чекића типа DHD-340А (б).

а)

б) Слика 114: Општи изглед конструкције ронећих бушаћих чекића (а) и ронећи бушаћи чекић DHD-340 А (б): 1 - навојни држач круне (или предњи затварач чекића), 2 - предњи део клипа, 3 - клип, 4 - интегрални цилиндар за развођење ваздуха, 5 - заптивка за спречавање уласка воде при прекиду довода ваздуха, 6 - конични навој задњег затварача чекића

140

Р. Пантовић

Сваки ронећи бушаћи чекић конструисан је за бушење минских бушотина одређеног распона пречника, при коме се постиже максимална ефикасност и економичност бушења. Њихов основни недостатак, у односу на лафетне хидрауличне чекиће, је релативно мала брзина бушења. Енергија удара клипа директно је пропорционална маси клипа и квадрату његове брзине у моменту удара о теме круне (израз 24). Маса клипа зависи од пречника и дужине бушаћег чекића, док брзина кретања клипа зависи од притиска компрмираног ваздуха, који га гура, и површине на коју тај притисак делује и дужине хода клипа. Превише велики клип тешко се покреће, услед чега опада брзина удара, док код превише лаких клипова ефекат његовог удара у масивнију круну остаје слаб. Код кратког хода клипа брзина удара је мала али је велики број удара, при чему је велика и потрошња компримираног ваздуха. При великој дужини хода клипа повећава се брзина удара и смањује број удара. Према притиску компримираног ваздуха, ронећи бушаћи чекићи могу да се поделе на две основне групе: - ронећи бушаћи чекићи «вентилског» типа, који раде при притиску компримираног ваздуха од око 0,7 МPа и код којих се развођење ваздуха обезбеђује помоћу различитих конструкција вентила и - ронећи бушаћи чекићи код којих у систему за развођење ваздуха нема вентила и који раде при притиску до 2,5 МPа.

8.2.2. Ронећи бушаћи чекићи високог притиска Повећањем притиска компримираног ваздуха обезбеђује се повећање енергије удара и броја удара, што се коначно одражава на пораст брзине бушења. Ради повећања улазног притиска од 0,7 МPа на бушилице се постављају пратећи бустер-компресори. На слици 115 приказано је како се брзина бушења повећава са повећањем притиска компримираног ваздуха. Повећањем притиска са 0,6 МPа на 1,8 МPа, при бушењу у гранитима, брзина бушења се повећава са 0,15 m/min на 0,52 m/min. Повећани притисци захтевају и већи проток ваздуха, а у овом случају потрошња ваздуха се повећава са 6,9 m3/min на 21 m3/min.

8.2.3. Ронећи чекићи са хидропогоном Atlas Copco, Hausherr и неке друге фирме конструисале су ронеће чекиће са водом, као погонским флуидом. Захваљујући својој нестишљивости вода је, у односу на компримирани ваздух, знатно погоднији флуид за пренос енергије. Шведска фирма Atlas Copco израдила је хидраулични (“водени”) ронећи чекић Wаssara G - Drill, популарно назван “water pistol”. Два таква чекића постављена су на бушилици Simba

141

Р. Пантовић

Брзина бушења, m/min Brzina Brzina bušenja, bušenja, m/min m/min

W 469, која је намењена за бушење минских бушотина при подземном откопавању. На задњем делу бушилице налази се електро-хидраулични блок снаге 55 kW, са воденом пумпом високог притиска. У току експерименталног рада у шведским рудницима гвожђа, при бушењу минских бушотина пречника 115 mm и дужине до 55 m, “водени” ронећи чекићи показали су добре резултате: - просечна брзина бушења 0,6 m/min , - дневни капацитет око 300 m, што одговара годишњој производњи руде од 3 милиона тона, - девијације бушотина на дубини од 30 m не прелазе 1,5 % и - расположивост бушилице износи око 90 %. Поред релативно великих учинака водени ронећи чекићи потпуно елиминишу запрашеност ваздуха на радилиштима. Основни проблеми, који се јављају при раду ових чекића, су обезбеђење подмазивања чекића током рада и манипулисање бушаћим цевима при настављању колоне. На слици 116 а приказана је бушилица са два ронећа бушаћа чекића, чији се погон обезбеђује протоком воде под високим притиском, кроз механизам перкусије и механизам ротације. 0.7 tip Тип tip ćekića чекића

0.7 0.6 0.6 0.5 0.5 0.4

krečnjak кречњак krečnjak

0.4 0.3 0.3 0.2 0.2 0.1

granit granit гранит

0.1 0 0 0.5

1

1.5

2

0.5

1

1.5

2

Pritisak komprimiranog vazduha, MPa Притисак компримираногvazduha, ваздуха,MPa MPa Pritisak komprimiranog

d d d (mm) (mm)

dkbc d/dkbc dkbc d/dkbc dkbc d/dkbc (mm) (mm) ćekića (mm) (mm) COP 32 90 60 1.6 COP 32 42 115 76 1,51 90 60 1.6 52 115 130 92 1,42 COP 42 76 1,51 62 130 165 112 1,47 COP 52 92 1,42 COP 62 165 112 1,47 d - prečnik bušotine ddkbc --prečnik bušotine - prečnik klipa пречник клипа пречник клипа ddkbc kbc -- prečnik bušaćegklipa čekića бушаћег чекића bušaćeg čekića

Слика 115: Повећање брзине бушења са порастом притиска компримираног ваздуха

8.2.4. Основне карактеристике ронећих бушаћих чекића Просечни параметри режима бушења ронећим чекићима су: - број обртаја бушаћег прибора креће се од 60 ÷ 150 min -1, - број удара клипа по темену круне креће се у распону 1000 ÷ 2000 min -1 и - сила удара клипа по темену длета зависи од пречника и дужине хода клипа као и од притиска компримираног ваздуха. Параметре режима бушења треба бирати према следећем принципу. Са повећањем чврстоће стена треба смањивати број удара а повећавати осни притисак и енергију удара. Повећање енергије удара обезбеђује се повећањем притиска компримираног ваздуха.

142

Р. Пантовић

С обзиром да се ронећи бушаћи чекић мора сместити у бушотину, уз обезбеђење одговарајућег зазора између тела чекића и зидова бушотине, због конструктивних ограничења, најмањи пречник бушотине, која се може избушити ронећим бушаћим чекићима, и то у мекшим стенама, износи 75 mm. На слици 116 б приказани су ронећи бушаћи чекићи различитих пречника и дужина. Међу њима је и највећи ронећи чекић, фирме Ingersoll Rand, са којим се могу бушити бушотине речника 762 mm. У табели 30 су приказане карактеристике појединих типова ронећих бушаћих чекића.

8.2.5. Компаративне предности ронећих бушаћих чекића Пад брзине бушења (v) ронећим бушаћим чекићима са повећањем дубине бушења (l) је незнатан и може да се изрази линеарном зависношћу облика:

v = v0 − λ ⋅ l

(43)

где је: λ - коефицијент пада брзине бушења, који износи око λ=0,0004 m-1. Директним ударом клипа о круну избегавају се енергетски губици кроз бушаћу колону, што омогућава бушење врло дугачких бушотина (до 100 m и више) великих пречника (100 ÷ 250 mm). Ронећим бушаћим чекићима обезбеђује се релативно висока прецизност бушења, а ризик заглаве бушаћег прибора је мањи него при бушењу лафетним чекићима. С обзиром да се током рада бушаћи чекић налази у бушотини, ниво буке код њих је мањи у односу на буку коју при раду емитују спољашњи бушаћи чекићи (бука је мања од 100 dB).

а)

б) Слика 116: Simba W469 - бушилица са ронећим бушаћим чекићима са хидропогоном (а) и ронећи бушаћи чекићи различитих величина (б)

143

Р. Пантовић

Пречник клипа (mm)

Пречник бушотине (mm)

120

66

105-115

73/210/350

145

97

152-165

23

78

22/27/-

0,6/1/1,8

40/90

100

60

85-110

35

96

22/27/35

0,6/1/1,8

62/125/210

100

76

105-125

COP 52

(Шведска)

COP 42

Atlas Copco

COP 32

(l/s)

60/110/195

0,6/1

Потрошња ваздуха

0,6/1/1,8

13/18

Притисци ваздуха (MPа)

17/23/-

136

(s-1)

93

81

Број удараца

37

COP 6

Произвођач

COP 4

Тип чекића

Ход клипа (mm)

Пречник чекића (mm)

Маса чекића (kg)

Табела 30: Карактеристике неких типова ронећих чекића

18/22/28

0,6/1/1,8

71/172/279

115

92

130-152

138

17/21/27

0,6/1/1,8

100/230/350

105

112

150-165

DHD-09

24

76

27/34

0,7/1

58/92

124

52

85-90

DHD-24

32,7

93

16/19/25

0,7/1/1,7

92/-/235

152

68

102-114

59

111

14/17/22

0,7/1/1,7

115/-/-

127

82

127-140

97

137

-

2,46

31

-

-

152

177

180

-

1,76

30

-

-

200

2020

457

-

0,815

68

-

-

508

5130

689

-

0,87

76

-

-

762

9,5

59

26/30

0,7/1

38/52

60

40

70

19

73

17/19

0,7/1

66/120

200

50

85-95

28

93

24/28

0,7/1

90/132

100

64

105-165

39

111

19/21

0,7/1

125/180

110

71

127-150

45,6

93

18/20

0,7/1

108/170

140

64

105-150

85

135

10/11/13

0,7/1/1,4

160/230/340

170

98

150-200

2,7

48

-

0,6

-

50

32

55

4,3

64

-

0,6

-

50

64

75

27

110

21

0,6

116

90

110

125

56

140

21

0,6

200

-

120

160

110

175

10

0,6

300

-

148

200

DHD-15 DHD-160 DHD 380 DHD-120

(САД)

120

93 Ingersoll Rand

57

COP 62

DA 265 DH 400 DC 500 Мach 4 Мach 6

Halco

DG 325

(В.Британија)

DHD-130

П-75 П-125 П-160 П-200

Завод “Калинин” (Русија)

П-55

8.3. ПРИБОР ЗА БУШЕЊЕ Круне за бушење ронећим бушаћим чекићем састоје се од тела са профилисаним усадником и чеоног дела, који је армиран сечивастим (слика 117 а) или брадавичастим (слика 117 б) уметцима од тврде легуре. Круне са сечивима најчешће су армиране са 4 (крстасте или «x» круне), и ређе са три плочаста сечива. Брадавичасте круне су армиране сферичним (или балистичким) умецима од тврде легуре. Пошто је основна улога бушаћих цеви везана за пренос обртног момента са бушилице и довођење компримираног ваздуха до ронећег чекића, оне могу бити са знатно тањим зидовима и лакше од цеви намењених за бушење лафетним бушаћим чекићима.

144

Р. Пантовић

а)

б) Слика 117: Круне за ронеће чекиће: крстаста са плочастим сечивима (а) и брадавичаста (б)

8.4. ОПРЕМА ЗА БУШЕЊЕ СА РОНЕЋИМ БУШАЋИМ ЧЕКИЋИМА Бушилице за бушење бушотина ронећим бушаћим чекићима могу да се поделе на: лаке (пречник бушотина 85 ÷ 125 mm), средње тешке (пречник бушотина 125 ÷ 200 mm) и тешке (пречник бушотина преко 200 mm). Лаке бушилице могу бити полумеханизоване или самоходне (на гуменим точковима или на гусеницама. Средње тешке и тешке бушилице су самоходне, углавном постављене на гусеничном ходном строју.

Слика 118: Основни механизми код бушилице са ронећим бушаћим чекићем

1 - Ротациони мотор 2 – Уређај за прихватање и одвртање цеви 3 – Мотор за потисак 4 – Спојница 5 – Бушаћа цев 6 - Ронећи бушаћи чекић 7 - Бушаћа круна

145

Р. Пантовић

Ротационе бушилице са ронећим бушаћим чекићима за вршење основних функција поседују следеће основне механизме (слика 118): - ронећи бушаћи чекић, који у току бушења, заједно са бушаћом круном, улази у бушотину, наносећи ударце директно на чело бушотине, - електро или пнеуматски ротор, који се налази ван бушотине на лафети бушилице (или на обртном столу), и преко бушаћих цеви обезбеђује ротацију бушаћег чекића - уређај за обезбеђење потиска (посмака), - уређај за прихватање и одвртање цеви, који се налази на платформи бушилице, итд Рад ронећег чекића обезбеђује компримирани ваздух, док мотори за обезбеђење ротације и перкусије могу имати: пнеуматски, електрични и хидраулични погон. Ове бушилице широко се примењују на површинским коповима. Пораст обима њихове примене у подземној експлоатацији руда омогућила је примена крупне утоварно-транспортне механизација и вибрододавача.

8.4.1. Бушаћа опрема за подземну експлоатацију Лаке бушилице са ронећим бушаћим чекићем, као што је НКР100МА (слика 119 а) могу бити постављене конзолно на распорном стубу, што омогућава бушење затворене лепезе бушотина. Ротацију бушаће колоне обезбеђује електромотор преко редуктора, а потисак пнеуматски цилиндри. Ротација и осни притисак се бушаћој колони предају, преко стезних пнеуматских чељусти, које раде у полуаутоматском режиму. На слици 119 б приказана је самоходна пнеуматска бушилица «Big Hole Wagon» (Atlas Copco), која је намењена за експлоатационо бушење, као и за бушење услужних бушотина, у распону пречника од 105 ÷ 125 mm, са оптималном дужином до 40 m. Бушилица је монтирана на постољу са три гумена точка са пнеуматским погоном и поседује велике маневарске могућности. Опремљена је бушаћим чекићем COP 42 (или COP 32). Управљање процесом бушења може се вршити са дистанце. Самоходне бушилице са ронећим бушаћим чекићима углавном су постављене на гусеничном постољу (слика 120 а). Њихов погон може бити дизел или електро-хидраулички. Стабилизација бушилица најчешће се остварује хидрауличним ступцима. Ротациона глава је постављена на лафети, дуж које клизи за одговарајућу дужину бушаћих цеви. Код савремених бушилица серије Simba 260 све функције, осим рада бушаћег чекића, су електро-хидрауличне. Управљање процесом бушења може бити даљинско, што бушачу пружа већи комфор и бољу прегледност радилишта. Отпрашивање се врши сувим поступком, у два стадијума, преко сепаратора крупнозрног материјала и колектора прашине (слика 120 б). Зависно од типа бушилице и типа примењеног ронећег чекића постоје различите могућности за бушење бушотина пречника 85 ÷ 215 mm у различитим смеровима.

146

Р. Пантовић

Због високе производности, коју могу да остваре при бушењу минских бушотина великих пречника, примена бушилица са ронећим бушаћим чекићима постаје све интересантнија за подземно откопавање руда.

а)

б) Слика 119: Ронећи бушаћи чекић монтиран на стубу (НКР100МА ) (а): 1-потисна патрона, 2-командни пулт, 3-витао, 4-распорни стуб, 5потисни цилиндар, 6-мотор за обртање и потискивање, 3-црево за ваздух, 4-црево за воду, 5-вентил за ваздух, 6-бушаћа цев, 7-дубински бушаћи чекић, 8-бушаћа круна. Бушилица “Big Hole Wagon” са ронећим бушаћим чекићем (б)

а)

б) Слика 120: Шематски приказ бушилице CMM-2 (Ingersoll Rand) (а): 1-пнеуматски мотор, 2-хидраулична пумпа, 3-командни пулт, 4гусенице, 5-обртна конзола, 6-обртни механизам, 7-цилиндар потиска, 8ротациони мотор, 9-механизам потиска лафете, 10-преносни командни пулт, 11-усмеривач правца и хватач цеви; (б) илустрација бушења паралелних бушотина надоле и система за отпрашивање код бушилице са ронећим бушаћим чекићем У табели 31 дате су техничке карактеристике неких типова бушилица са ронећим чекићима, које се користе у подземној експлоатацији

147

Р. Пантовић

SD - 90

SD -360 190-203

85÷165

190÷203

Simba 261 85÷165

Мегамати ц 6200

Simba 260 85÷165

152÷203

CMM-2 105÷165

228

CMM-1

228

105÷165

Simba 26903

Табела 31: Карактеристике бушилица са ронећим бушаћим чекићима намењене за подземну експлоатацију

180

180

100

100

130

61

0

50

0

100

130

61

0

192

Нагиб бушотина (°)

± 45

360

± 45

360

360

360

± 45

360

Дужина цеви (m)

1,52

1,83

1,9

1,9

1,9

1,8

1,5

1,5

Тип бушилице

Пречник бушотина (mm)

Дубина бушења (m) : - надоле - нагоре

хидро

хидро

хидро

пнеум

4000

4000

4000

3420

7650

7650

1,4

1,4

1,4

1,4

0,7

0,65

0,65

- дужина са дигнутом лафетом

3,32

3,45

3,98

3,98

-

2,7

-

-

- дужина са спуштеном лафетом

4,15

3,89

5,18

5,18

-

3,7

-

-

1,4

1,37

1,85

1,85

-

1,8

-

-

- висина са дигнутом лафетом

3,45

3,28

2,22

2,22

-

3,4

-

-

- висина са спуштеном лафетом

2,22

1,99

2,02

2,02

-

2,3

-

-

Маса (t)

4,86

5.45

8

8,5

-

9,4

4,1

4.9

Број обртаја до (Hz)

хидро

пнеум 2170

1,4

Обртни момент (Nm)

хидро

пнеум 2170

Погон ротационе главе

(Канада)

CML

(САД)

Atlas Copco

(САД)

Ingersoll Rand

Произвођач

Mission

- ширина

(Шведска)

Основне димензије (m):

8.4.2. Бушаћа опрема за површинску експлоатацију Најједноставнију опрему за бушење минских бушотина на каменоломима и мањим површинским коповима представљају лаке полумеханизоване пнеуматске бушилице, намењене за бушење бушотина пречника 85 ÷ 105 mm. Ове бушилице се састоје од рамова са 2÷3 гумена точка и лафета са уређајем за потискивање и ротационим мотором (слика 121а). Манипулисање бушаћим цевима је ручно.

148

Р. Пантовић

в)

а) Слика 121: Општи изглед самоходне средње тешке бушилице (СБУ -125У) (а) и лаке полумеханизоване бушилице на гуменим точковима (б). Основни делови бушилице ROC 430 H (в): 1-отпрашивач, 2-витао, 3-хидраулички блок, 4-хидраулички елевациони носач цеви, 5-мотор за погон гусеница, 6гусенице ширине 250 mm, 7-независни погонски точак, 8-инструмент за мерење нагиба, 9-осветљење, 10електрична пумпа за допуну уља

б) Већина самоходних бушилица постављена је на гусеничном ходном строју (слика 121 б и 121 ц) и има основни дизел (ређе електрични) погон. Погон ротационих мотора може бити пнеуматски и електрични. Међутим, код новијих модела бушилица ротацију обезбеђују хидромотори. Сила потиска најчешће се обезбеђују хидроцилиндрима или преко система ланчаника. Бушилице су опремљене центрифугалним вентилаторима коју просисавају запрашени ваздух кроз систем за отпрашивање.

149

Р. Пантовић

На слици 121 ц приказани су основни делови средње тешке ротациона хидраулична бушилица ROC 430 H, која је опремљена ронећим бушаћим чекићима серије COP. Тешке комбиноване бушилице. Већина тешких самоходних бушилица намењених за бушење ронећим бушаћим чекићима, може да се употреби и за бушење троконусним крунама (слика 122 а). При бушењу троконусним крунама неопходна је већа осна сила, а при бушењу ронећим чекићима неопходан је већи капацитет компресора и притисак компримираног ваздуха. Бушилице на свом торњу носе касете (магацине) са бушаћим цевима и хидрауличне механизме за навртање (одвртање) и настављање (растављање) бушаће колоне. Систем забрављивања бушаћих цеви који је приказан на слици 122 б обезбеђује брзу манипулацију бушаћим цевима и велику сигурност у раду.

Горња плоча

Доња плоча

Положај за премештање Забрављивање у горњој плочи

а)

б) Слика 122: Тешка комбинована бушилица DM-50 (Ingersoll Rand) (а) и касета за бушаће цеви (б) Бушилице постављене на подвозу са гуменим точковима врло су покретљиве и могу да се рационално користе на више удаљених површинских копова (радилишта). Конструисане су тако да могу да се крећу јавним путевима (слика 123 а) Бушилице са високим торњевима. Ради повећања капацитета бушилица, на рачун елиминисања времена манипулисања бушаћим цевима, израђене су бушилице са врло високим торњевима, које на себи носе само једну бушаћу цев велике дужине (single pass) (слика 123 б).

150

Р. Пантовић

У циљу повећања стабилности ових бушилица уместо вршних ротационих мотора са редукторима, примењују се ротациони столови који су постављени при дну торња бушилице. На овај начин спуштена је висина тежишта масе бушилице. Профилисане бушаће цеви, на које се преко ланчаника наноси осна сила, пролазе кроз ротациони сто од кога примају обртни момент. Ради обезбеђења високе стабилност бушилица при кретању по неравном и нагнутом терену, оне се постављају на гусеничном ходном строју, а конструкције торњева су једноставне и лаке. Карактеристике неколико типова бушилица са ронећим бушаћим чекићима наведене су у табели 32 и 33.

а)

б)

ц) Слика 123: Бушилице фирме Ingersoll Rand: Т-4- мобилна средње тешка бушилица на гуменим точковима (а), DM 35-SPH Drillmaster бушилица са «single pass» торњем при бушењу косе бушотине (б) и Superdrills – највећа бушилица са ронећим чекићем, намењена за бушење бушотина пречника 610-762 mm (ц)

151

Р. Пантовић

Табела. 32: Техничке карактеристике ротационих бушилица намењених за бушење ронећим бушаћим чекићима

Број цеви

ROC-936 HC

ROC -430 H

105-165

9,1

ROC -403 А

35-R* 7,6;

(Шведска)

85÷140

19,8

Atlas Copco

85÷140

15,2

до 229

DM-35SPH 130÷200

7,6

19,8

DM25-SPH

Т-4* 127÷203

7,6

13,4;

105÷165

DM-45* до 225

Дужина цеви (m)

DM-25*

Пречник круне (mm)

89÷171

Тип бушилице

Bucurus Erie (САД)

Ingersoll Rand (САД)

Произвођач

3

3

5

1

5

7

1

1

3

9

9

6

Сила потиска (kN)

113

204

168

118

159

191

12,3

15

30

Брзина потиска (m/min)

27,4

48

19

33,5

4,6

60

25,8

30

30

Снага ротац. главе (kW)

-

65

-

-

-

59

-

-

-

Макс. број обрта (min -1)

60÷135

200

80

165

145

130

80

80

Макс. обртни момент (kNm)

4,43

9,7

9,9

10,4

11,6

9

2,4

5,9

Инсталисана снага (kW)

207

373

-

-

-

298

35

35

316

Капац. компресора (m3/min)

17

25

25,5

17

17

24

12÷20

10÷15

23,1

0,7;

0,7;

1,76

2,4

1÷2,4

1,76

1,76

1,46

1,1;

1,2;

2

2

Притисак ваздуха (MPа) Брзина кретања (km/h) Тип главног погона (Д/Е) Маса бушилице (t)

4,4

3,4

Д

Е

23,7

31,8

Гумени

100; 70 0,9; 1,55

2

4

3,2

3,2

2,5

1,5÷2,5

1,5

Д

Д

Д

Е; Д

Д

Д

Д

21,8

20,5

29,5

32,7

4,6

5,55

19,5

точкови

*) Бушилица се може користити и за бушење троконусним крунама

152

Р. Пантовић

Табела 33: Техничке карактеристике ротационих бушилица намењених за бушење ронећим бушаћим чекићима

9,1

7,6; 9,1

9,1

30

8

5

4

4

4

3

7

7

8,5

70

227

113

204

295

126

181

181

60

25

45,7

47,8

57

49,4

36,6

22

22

110

-

-

-

-

-

76

Снага ротац. главе (kW) Макс. број обрта (min -1)

D40KS* 152÷203

11,6

Т40KS* 152÷203

7,6

D25KS* 130÷203

7,6

SCH65М

9,1; 11,1

SCH45М

3

SCH25М

0,95

GD CL*

228÷270

Брзина потиска (m/min)

152÷225

потиска (kN)

127÷203

Сила

(Финска-САД)

171÷251

Број цеви

Тamrock –Drilltech

Schramm (САД)

СБУ-125 У

Дужина цеви (m)

Gardner Denver (САД)

125÷160

Пречник круне (mm)

(Русија) СБП-100П

Тип бушилице

НИПИгормаш

105÷125

Произвођач

46

135

225

126

120

120

173

160

160

0,83

3

9,6

8,7

10,2

10,2

8,2

6,8

6,8

Инсталисана снага (kW)

24

90

283

298

391

447

293

Капац. компресора (m3/min)

-

-

30(18**)

21,2

24,6

24,6

23,7 (19,8)

23,7(21)

23,7(21)

Притисак ваздуха (MPа)

0,7

0,7

2 (0,7**)

2,4

2,4

2,4

2,4 (0,7)

2,4 (0,7)

2,4 (0,7)

Брзина кретања (km/h)

0,9

1

3

-

-

-

4,3

Гумени точкови

2,9

Тип главног погона (Д/Е)

Д

Д

Д

Д

Д; Е

Д; Е

Д

Д

Д

Маса бушилице (t)

4

13,5

38

25,4

34,6

61,2

28,1

26,3

47,2

Макс. обртни момент (kN m)

320

*) Бушилица се може користити и за бушење троконусним крунама **) Карактеристике компресора при бушењу троконусним крунама

153

Р. Пантовић

154

Р. Пантовић

9. РОТАЦИОНО-УДАРНО БУШЕЊЕ Ротационо-ударни поступак бушења обједињује предности ударног и ротационог поступка, обезбеђујући на тај начин повећану брзину бушења, посебно у стенама мање и средње чврстоће.

9.1. БУШАЋЕ ГЛАВЕ Бушаће машине ротационо-ударног дејства, које се састоје од ротационог и ударног механизма смештених у истом или у посебним кућиштима, називају се ротационим бушаћим главама. Паралелним радом једног и другог механизма остварује се процес разарања ротацијом и ударом. На слици 124 приказан је изглед ротационе бушаће главе БГА-1М (Русија), која се састоји од зупчастог пнеумомотора (1) са редуктором и ударног подсклопа, смештених у заједничко кућиште. Са командног пулта бушилице пушта се компримирани ваздух, преко улазног прикључка (17), цеви (2), коморе (15), канала задње чауре (4) и подужних канала цилиндра (6) долази у разводни жлеб (11) предње чауре (7), одакле кроз жлеб на клипњачи долази у предњу комору (12). При овоме клип се креће назад. У задњу комору (14) ваздух пролази, кроз канале задње чауре и жлеб (5) на задњем делу клипа, потискујући клип напред. Теме задњег дела клипа налази се под сталним притиском. Истрошени ваздух излази кроз отвор (13). При повећању силе потиска амортизер (3) се сабија и улазни вентил (16) при томе потпуно се отвара. Ротациони мотор, који врши независно окретање бушаћег прибора, састоји се од пнеумомотора (1) и три пара зупчаника, који предају обртни момент преко зупчаника (8) усаднику (10). Снага ротационог мотора је 1,2 kW, а преносни однос редуктора 34,4. Вода се до чела бушотине доводи од бочног прикључка за испирање (9), кроз усадник (10) и бушаће шипке.

Слика 124: Бушаћа глава БГА-1

155

Р. Пантовић

Поред пнеуматских данас постоје и хидрауличне бушаће главе. На слици 125 приказана је хидраулична бушаћа глава ТPR 400, која је намењена за бушење бушотина пречника 20 ÷ 50 mm у стенама мање и средње чврстоће. Маса ове ротационе главе је 75 kg. Притисак уља на улазу у перкусиони механизам је 12 ÷ 15 MPа, а притисак на улазу у ротациони мотор је до 14 MPа.

Слика 125: Бушаћа глава ТPR 400 (Тamrock)

Brzina bušenja, m/min Брзина бушења, m/min

Од односа излазних снага перкусије и ротације зависи промена брзине бушења са дужином бушотина, што је илустровано сликом 126. Крива 1 се односи на бушаћи чекић ударно-ротационог дејства ПК-50, са енергијом удара од 90 Ј и обртним моментом од 180 Nm, што указује на његово изразито ударно дејство. Крива 2 се односи на напред приказану бушаћу главу БГА-1, са енергијом удара од 70 Ј и обртним моментом од 220 Nm, која се карактерише ротационо-ударним дејством. Бушење је вршено у микрокварцитима (f =12 ÷ 14) до дубине 24 ÷ 40 m. До 14 m дубине, бушаћим чекићем ПК-50 постиже се већа брзина бушења али при већим дубинама предност има бушаћа глава БГА-1. Ово указује да се ударна енергија, са порастом дужине бушотина, губи знатно више од обртног момента. 0.5

0.4

1 0.3

0.2

2 0.1 0 0

5

10

15

20

25

30

Dubina bušenja, m Дубина бушења, m Слика 126: Промена брзине бушења у зависности од дужине бушотина за: 1-бушаћи чекић ПК-50 и 2-бушаћу главу БГА-1

156

Р. Пантовић

9.2. ПРИБОР ЗА РОТАЦИОНО-УДАРНО БУШЕЊЕ Код ротационо-ударног бушења карактеристично је да сечиво круне продире у стену под мањим притиском него код ротационог и при слабијим ударима него код ударног поступка, уз стално обртање бушаћег длета. Бушаћи прибор, којим се преносе статичка и динамичка оптерећења код ротационо-ударног бушења чине: усадник (1) са коничним отвором (гнездом) за бушаћу шипку (2) и круне карактеристичног дизајна (3) (слика 127 а). С обзиром на сложена напрезања којима је изложена бушаћа круна њен облик мора бити прилагођен овим оптерећењима и стога су круне армиране асиметричним сечивима од тврде легуре. По свом облику сечиво представља комбинацију сечива круне код ударног и длета код ротационог бушења (слика 127 б). За бушење меких стена предњи угао оштрења длета треба да износи 10 ÷ 15 о, а за стене средње чврстоће 20 ÷ 25 о. Угао оштрења задње стране сечива износи 45 ÷ 60 о.

а)

б) Слика 127: Бушаћи прибор (а):1 - усадник, 2 - бушаћа шипка, 3 - круна (б) за ротационо-ударно бушење

9.3. БУШАЋА КОЛА Велика маса ротационих бушаћих глава захтева њихово постављање на лафете и потпуну аутоматизацију процеса бушења. Због овога се ротационе бушаће главе постављају на бушаћа кола са аутоматским управљањем. Оваква бушаћа кола користе се за бушење минских бушотина. Бушаћа кола са ротационим главама погодна су за примену у рудницима угља, како за израду минских бушотина пречника 40 ÷ 45 mm, и дужине до 5 m, при изради подземних просторија, тако и за израду бушотина за анкерисање. На слици су показана бушаћа кола СБУ - 2М са три манипулатора (бушаће главе БГА - 1) на гусеничном уређају за кретање (слика 128).

157

Р. Пантовић

Слика 128: Бушаћа кола СБУ-2М са бушаћом главом БГА-1: 1 – гусенице, 2 – манипулатор, 3 – бушаћа глава и 4 - командни пулт

9.4. БУШИЛИЦЕ ЗА БУШЕЊЕ НА ПОВРШИНИ Бушаће главе се користе и за бушење минских бушотина на каменоломима и површинским коповима. На слици 129 приказан је изглед бушилице ROC 601 на гусеничном постољу, која опремљена бушаћом главом ББЕ 57-00, следећим основним карактеристикама : - маса бушаће главе - 170 kg - број удараца клипа - 1950 min -1 - обртни момент - 3,5 kN m - број обртаја -150 min -1. Снабдевање бушилице ROC 601 погонским компримираним ваздухом врши се преко посебног компресора PR 600 масе 1100 kg, који се прикачи за бушилицу и којег бушилица вуче за собом. Компримирани ваздух служи за погон свих мотора на бушилици (четири клипна мотора за погон гусеница, мотора за потисак, ротационог и перкусивног механизма бушаће главе и хидроцилиндара (посредно преко хидромотора)). Брзина кретања бушилице са прикаченим компресором на равном терену може да износи до 4,5 km/h.

158

Р. Пантовић

Маса (kg): 4380 Димензије (mm): дужина са спуштеном катарком 5630 висина са спуштеном катарком 1750 ширина бушилице 2200 дужина гусеница 2470 ширина гусеница 254 размак осовина гусеница 1760

Слика 129: Конструктивне карактеристике бушилице ROC 601: 1 Затезач ланца, 2 - Ланац за посмак, дозвољена вучна сила 10.800 kN, 3 Чекић за бушење ББЕ 57 са клипним мотором јачине 4,5 KS, 4 - Мотор за посмак од 5 KS, довољан за силу посмака од 2.000 kN, 5 - Командна полуга за чекић за бушење и мотора за посмак, 6 - Вођице шипке за бушење, 7 Вибрациона осовина гусеница, 8 - Хидраулично цилиндри за осцилационо вибрирање гусеница, који дозвољавају гипко кретање и независно подешавање гусеница према терену, 9 - Преносници, комбиновани аутоматском кочницом, 10 - Резервоар за уље са клипним мотором од 4,5 KS за хидрауличну пумпу, 11 - Клипни возни мотор од 7 КS, 12 Полуга за послуживање возног мотора, 13 - Полуге за послуживане хидрауличног цилиндара

159

Р. Пантовић

160

Р. Пантовић

10. РОТАЦИОНО - РЕЖУЋЕ БУШЕЊЕ Разарање стена код ротационог бушења врши се под дејством осног притиска и обртног момента који се преносе до бушаћег длета. При ротацији режућег длета на дну бушотине долази до разарања стене смицањем.

10.1. ПРИНЦИП И РЕЖИМ БУШЕЊА Принцип бушења. Процес разарања стене при ротационом бушењу састоји се од узастопног смицања стене, у облику комадића струготине, услед дејства одређене запремине разорене стене («језгра притиска»), која се налази испред сечива длета. Овакав механизам разарања потврђује скоковита промена ангажоване снаге ротационих мотора врталице у времену. Током формирања језгра притиска испред сечива отпор кретању сечива и ангажована снага нагло расту до максималних вредности, а у тренутку смицања стене ангажована снага пада до минималних вредности. Ротационо - режуће бушење може да се, према начину изношења набушеног материјала, подели на: - ротационо (слика 130 а) и - ротационо-спирално (слика 130 б) бушење. Код ротационог бушења набушени материјал се избацује протоком воде или компримираног ваздуха. Код ротационо-спиралног бушења набушени материјал континуирано се избацује из бушотине механички кроз спирални простор између спиралне бушаће шипке и зида бушотине.

а) б) Слика 130 : Принцип ротационог (а) и ротационо-спиралног (б) бушења

161

Р. Пантовић

Режим бушења. Параметре режима бушења представљају осна сила, број обртаја и интензитет чишћења бушотина. Са повећањем чврстоће стена неопходно је повећавати осну силу и смањивати број обртаја. При лошем чишћењу бушотине долази до повећане потрошње прибора и пада брзине бушења. Са порастом осне силе брзина бушења расте до одређене границе, преко које даљи пораст бива успорен због недовољног одстрањивања бушаће ситнежи са чела бушотине. При малом потиску разарање има карактер абразије, са малим учинком, док при превеликом потиску долази до великог хабања и честих ломова сечива. Са порастом броја обртаја длета брзина бушења се у почетку пропорционално повећава, а потом се прираст брзине смањује. При великом броју обртаја долази до појаве јаких вибрација бушаћег прибора и бушилице (врталице). У принципу целисходно је применити што веће осне притиске, а број обртаја бирати према дозвољеном нивоу вибрација при бушењу. Чишћење бушотина. Продукти разарања удаљавају се из бушотине, механички помоћу спиралних шипки, циркулацијом воде или компримираног ваздуха или комбиновано. Механички поступак уклањања ситнежи из бушотине остварује се тако што спирална шипка бушаћег сврдла захвата издробљени стенски материјал на челу бушотине и транспортује га дуж шипке до уста бушотине. Испирање бушотина водом изводи се бочним довођењем воде у бушаћу шипку помоћу испирне главе, као код ручних бушаћих чекића. Шипке бушаћег сврдла и круна имају по средини израђен канал за пролаз воде. При одстрањивању бушаће ситнежи компримираним ваздухом могу се применити уређаји за отпрашивање. Губитак бушотине (до 15%) услед непотпуног удаљавања набушеног материјала из бушотине, представља значајан недостатак спиралног бушења. Због овога се примењује спирално-пнеуматска технологија чишћења чела бушотине, при чему се кроз спиралне цеви на чело бушотине убацује компримирани ваздух (до 2 ÷ 5 m3/min), нагло повећавајући ефикасност чишћења чела бушотине и снижавајући обртни момент на ротационој глави. На овај начин је омогућено бушење дубљих бушотина Опрема за бушење. При ротационом бушењу јављају се велике силе трења, услед чега се сечива брзо тупе, па је бушење ограничено на мекше и средње чврсте стене. Ротационе бушилице у меким стенама остварују веће капацитете од бушилица ударног дејства. Поред тога, оне обезбеђују веће могућности директног коришћења електричне енергије, а ергономски услови, при њиховом раду, су знатно повољнији (мањи су бука и вибрације и емисија прашине). Према облику погонске енергије ротациони мотори машина за ротационо бушење, могу бити: пнеуматски, електрични и хидраулични. Према снази и начину држања могу се разликовати ручне и стубне врталице и лафетне полумеханизоване и механизоване бушилице.

162

Р. Пантовић

10.2. ОПРЕМА ЗА РОТАЦИОНО БУШЕЊЕ У ПОДЗЕМНИМ РУДНИЦИМА За ротационо бушење у подземним рудницима могу се користити ручне врталице, стубне врталице и ређе бушаћа кола са ротационим главама.

10.2.1. Ручне врталице Ручне врталице су намењене за бушење бушотина пречника до 50 mm и дубине до 4 m у меканим и умерено тврдим стенама са коефицијентом чврстоће f < 6 (угаљ, глинени шкриљци; меки кречњаци; туфови; глинци; уљни шкриљци), углавном у подземним рудницима угља. Према погону врталице могу бити: пнеуматске и електричне. Ручне пнеуматске врталице имају једноставну конструкцију и малу масу (2,5 ÷ 10 kg). Раде при притиску ваздуха од 0,4 ÷ 0,5 MPа, при чему обезбеђују од 200 обртаја сврдла (за тврде стене) до 500 и више обртаја за угаљ. Бушење се врши при осном притиску до 300 N. Снага пнеуматских врталица креће се између 1 ÷ 1,5 kW. На слици 131 приказана је пнеуматска врталица у пресеку (а) и при раду у угљу (б).

Излаз ваздуха

Улаз ваздуха

а) б) Слика 131: Ручна пнеуматска врталица (а): 1-кућиште, 2-ротор, 3-двостепени планетарни редуктор, 4-поклопац коморе, 5-статор, 6-текстолитне плочице, 7-комора за пригушење буке, 8-вретено, 9-чаура, 10-ручица за пуштање ваздуха; (б) рад са пнеуматском врталицом («Трудбеник» - Добој) Погон ручних електричних врталица обезбеђује трофазни електромотор, који преко редуктора окреће чауру, у коју се умеће сврдло. Постоје конструкције са једним и са два степена преноса. Маса електричних врталица налази се у распону 12 ÷ 24 kg, са снагом електромотора од 0,8 ÷ 1,7 kW. Повећање снаге врталице могуће је постићи повећањем броја обртаја електромотора, без повећања масе

163

Р. Пантовић

самог мотора. За ово се користе високо фреквентни мотори, који уместо при фреквенци струје од 50 Hz, раде при фреквенци од 150 и више Hz. Овакве врталице познате су под именом високофреквентне врталице. На слици 132 а приказана је пресек електричне врталице а на слици 132 б њен општи изглед. Параметри режима бушења ручним врталицама (осна сила – Pо и број обртаја nо ), за пречнике бушотина 40 ÷ 45 mm, могу да се одреде према следећим емпиријским изразима:

P0 ≥ 0,35 ⋅ f , kN n0 = 36 / f , min-1

(44) (45)

10.2.2. Стубне врталице Стубне врталице, масе 100 ÷ 120 kg, постављају се на стуб, који се разупире о зидове јамске просторије (слика 132 в). Њихова снага се креће од 2,5÷5 kW. Примењују се за израду бушотина у стенском материјалу, са коефицијентом чврстоће од f = 5÷10. Пречник бушотина је 75 mm и више, а дубина до 5 m. Број обртаја бушаћег прибора креће се у границама од 60÷100 min-1, што зависи од стене у којој се изводи бушење. За обезбеђење и регулисање потиска стубних врталица, који треба да се креће у опсегу 2÷15 kN, користе се механички уређаји за потискивање. Најчешћи поступак потискивања врталице у току рада остварује се уз помоћ вретена са озубљењем. б)

в)

а) Слика 132: Ручна електрична врталица у пресеку (а и б) и на стубу (в): 1 - електромотор, 2 - лежајеви, 3 - ротор, 4 - вентилатор, 5 - капак, 6 - кућиште са рукохватом, 7 - чаура вретена, 8 - зупчаници редуктора, 9 - вретено, 10 - прекидач

164

Р. Пантовић

10.2.3. Бушаћа кола Електричне или хидрауличне врталице могу да се монтирају на лафете бушаћих кола. На слици 133 приказана су бушаћа кола, која су опремљена са две електричне врталице снаге по 7 kW. Маса ових бушаћих кола је 3,8 t.

Слика 133: Бушаћа кола КБМ-3 са врталицама: 1-електрична врталица, 2-манипулатор, 3-хидраулична пумпа, 4-командни пулт, 5шасија, 6-хватач шине, 7-ваљци за пребацивање

10.3. ОПРЕМА ЗА РОТАЦИОНО БУШЕЊЕ НА ПОВРШИНСКИМ КОПОВИМА 10.3.1. Лаке бушилице са режућим длетима и спиралним шипкама За бушење вертикалних и косих минских бушотина, пречника 100÷300 mm у стенама чврстоће f < 6 (максимално до f = 10), могу да се примене лаке полумеханизоване и механизоване бушилице са спиралним шипкама (сврдлима). На слици 134 а приказана је једна лака бушилица која је постављена на цевастом раму 1 са вођицама за ротациону главу 2. Ротациона глава се састоји од електромотора и редуктора, са чије доње стране се спаја бушаћа колона, коју чине спиралне шипке 3. Премештање бушилице се врши помоћу корачајућег механизма, осни притисак на длето се предаје од масе ротационе главе и бушаће колоне. Вођице ротационе главе при бушењу могу да се поставе у вертикални или кос положај са углом нагиба до 60°. Са овим бушилицама успешно се могу бушити мекше стене (f < 3). На слици 134 б приказана је бушилица са спиралном шипком, која је постављена на камиону. Због малих капацитета и ограничених могућности примене ове бушилице уступају место комбинованим ротационим бушилицама.

165

Р. Пантовић

б) а) Слика 134: Конструктивна шема лаке бушилице (СБР-125) за спирално бушење (а): 1-основа бушилице; 2-ротациона глава; 3-горњи блок за подизање ротационе главе; 4 и 6 -корачајући механизам; 5-ручице за управљање; 7-спирална шипка. Општи изглед бушилице монтиране на камиону (б)

10.3.2. Тешке ротационе и комбиноване бушилице Самоходне средње тешке и тешке бушилице за ротационо бушење, на гусеницама или гуменим точковима, примењују се на површинским коповима угља и уопште при бушењу меких стена, са коефицијентом чврстоће f < 6 (максимално 10), до дубине од 40 m. Могуће је бушење вертикалних и косих бушотина са нагибом до 300 у односу на вертикалу. Тешке ротационе бушилице могу да обезбеде велики обртни момент (до 10 kN m), са одговарајућом осном силом (до 50 kN). Број обртаја креће се од 120÷250 min-1. Сменски капацитет бушилица, зависно од чврстоће стена и дубине бушотина, креће се у распону 30÷150 m. Поједини типови ротационих бушилица могу да се примене за бушење режућим длетима, троконусним крунама, ронећим чекићима, или при некој комбинацији наведених поступака бушења. Такве комбиноване ротационе бушилице омогућавају избор најповољније методе бушења у стенама различите бушивости. Фабрика грађевинских машина ФАГРАМ - Смедерево, произвела је ротациону хидрауличну бушилицу БРХ 80-36, која је приказана на слици 135. Ова комбинована бушилица омогућава: - ротационо бушење режућим длетима са спиралним шипкама у стенама мање чврстоће, - ротационо бушење длетима у стенама средње чврстоће и - ударно-ротационо бушење ронећим чекићем у стенама велике чврстоће (до 180 MPа).

166

Р. Пантовић

Сила потиска од 80 kN омогућује бушење бушотина пречника до 130 mm, а код мекших стена када се ради са спиралним сврдлом и до 150 mm. Дубина минских бушотина је до 36 m. Лафет на себи носи: магацин за цеви, хидраулична клешта за преношење цеви, редуктор са хидро мотором за посмак, колица са хидромотором и редуктором за ротацију као и испирну главу. На доњем делу лафета постављени су: вођица цеви, доња клешта, клешта за одвијање цеви и усисна капа. Померање колица за посмак врши се преко ланца. За ходни строј бушилице употребљен је доњи строј багера БГХ610 »4 октобар» - Крушевац. Хидростатички систем трансмисије за кретање бушилице и трансмисија доњег строја омогућавају лако кретање и управљање гусеницама. Лева и десна гусеница бушилице добијају погон од хидромотора, преко зупчастих редуктора. У кабини се налазе сви командни уређаји за вожњу, бушење као и контролни инструменти. Хидростатички систем. Кретање машине, рад радних уређаја и управљање машином врши се преко хидростатичких система и механичких преносника. Две клипно аксијалне пумпе БПВ-70 ЛХФ (Прва Петолетка - Трстеник) напајају два одвојена хидраулична круготока. Оба круготока употребљавају се наизменично по потреби за вожњу бушилице или за бушење. За вожњу се употребљава за сваку гусеницу посебна пумпа. Код бушења једна пумпа служи за потисак, а друга за ротацију. Постоје још две зупчасте пумпе, од којих једна служи за погон мотора вентилатора отпрашивача, а друга за погон свих хидроцилиндара. За чишћење бушотина ваздухом користи се компресор 704-3 (ФАГРАМ), капацитета 10,5 m3/min, под притиском од 7 бара. Рад компресора обезбеђује дизел мотор са воденим хлађењем Ф505А (ФАМОС) снаге 78 kW при 1450 о/min. Отпрашивач. Честице из бушотине, одлазе са ваздухом за испирање преко усисне капе у циклон за одвајање прашине, који је опремљен центрифугалним вентилатором. Капацитет вентилатора је 1500 m3/h а подпритисак који остварује износи 2200 Pа. Вентилатор се покреће помоћу хидромотора, а укључивање и искључивање вентилатора врши се из кабине. У табели 34 наведене су основне карактеристике ове бушилице.

167

Р. Пантовић

Слика 135: Бушилица БРХ 80 - 36, ФАГРАМ - Смедерево Табела 34: Tехничке карактеристике бушилице БРХ 80 - 36 Сила потиска

80 kN

Снага мотора

94 kW

Брзина потиска

0 ÷ 30 m/min

Дизел мотор за покретање компресора

ФАМОС Ф505А

Пречник бушаће цеви

76,1; 88,9 mm

Снага мотора

78 kW

Дужина бушаће цеви

4m

Тип компресора

ФАГРАМ 704-3

Број цеви у магацину

8

Капацитет компресора

10,5 m3/min

Пречник бушотине

90 ÷ 130(150) mm Притисак ваздуха

0,7 MPа

Максимална дубина бушења

36 м

Брзина кретања бушилице

3 km/h

Обртни момент ротационе главе Број обртаја бушаће цеви

0 ÷ 4,2 kN m 0 ÷ 90 min-1

Тежина бушилице 18 т Окретање горњег дела у односу на постоље 90 ( о)

Могућност бушења под углом

0 ÷ 85 ( о )

Дизел мотор за покретање машине ФАМОС Ф508А

Могућност савлађивања успона

36 %

Капацитет отпрашивача

1500 m3/h

168

Р. Пантовић

10.4. ПРИБОР ЗА БУШЕЊЕ 10.4.1. Бушаћи прибор за ручне врталице Бушаћи прибор за ручне врталице састоји се од длета и шипки. Некада се шипка са длетом назива сврдло. Сврдло може бити интегрално или са изменљивим длетом (слика 136 а). Бушаће шипке су најчешће спиралне (слика 136 а), али могу бити и шестоугаоне и округле. Корак спирале, код спиралних шипки, креће се у границама од 70 ÷ 160 mm а дужина сипки од 1,2 ÷ 3,0 m. Механичко изношење бушаће ситнежи помоћу спиралних шипки, може бити потпомогнуто одређеном количином воде или ваздуха, који се доводе, кроз бушаћу шипку, до чела бушотине. Када се чишћење бушотина остварује испирањем, шипке за бушење немају спиралу, већ канал по средини, који служи за пролаз воде. Длета се састоје од тела са усадником за спајање са бушаћом шипком. Длета за меке стене имају дуга сечива (пера), док су код длета за средње чврсте стене сечива краћа а тело длета масивније (слика 136 б). Сечива представљају плочице одговарајућег облика израђене од тврде волфрам-карбидске легуре. Према облику разликују се двокрака и стреласта длета. Стреласта длета служе за бушење у тврђим, а двокрака у мекшим стенама (угаљ). Усадник длета, којим се оно причвршћује за шипку, најчешће је конусног или цилиндричног облика, са урезом или отвором за учвршћивање помоћу расцепке. Век бушаћих длета износи 50 ÷ 150 m, зависно од чврстоће стене. Потрошња спиралних шипки креће се од 4 ÷ 20 kg на 1000 m бушотина.

б)

а)

Слика 136: Бушаће сврдло (а): 1- усадник шипке, 2 - шипка, 3 - длето. Изменљива бушаћа двокрака и стреласта длета (б)

10.4.2. Прибор за спирално ротационо бушење При спиралном бушењу бушотина великог пречника помоћу ротационих бушилица, као прибор, користе се спиралне бушаће шипке и режућа длета. Спиралне бушаће шипке (слика 137 а) преносе осну силу и обртни момент на бушаће делто и износе из бушотине бушаћу ситнеж. Ове шипке представљају цеви на које је по спиралној линији споља наварена челична трака. Величина корака спирале зависи од чврстоће и влажности стена и броја обртаја бушаће колоне.

169

Р. Пантовић

Режућа длета имају две основне варијанте и то са неизменљивим и изменљивим резним елементима (слика 137 б). Длетима са изменљивим сечивима обезбеђује се формирање неравног чела бушотине, што доводи до смањења потрошње енергије при бушењу и повећања брзине бушења. Иако су длета са изменљивим сечивима скупа, заменом само поломљених сечива обезбеђују се нижи трошкови прибора за бушење. а)

б)

Слика 137: Спиралне бушаће цеви (а) и бушаћа длета са неизменљивим и изменљивим сечивима (б)

10.4.3. Длета за режуће ротационо бушење Режућа длета са изменљивим сечивима (слика 138) израђују се и за ротационо режуће бушење са округлим бушаћим цевима, при чишћењу бушотина ваздухом. Распон пречника ових длета је 150 ÷ 450 mm.

а)

б) в) Слика 138: Бушаћа длета са изменљивим сечивима (Baker Hughes): делта за меке (а) и средње чврсте стене (б). Длето за ротационо степенасто бушење у меканим стенама (в)

170

Р. Пантовић

11. РОТАЦИОНО БУШЕЊЕ ТРОКОНУСНИМ КРУНАМА Најраспрострањенији поступак бушења на површинским коповима представља бушење минских бушотина ротационим бушилицама са троконусним крунама. Овим поступком врши се бушење вертикалних и косих бушотина, великих пречника (најчешће 160 ÷ 320 mm) и дубине до 60 m, у средње чврстим и чврстим стенама. Због своје ефикасности, која се огледа у великим учинцима и релативно малим трошковима бушења, ове бушилице постале су доминантне. Преко 80 % свих бушотина на великим површинским коповима у свету избуши се троконусним крунама. На мањим, коповима и каменоломима, где се примењују мањи пречници минских бушотина у примени су бушилице са ронећим и лафетним бушаћим чекићима. У подземној експлоатацији ретко се примењује бушење троконусним крунама.

11.1. ПРИНЦИП БУШЕЊА Принцип бушења троконусним крунама састоји се у следећем. Бушилица преко бушаћих цеви предаје круни велику осну силу и велики обртни момент (слика 139), што указује на величину ротационих бушилица. На три крака круне монтирани су конуси са зубима или уметцима од тврде легуре. Контакт конуса са стеном на челу бушотине приморава их да се, при ротацији бушаће колоне, окрећу око своје осе и осе кракова круне. На тај начин конуси се налазе у релативном кретању у односу на бушаћу колону, котрљајући се по челу бушотине.

Велики притисак

Слика 139: Велики осни притисак и обртни момент карактеришу бушење троконусним крунама

171

Р. Пантовић

Осном силом обезбеђује се велики притисак круне на чело бушотине (између 0,15 ÷ 0,3 t/cm), што доводи до великих напрезања на контактима стена-круна. Када су та напрезања довољно висока долази до разарања стене и утискивања зуба или уметака круне у стену. Распоред уметака на конусима обезбеђује контакте у различитим тачкама на челу бушотине, што доводи до разарања стене по читавом пресеку бушотине. Контакт између појединих зуба и стене траје врло кратко (2÷3 ms), уз високу концентрацију напрезања, тако да овај поступак бушења према механизму разарања стене има карактер ударног бушења (слика 14 и 15). Одстрањивање продуката разарања са дна бушотине врши се компримираним ваздухом или смешом ваздух-вода, који се до чела бушотине доводе кроз бушаћу колону.

11.2. ПАРАМЕТРИ РЕЖИМА БУШЕЊА Под режимом ротационог бушења троконусним крунама подразумева се одређена комбинација осне силе, броја обрта круне и количина ваздуха за чишћење бушаће ситнежи, при којима се врши бушење. Избор рационалних режима рада бушилице представља изузетно важан проблем, чијим се решавањем утврђује зона рада бушилице са високом капацитетом, уз минималне трошкове бушења. Та зона се најпоузданије утврђује експериментално сагледавањем промена брзине бушења у зависности од режима рада, показатеља временског искоришћења бушилице и века троконусних круна. Избор параметара режима бушења везан је са избором бушаће круне. Применом одговарајућег режима бушења перформансе круне долазе до пуног изражаја. На стену која се буши, неопходно је пренети одређену енергију у облику притиска круне и ротационе снаге.Основни циљ је обезбеђење оптерећења, којима се ефикасно могу савладати отпор стене на притисак и смицање.

11.2.1. Осна сила Осна сила омогућава утискивање зуба у стену, односно њено разарање. Осна сила се бира према чврстоћи стена, пречнику и типу круне. Максимална дубина утискивања зуба (уметака) троконусних круна у стену треба да износи 75 ÷ 80 % његове висине. Висина челичних зуба износи 10 ÷ 15 mm а уметака од тврдог метала 15 ÷ 20 mm. Осна сила одређује обим разарања при једином обртају круне. При малим осним силама, ефекат разарања је мали и долази до такозваног површинског разарања стене и скраћивања века круне. Са повећањем осне силе долази до запреминског разарања стене уз пропорционални пораст разорене запремине стене. Ово доводи до повећања брзине бушења, смањења вибрација и повећања века круне. Пораст обима разарања прекида се када се смањи ефикасност одстрањивања разорене бушаће ситнежи са дна бушотине.

172

Р. Пантовић

Максималне вредности осног притиска зависе од: чврстоће зуба (уметака), чврстоће кракова круне, броја обртаја круне, типа и величине лежајева круне. Са повећањем пречника круне она издржава све веће осне силе по јединици пречника. Због овога је у чврстим стенама ефикаснија примена круна већих пречника (269 ÷ 320 mm). Круне великог пречника омогућавају размештај јачих конуса круне са великим бројем зуба (уметака), због чега се код њих могу допустити веће осне силе. Максимална осна сила (Po max), одређује се према следећем емпиријском изразу:

Po max = 5600 ⋅ d 2

, (kN)

(46)

где је: d - пречник бушотине (m). Осна сила неопходна за разарање стене одређене чврстоће оријентационо може да се одреди према изразу:

Po = k ⋅ σ p ⋅ d

, (kN) (47) где су: k = 6 ÷ 8 - коефицијент, чије веће вредности одговарају крунама већег пречника σp - гранична чврстоћа стене на једноосни притисак (MPа). Најпогоднијим вредностима осног притиска можемо сматрали вредности у опсегу Pо ± 10 %. Поред напред наведене, постоје и друге емпиријске формуле за одређивање осног притиска. Међутим, препоруке произвођача и стечено практично искуство треба да буду основе за избор величине осног притиска. Савремене бушилице омогућавају подешавање осног притиска, који се са бушилице преко цеви преноси на круну, у границама од нуле до неке максималне величине која зависи од масе и конструкције бушилице. Због појаве нових типова троконусних круна, код којих уметци од тврде легуре имају заоштрене врхове и знатно већу висину изнад тела конуса, запажа се тенденција смањења осних притисака уз очување величине специфичних напрезања на контакту зуба са стеном.

11.2.2. Број обртаја Од броја обртаја круне зависи брзина бушења и век круне. Са повећањем броја обртаја до одређене вредности, повећава се број удараца зуба о чело бушотине у јединици времена, па се тиме повећава и брзина бушења. Међутим, са даљим повећањем броја обртаја смањује се време контакта између стене и зуба, па је преко одређене границе расположиво време контакта недовољно за разарање односно утискивање зуба у стену. Ово доводи до одговарајућег пада брзине бушења. Посебно код седиментних стена, које се одликују пластичношћу. Превелика брзина ротације доводи до прегрејавања и заглављивања лежајева повећаног ломљења зуба или уметака. Нагло расту

173

Р. Пантовић

контактна оптерећења у жлебовима лежајева у конусима и на краковима круне. Повећање брзине ротације (преко 90 о/min), по правилу доводи до појачања вибрација бушаће колоне. Посебно су опасне резонантне осцилације, које се јављају у случају изједначавања фреквенција сопствених осциловања бушаће колоне и изазваних осцилација круне. Због овога брже страдају лежајеви па бушење постаје скупље због веће потрошње круна. Савремене бушилице омогућавају измену броја обртаја од нуле до 200 о/min и више, али питање оптималног броја обртаја остаје отворено. Врло је важно да се, за конкретне услове, утврде оптимални режими експлоатације расположивог парка бушилица са троконусним крунама. Међутим, само дужим теренским праћењима и анализом може се доћи до оптималних параметара режима бушења за одређени тип круне у одређеним врстама стена, при којима се постижу минимални трошкови бушења. Просечне препоруке већег броја произвођача троконусних круна за максимално дозвољене осне силе (Po max) уз одговарајући гранични број обрта круне (nо), за дати пречник круне и чврстоћу стене наведене су у табели 35. Табела 35: Препоручљиви параметри режима бушења Пречник бушотине (d), mm

19

Осна сила (Pо mаx), kN k0 = Pо mаx/d, kN/mm

184

200

229

251

270

135

160

200

250

280

0,8

0,87

1,0

1,1

1,12

Максимална чврстоћа стене (σp), MPа

114

124

143

157

Број обртаја (nо), min-1

80

75

70

65

311

350

381

400

325

400

455

500

550

1,2

1,29

1,3

1,31

1,38

160

172

184

186

187

196

60

55

50

45

40

30

Сами произвођачи троконусних круна дају прецизније препоруке за избор осног притиска, што је илустровано дијаграмом на слици 140. Са повећањем чврстоће стена рационалне вредности осних сила се увећавају, а број обртаја се смањује.

174

Р. Пантовић

Прогнозна брзина бушења (m/min)

Чврстоћа стена на притисак (МPа)

Број обртаја (о/min)

Осна сила (kN/cm)

Слика 140: Дијаграм за избор параметара режима бушења и процену брзина бушења за троконусне круне фирме Smith-Gruner

11.2.3. Одстрањивање бушаће ситнежи Током бушења неопходно је обезбедити чишћење површина круне и чела бушотине од бушаће ситнежи. Одстрањивање бушаће ситнежи из бушотина може се вршити компримираним ваздухом или смешом ваздухвода. Бројна истраживања потврдила су да уколико није обезбеђено ефикасно чишћење бушотине долази до додатног уситњавања бушаће ситнежи на челу бушотине и пада брзине бушења. Дуже задржавање бушаће ситнежи на челу бушотине доводи до њеног додатног уситњавања. Напредовање круне мора бити праћено одговарајућим параметрима издувавања бушотине. Ефикасно чишћење бушаће ситнежи постиже се обезбеђењем одговарајуће брзине струјања компримираног ваздуха између зидова бушотине и бушаћих цеви. Ова брзина постиже се подешавањем односа између капацитета компресора на бушилици, пречника бушотине и пречника бушаћих цеви.

175

Р. Пантовић

Везу између наведених елемената даје формула за одређивање неопходног протока ваздуха за задате услове бушења:

Qv =

π ⋅ (d 2 − d bc2 ) 4

⋅ vv

, (m3/s) (48) где су: Qv - неопходна количина ваздуха за издувавање ситнежи из бушотине (m3/s), d - пречник бушотине (m), dbc - пречник бушаће цеви (m) и vv - неопходна брзина ваздуха између зидова бушотине и бушаћих цеви (m/s). Неопходна брзина струјања ваздуха (vv) износи преко 25 m/s, за стене средње густине и испод 35 m/s за велике стене густине. Дозвољава се брзина до 47 m/s за влажне стене велике густине. За суве бушотине препоручују се брзине vv = 20 ÷25 m/s. Критични фактор обезбеђења ефикасног издувавања бушотине је балансирање односа површине анулуса и капацитета компресора. За задати капацитет компресора и пречник бушотине, неопходна брзина ваздуха може бити обезбеђена избором одговарајућег пречника бушаће цеви, полазећи од претходног израза:

dbc = d 2 −

4 ⋅ Qv π ⋅ vv

, (m) (49) Треба имати у виду да капацитет компресора зависи од конкретних услова рада. Промена надморске висине је на пример један од фактора који значајно утиче на капацитет компресора. Корективни фактор надморске висине (kh), којим треба помножити номинални капацитет компресора, како би се за одређену надморску висину добио његов стварни капацитет, може оријентационо да се одреди према следећем изразу:

kh = 1 −

hn 9500

(50)

где је: hn - надморска висина (m). Поред брзине струјања ваздуха за ефикасно чишћење минских бушотина врло је значајна величина пада притиска ваздуха из отвора на круни. Одређени пад притиска омогућава преусмеравање ваздуха према лежајевима. Повећање пада притиска ваздуха обезбеђује се уградњом млазница са мањим отворима.

176

Р. Пантовић

11.3. РОТАЦИОНЕ БУШИЛИЦЕ ЗА БУШЕЊЕ ТРОКОНУСНИМ КРУНАМА 11.3.1. Основни делови бушилица Ротационе бушилице за бушење троконусним крунама састоје се од следећих основних склопова: - ходног строја са платформом, - машинског одељења, - торња и уређаја за његово подизање и спуштање, - уређаја за обезбеђење ротације и осне силе, - уређаја за спуштање и подизање бушаће колоне и њено навртање и одвртање, - хидрауличних папуча за хоризонтирање бушилице и - кабине бушачаоператера. Поред овога, бушилице су опремљене системима за чишћење чела бушотине, обарање прашине и климатизацију. На слици 141 приказан је општи изглед једне ротационе бушилице, а на слици 142 приказани су основни делови бушилице М-4 фирме Marion.

Слика 141: Општи изглед ротационе бушилице фирме Јоy

177

Р. Пантовић

Слика 142 : Основни делови бушилице М-4 (Мarion): 1- бушаћи сто, 2 – ланчаник за потисак , 3 – редуктор, 4 – ротациони мотор, 5 – торањ (катарка), 6 – стајалиште са оградом, 7- кабина руковаоца, 8 – контролна табла, 9 – командни пулт, 10 – мотор за осни притисак, 11 – гусенице, 12 – задња осовина, 13 – предња осовина, 14 – кућиште погонског мотора гусеница, 15 – бочни рам шасије, 16 – задња хидраулична стопа, 17 – помоћна хидраулична пумпа, 18 – предња хидраулична стопа, 19 – главни рам, 20 – хидроцилиндар за закошење и обарање торња, 21 – електро-хидраулички блок, 22 – главни компресор, 23 – група мотор – генератор, 24 – помоћни компресор, 25 - систем за отпрашивање кућишта бушилице, 26 – хладњак компресора, 27 – главни трансформатор, 28 - машинско одељење

Код већине бушилица примарни погон обезбеђује електрична енергија, која се даље на бушилици трансформише у друге облике енергије. Улазни напон код појединих тешких бушилица достиже чак 6000 V. Дизел погон се користи ретко, и то када не постоје могућности снабдевања електроенергијом.

178

Р. Пантовић

Принципијелна шема компоновања бушилица практично је иста код свих произвођача. Основне разлике су у избору типа основних погона и распоређивању опреме на платформи бушилице. Неке фирме су задржале традиционалне комбиноване системе погона. На пример, Harrnischfeger и Dresser-Marion користе електрични погон ротационе главе и хидраулични погон за потисак, Bucurus Erie у основи користи електрични погон, а Ingersoll Rand и Тamrock - Drilltech примењују само хидраулични погон. Електрични погон једносмерне струје, који се још увек примењује, врло је гломазан, захтева сложене и скупе системе управљања, високу обученост персонала који опслужује бушилицу. Увођење хидрауличног погона за основне моторе на бушилици, омогућава: смањење маса бушилица, бољу регулацију режима бушења, једноставније управљање и одржавање. Код многих модела бушилица постоји могућност, да се уместо троконусним крунама, бушење врши применом ронећих бушаћих чекића. Ходни строј бушилица може бити постављен на гусенице или, ређе, на гумене точкове. За погон гусеница за кретање углавном се примењује индивидуални хидраулични погон са планетарним бочним преносом, чиме се постижу задовољавајуће маневарске могућности бушилица. Због велике поузданости и трајности, произвођачи своје бушилице најчешће опремају комплетним гусеничним склоповима фирми Caterpillar и Intertrak. Торањ бушилице представља просторну решетку на којој су смештени: ротациона глава са бушаћом колоном, механизам потиска, механизам за навртање и одвртање бушаћих цеви, уређај за косо бушење и други уређаји. У односу на дужу осу бушилице, торњеви могу да имати бочни или централни положај. При бочном положају торња за наношење осне силе може се искористи највише 50 ÷ 60 %, а при централном до 80 % масе бушилице. Међутим, бочним положајем омогућава се бушење бушотина у близини ивице етаже. Постоји сталан тренд повећања висина торња (преко 25 m). Данас постоје бушилице са којима се бушотине дужине до 18 m могу избушити, користећи само једну бушаћу цев (single pass). На овај начин значајно се смањује утрошак времена на помоћне операције, везане са навртање и одвртање бушаћих цеви. Непрекидно бушење до коначне дубине бушотине омогућава повећање капацитета бушилица за 25 ÷ 30 % и погодује стабилном раду и продужењу века троконусних круна. Међутим, високи торњеви постављају строжије захтеве према поравнавању етажа. За погон ротационе главе могу се користи хидромотори и електромотори. Већина модела се израђује са вршним положајем ротационе главе, што омогућава боље искоришћење висине торња за увећање хода потиска бушаће колоне и стварање допунског притиска на чело бушотине. Знатно ређе се користи погон ротора са роторним столом, који предаје обртни момент профилисаној бушаћој цеви. Такав погон

179

Р. Пантовић

примењује се код бушилица, које користе само једну бушаћу цев (бушилице DM-25SP и DM-35SP, Ingersoll Rand). Непрекидни потисак бушаће круне на чело бушотине остварује се пре свега зупчастим и ланчано-зупчастим потисним механизмима са хидропогоном. Код неких бушилица осни притисак на круну стварају хидраулични цилиндри уз помоћ система котурача или система цилиндара са хидропогоном. Овакви механизми обезбеђују сталну силу потиска, на дужини од 6,5 до 23 m. Одстрањивање набушене ситнежи остварује се компримираним ваздухом или ваздушно-воденом смешом. За обезбеђење неопходне количине ваздуха бушилице су опремљене компресорима одговарајућег капацитета. Ради образовања ваздушно-водене смеше, која се додаје на чело бушотине за чишћење и обарање прашине, поједине бушилице опремљене су резервоарима са водом. Бушилице су опремљене системима за отпрашивање са филтерима у облику џакова. Савремена ротациона бушилица је скуп производ високе технологије, која укључује најновија достигнућа у области механике и погона, система управљања и електронике. Потреба примене различитих специфичних система детаља и компоненти, натерала је већину произвођача да користе делове које производе специјализоване фирме. То су делови за комплетирање бушилица: компресори, пумпе и мотори, електрична и хидраулична опрема.

11.3.2. Карактеристике бушилица појединих произвођача У свету се данас производи око 80 модела бушилица намењених за бушење троконусним крунама. Водећи произвођачи ротационих бушилица за бушење троконусним крунама су фирме: Bucurus Erie, Јоy, Indresco/Marion, Robbins, Gardner Denver, Ingersoll Rand, Reedrill, Schramm, Harnischfeger P&H, Hausherr, Тamrock –Drilltech, Рудгормаш. Бушилице америчких фирми конструисане су тако да је са њима могуће бушити минске бушотине са широким распоном пречника. На пример бушилица 55-R (Bucurus Erie) омогућава измену пречника круне 171 ÷ 311 mm. Бушилице фирме Bucurus Erie одликују се великом снагом електромотора и масом. На бушилицама се примењује погон ротационе главе и потиска круне преко мотора једносмерне струје са Вард-Леонардовом претварачком групом, који су постављени на покретном постољу (колицима), које се креће дуж торња помоћу безланчаног механизма са озубљеном шином (модели 49-R, 65-R и 67-R). Велика конструктивна дужина покретног постоља (5 ÷ 6 m код крупних бушилица и њихова велика маса погоршавају параметре торња и доводе до повећања масе бушилице, која достиже 170 t код модела 67-R. Путовање се врши помоћу мотора једносмерне струје са Вард-Леонард-овом претварачком групом. На површинским коповима Рудника бакра Бор користе се модели 45-R и 60-R. Са овим бушилицама могу се бушити вертикалне и косе бушотине са нагибом до 30° (корак 5°). Подизање торња врши се са два

180

Р. Пантовић

хидраулична цилиндра. На бушилицама су инсталирани компресори типа Allis Chalmers. Основне димензије бушилице 45 R су: дужина са обореним торњем 17,68 m; дужина са подигнутим торњем 11,15 m; висина са подигнутим торњем 17,48 m; висина са спуштеним торњем 5,28 m; ширина са отпрашивачем 5,58 m; транспортна ширина 3,28 m. У табели 38 наведене су још неке карактеристике ових бушилица. Бушилице фирме Ingersoll Rand су опремљене само једним моћним основним мотором (електрични високонапонски или дизел), који обезбеђује погон компресора и пумпне станице. Пумпна станица обезбеђује хидроенергију за све потрошаче на бушилици, који углавном раде у посебним режимима рада. Овакав систем омогућава значајно снижење инсталисане снаге електромотора и хидромотора и рационалнију расподелу енергије између унутрашњих потрошача на бушилици. Погон ротационе главе бушилице врше аксијално-клипни хидромотори. Модел ДМ-М2 има оригинални систем потиска, кога чине хидроцилиндри и ужетне котураче, чиме се обезбеђује затезно оптерећење торња. Ово је омогућило смањење масе торња која износи 0,7 t по метру дужине. Бушилице фирме Harnischfeger типова GD-100 и GD-120 по конструкцији су у много чему сличне са моделима 60/61-R фирме Bucurus Erie. Разлика је у врло гломазном систему ланчаног преноса погона потиска. Руске бушилице типа СБШ састоје се од следећих основних елемената: гусеница са независним погоном сваке гусенице, машинског дела са уљном станицом, компресора са електроопремом, торња, механизама потиска и ротације, механизма навртања и одвртања бушаћих цеви, уређаја за обарање прашине или резервоара за воду, кабине бушача, хидрауличног и пнеуматског система. Подизање и спуштање торња остварује се помоћу два хидроцилиндра, а хоризонтирање бушилице помоћу три или четири хидроступца. Бушилица СБШ-250-32МНА (слика 143) монтирана је на гусеничном строју. Рам бушилице постављен је на попречним гредама гусеничног обртног строја. На раму су размештени основни механизми. Торањ бушилице стабилизује се на два ослонца, а у транспортни положај спушта се помоћу механизма за обарање. У машинском делу бушилице налазе се три хидрауличне пумпе, пумпа за испумпавање воде, пумпа за орошавање радилишта. Бушилица има вијчани компресор. За чување резерви воде у предњем делу бушилице постоји резервоар запремине 2,7 m3 са електричним загревањем. Са леве стране бушилице налази се кабина за управљање механизмима, која је опремљена клима уређајима. Постоље бушилице током бушења подиже се на три хидрауличне папуче.

181

Р. Пантовић

Слика 143: Бушилица СБШ250-32МНА: 1-ходни строј, 2-носач торња, 3-торањ, 4- хидроцилиндри за спуштање и дизање торња, 5-кабина, 6-хидрауличне папуче, 7-бубањ електричног кабла

Слика 144: Бушилица СБШ-25032МНР: 1-ходни строј; 2-носачи торња; 3-торањ; 4-цилиндри за обарање торња; 5-кабина; 6хидраулична папуча; 7-бубањ за кабл

182

Р. Пантовић

Скелет торња представља просторну заварену решетку, унутар које је постављена ротациона глава са бушаћом колоном, раздвајач са бушаћим цевима, механизам потиска, механизам за навртање и одвртање бушаћих цеви, уређај за косо бушење. На горњем столу торња постављени су ослонци уређаја за потискивање и блок затезних колица ланца. На доњем столу торња монтирана су два хидроцилиндра механизма потиска, механизам за одвртање бушаћих цеви и кључ за цеви. На средњем столу торња учвршћене су полуосовине, око којих се торањ заокреће при спуштању у транспортни положај. По целој дужини торња протежу се вођице, по којима се крећу ротациона глава и затезна колица ланца. Ротациона глава бушилице састоји се од електромотора једносмерне струје снаге 60 kW, вентилатора за хлађење електромотора и двостепеног редуктора са преносним односом 11,05. Систем омогућава измену броја обртаја од 0,5 до 2,5 s-1. Напајање бушилице електричном енергијом врши преко гипког кабла. Од управљачког ормара напајање иде преко тиристорског претварача према електромотору ротационе главе. Осталих 17 електромотора напаја се наизменичном струјом напона 380 V. За управљање механизмима бушилице постоје три пулта. Основни пулт управљања процесом бушења и помоћним, операцијама постављен је у кабини бушача, други у доњем делу торња и намењен је за дублирање управљања неким операцијама. Механизмом, за кретање управља се са трећег преносног пулта управљања. Комбинована бушилица СБШ-250-32МНР (слика 144) намењена је за бушење вертикалних бушотина пречника 245 ÷ 270 mm. Бушење бушотина дубине 20 m врши се једном бушаћом цеви (сингле-пасс). Висина бушилице са дигнутим торњем износи 27,7 m. После бушења троконусном круном, уређајима за пламено-млазно бушење, којима је опремљена бушилица, термичким поступком (описано у поглављу 16.) врши се проширивање бушотина до пречника 400 mm. Основне карактеристике неколико ротационих бушилица намењених за бушење троконусним крунама наведене су у табелама 36, 37, 38, 38, 40 и 41. Већина фирми које производе бушилице омогућава наручиоцу да, код појединих типова бушилица, бира одређене карактеристике, као што су: тип главног погона (дизел или електрични), пречник и дужину бушаћих цеви, снага мотора ротационе главе и снага потиска, тип и карактеристике компресора, хидрауличних пумпи, гусеница, итд.

183

Р. Пантовић

Табела 36: Техничке карактеристике ротационих бушилица са троконусним крунама фирми Marion и Ingersoll Rand

Тип бушилице

DM-30

DM 30-SP

DM-М2

DM-М3

DM-H

Ingersoll Rand (САД)

М4-CC

Marion (САД)

М3-B

Произвођач

Пречник круне (mm)

229 ÷ 311

до 311

130 ÷ 171

до 200

до 270

256 ÷ 311

229 ÷ 311

Дужина цеви (m)

1.5,2; 18,3

16,7; 9,7

9,1

19,8

10,7

12,5

15,2; 19,8

-

3

4

1

5

5

2; 1

450

470

136

159

230

408

498

56

22

61

30,5

25,6

44

22,8

Снага ротац. главе (kW)

113

64,6

108

-

120

150

230

Макс. број обрта (min-1)

138

110

200

40100

150

200

150

Макс. обртни момент (kN m)

24,5

12

7,3

11,6

10,8

14,4

17,6

Инсталисана снага (kW)

400

410

450

350

450

709

600

Капац. компресора (m3/min)

43

37,7

12,7

17

39,6

73,6

73,6

Притисак ваздуха (MPа)

0,45

0,8

0,8

0,8

0,8

0,7

0,7

Брзина кретања (km/h)

1,12

1,6

3,9

3,2

1,6

1,6

1,6

Е

Е

Д

Д

Е; Д

Е; Д

Е

120

120

28,6

29,5

52,2

97,5

112

Број цеви Сила потиска (kN) Брзина потиска (m/min)

Тип главног погона (Д/Е) Маса бушилице (t)

184

Р. Пантовић

Табела 37: Техничке карактеристике ротационих бушилица са троконусним крунама фирми Schramm и Gardner Denver -Harnischfeger Gardner Denver Harnischfeger (САД)

Schramm

Произвођач SC35М

SC50М

SC65М

GD-70

GD-100

GD-120

152 ÷ 200

до 251

до 270

до 311

до 445

до 559

7,6

7,6

11,6

16,8; 9,9

16,6; 19,8

15,2; 19,8

4

4

4

1; 6

4

6

159

227

295

408

567

680

33

57

49,4

21,8

32

39,6

-

-

-

130

78

97

Макс. број обрта (min-1)

200

180

120

120

121

120

Макс. обртни момент (kN m)

5,5

6,8

10,2

13,1

17

18

Инсталисана снага (kW)

250

391

391

420

566

680

Капац. компресора (m3/min)

21,2

25,4

33,9

67

67

71

Притисак ваздуха (MPа)

0,7

0,7

0,7

0,7

0,7

0,4

Брзина кретања (km/h)

-

-

-

1,2

1,2

1,2

Тип главног погона (Д/Е)

Д

Д

Д

Е

Е

Е

29,1

40

59

90,7

114

136

Тип бушилице Пречник круне (mm) Дужина цеви (m) Број цеви Сила потиска (kN) Брзина потиска (m/min) Снага ротац. главе (kW)

Маса бушилице (t)

185

Р. Пантовић

Табела 38: Техничке карактеристике ротационих бушилица са троконусним крунама фирме Bucurus Erie Bucurus Erie (САД)

Произвођач 45-R

60-R

61-R IV

65-R

67-R

Пречник круне (mm)

171 ÷ 279

229 ÷ 311

до 455

до 381

до 455

Дужина цеви (m)

9,1; 15,2

15,2; 19,8

15,2; 19,8

15,2; 19,8

15,2; 19,8

2

1

1

1

1

317

567

590

703

725

38

33

30

41

41

37

91

2x78

151

226

123

116

116

145

1.45

_

15,6

34,2

_

-

Инсталисана снага (kW)

350

440

840

600

700

Капац. компресора (m3/min)

27,8

56

60

56

182

Притисак ваздуха (MPа)

0,45

0,45

0,28

0,45

0,45

Тип бушилице

Број цеви Сила потиска (kN) Брзина потиска (m/min) Снага ротац. главе (kW) Макс. број обрта

(min-1)

Макс. обртни момент (kN m)

Брзина кретања (km/h)

3,2

1,7

1,7

1,7

1,7

Тип главног погона (Д/Е)

Е; Д

Е

Е

Е

Е

Маса бушилице (t)

67,5

122

125

134

140

186

Р. Пантовић

Табела 39: Техничке карактеристике ротационих бушилица са троконусним крунама фирме Тamrock –Drilltech

229÷381

1190 Е

229÷311

D-90KS

229÷279

D-75KS

229÷279

D-60KS

171÷269

D- 50KS 152÷229

D-45KS

Пречник круне (mm)

152÷229

Тип бушилице

D-55SP

Тamrock –Drilltech (Финска-САД)

Произвођач

Дужина цеви (m)

9,1

9,1

16,8

10,7

10,7

12,2; 17,4; 19,8

12,2; 17,4; 19,8

Број цеви

7

7

-

5

3

-

-

204

227

250

272

340

500

500

Брзина потиска (m/min)

38

38

42

34

27

22

22

Макс. број обрта (min-1)

150

150

150

117

117

175

175

Макс. обртни момент (kN m)

9,85

9,85

9,84

14,1

14,1

16,9

16,9

Инсталисана снага (kW)

320

320

470

470

470

609

709 (634)

Капац. компресора (m3/min)

26

26

45

37

37

84

84

Притисак ваздуха (MPа)

0,7

0,7

0,7

0,7

0,7

0,55

0,55

Брзина кретања (km/h)

2,4

2,4

2,4

2,4

2,4

1,26

-

Тип главног погона (Д/Е)

Д

Д

Д

Д

Д

Д

Е; Д

Маса бушилице (t)

47

47,7

60

59

64

120 ÷127

141

Сила потиска (kN)

187

Р. Пантовић

Табела.40: Техничке карактеристике ротационих бушилица са троконусним крунама фирми Robbins и Hausherr

200÷251

251÷381

381÷444

HБМ 550

HBМ 250/300

Пречник круне (mm)

Дужина цеви (m)

9,1

12,2

8

12

15

5

4

4

2

2

363

545

300

420

550

30

30

30

19

19

Максимална брзина ротације (min-1)

32÷250

0÷120

0÷84

85÷100

65÷85

Максимални обртни момент (kN m)

10

33

10

15

20

Инсталисана снага (kW)

500

604

360

414

465

Капацитет компресора (m3/min)

33

66,5

28

51

56

Притисак ваздуха (MPа)

0,8

0,8

0,7

0,5

0,5

Брзина кретања (km/h)

1,8

1,8

1,8

1,5

1,5

Тип бушилице

Број цеви Сила потиска (kN) Брзина потиска (m/min)

RR HE

RR15Е

HБМ 420

Hausherr (Немачка)

270÷381

Robbins (САД)

200÷273

Произвођач

Тип главног погона (Д/Е)

Е

Е

Е; Д

Е

Е

Маса бушилице (t)

66

128

56

75

86

188

Р. Пантовић

Табела.41: Техничке карактеристике ротационих бушилица са троконусним крунама руских фирми

Руски произвођачи Базулукски завод «Кујбишев» 3СБШ 200-60

СБШ 25032МН

216÷245

216÷245

245÷270

245÷270

320

Дужина цеви (m)

8

8

12

8

10

17,5

Број цеви

5

5

5

4

6

2

300

300

300

300

296

600

1

1

1

0,8

11,5

17,5

0,025

0,025

0,033

0,017

0,025

0,014

0,51

0,51

0,4

0,61

0,63

0,22

Максимална брзина ротације круне (s-1)

2,5

2,5

2,5

2,5

2,5

2,1

Максимални обртни момент (kN m)

6,65

5,2

6,0

4,2

4,2

8,7

335 52 200

380 52 44 200

400 68 44 200

400 68 44 200

400 68 44 200

712 100 44 2x 200

Притисак гусеница на тло (MPа)

0,1

0,1

0,1

0,12

0,12

0,11

Брзина кретања (km/h)

0,6

0,77

0,75

0,77

0,84

0,33

-

14,3

18,4

15,3

17,73

25,2

54

64

64

66

85

110

Сила потиска (kN) Ход непрекидног потиска (m) Брзина потиска (m/s) Брзина извлачења цеви (m/s)

Снага -

електромотора (kW) инсталисана ротационе главе гусеница компресора

Висина бушилице (m) Маса бушилице (t)

189

СБШ 320-36

4СБШ 200-40

Пречник круне (mm)

СБШ- 250-55

Тип бушилице

2СБШ 200-40

Рудгормаш

216÷245

Произвођач

Р. Пантовић

Захваљујући великој мобилности постоји значајан интерес за применом бушилица са гуменим точковима (слика 145). Оне омогућавају бушење на више етажа, чиме се смањује укупан број бушилица на копу. Заједно са тиме смањује се и величина избушених минских поља, чиме се смањују обртна средства. Бушилице се лако удаљавају од места минирања. Њихов ремонт се врши у машинским радионицама, а не на копу, због чега се побољшава квалитет ремонта.

Слика 145: Бушилица на гуменим точковима типа PRT (Robbins): 1-угаони редуктор; 2-сигурносна спојница; 3-фрикциона спојница; 4-тростепена зупчаста пумпа; 5-компресор; 6-разводни блок; 7-спојница; 8-дизел мотор; 9-редуктор

11.3.3. Бушилице за подземне руднике Ротационе бушилицама са троконусним крунама ретко се примењују у подземним рудницима. Удео наведеног начина бушења у подземним рудницима, у бившем Совјетском Савезу, износио је 1,5-2 %. Фирма Robbins производи бушилице типа 11 MD и 12 MD, намењене за бушење бушотина посебне намене, пречника 200 mm и дужине до 60 m (највише 130 m).

190

Р. Пантовић

Бушилица 12 МD је монтирана на два гусенична постоља, од којих једно носи катарку бушилице, хидрауличну, пнеуматску и електричну опрему, док друго носи цеви и дизалицу. Обе јединице су добро покретљиве и стабилне, а довољан је само један оператер. Број обртаја се може мењати до 105 min-1. Максималан потисак је 219 kN, а обртни момент 6100 Nm. На слици 146 приказано је бушење услужне бушотине троконусном пломбираном круном, уз испирање бушотине водом, која кружи између таложника и чела бушотине

Слика 146: Бушење бушотине посебне намене из подземне просторије

11.3.4. Однос пречника бушотина и масе и снаге бушилица Према маси, максималном осном притиску и пречнику бушотина ротационе бушилице са троконусним крунама условно се могу поделити на три групе (табела 42). Табела 42: Категорије ротационих бушилица Категорија бушилице Лаке Средње тешке Тешке

Маса, t до 35 35-70т преко 70

Максимална осна сила, kN 200 200-350 Преко 350

Пречник бушотина, mm до 216 216-270 преко 270

Између масе бушилице (Мb) и пречника бушотина (d), постоји зависност облика:

M b = f (d )

(51) У распону најчешће коришћених пречника минских бушотина на површинским коповима (160 ÷ 380 mm), маса бушилица се мења у распону 25 ÷ 170 t, и са довољно великом вероватноћом (коефицијент корелације 0,82) може се описати зависношћу облика:

191

Р. Пантовић

M b = 0,6 ⋅ d + 70,1 (t)

(52) где је: d - пречник бушотине, mm. Наведена зависност добијена је на бази статистичке обраде података за 50 модела ротационих бушилица са троконусним крунама, које се производе у читавом свету. Сликовитији показатељ је редукована маса бушилице, која у општем облику представља однос масе бушилице према запремини стенске масе која се припреми за минирање, односно произведе током експлоатационог века бушилице. Редукована маса бушилице (mb) може се одредити према изразу:

mb =

Mb Qe ⋅ k o ⋅ Vb (t/m3)

(53) где су: Qе - експлоатациони капацитет бушилице (m/h), kо - коефицијент обарања стенске масе (m3/m) и Vb - век бушилице (h). На основу статистички добијених зависности Qе = f (d), ko = f (d), Vb = f (d), добијена је емпиријска зависност:

mb = f (d )

Redukovana masa bušilica, 3 Редуковна маса бушилица, t/m t/m 3

(54) која је графички приказана на слици 147. Карактер приказане зависности указује да примена већих пречника бушотина захтева мања капитална улагања (пошто су она пропорционална маси бушилице), при осталим једнаким условима експлоатације. Из ових разлога су тешке бушилице, намењене за бушотине великог пречника, јако распрострањене на великим површинским коповима. 0,008

50 tona

0,006 100 tona 0,004 150 tona 0,002 0 0

100

200

300

400

Пречник Prečnikбушотине, bušotine, mm mm

Слика 147: Зависност редуковане масе бушилица од пречника бушотина

192

Р. Пантовић

Између инсталисане снаге бушилица (N) и пречника бушотина утврђена је зависност облика:

N = 2,57 ⋅ d − 191 (kW)

(55) Специфична потрошња енергије при бушењу (еbs) може да се искаже као однос ангажоване снаге бушилице према њеном експлоатационом капацитету:

ebs =

N ⋅k a Qe ⋅ pb

Специфична потрошња Specifična potrošnjaенергије energije 3 при раду бушилице, pri radu bušilice,kWh/m kWh/m 3

(kWh/m3) (56) где је: kа - коефицијент ангажовања снаге бушилице, који приближно износи 0,7 ÷ 0,8. Зависност еbs = f (d), која је добијена аналогно као и mb = f (d), приказана је на слици 148.

0,8 200 kW 0,6

300 kW 400 kW

0,4

500 kW

0,2 0

0

100

200

300

400

Prečnikбушотине, bušotine, mm Пречник mm

Слика 148: Зависност специфичне потрошње енергије при бушењу од пречника бушотина

Приказана зависност потврђује да је и са аспекта енергетске ефикасности при бушењу примена бушотина великог пречника оправдана. Поред тога, велики пречници бушотина омогућавају смањење трошкова прибора за бушење, повећање продуктивности рада и побољшање осталих економских показатеља бушења.

193

Р. Пантовић

11.4. ИЗБОР КАРАКТЕРИСТИКА БУШИЛИЦЕ Избор типа бушилице захтева техно-економску анализу, којој мора да претходи утврђивање техничких карактеристика бушилица. Одређеним условима примене морају одговарати: - осна сила, - снага мотора ротационе главе и - капацитет компресора. Осна сила. Пре свега, за одређени пречник минске бушотине и врсту стене, бушилица треба да обезбеди неопходну осну силу, која се оријентационо може одредити према изразу 44. Међутим, треба предвидети да бушилица може да обезбеди макар 50 % већу осну силу од тако срачунате вредности. Величина осног притиска која се, код бушилица може да обезбеди, зависи од њене масе и конструктивне шеме. Снага мотора ротационе главе. Мотор ротационе главе мора да поседује одређену снагу како би, при одређеној осној сили, својим обртним моментом, могао да обезбеди неопходан број обртаја круне, односно да омогући рад бушилице у најповољнијем режиму бушења. За одређени режим и услове бушења, неопходна снага мотора ротационе главе, може да се одреди према емпиријском изразу:

N=

0,00105 ⋅ d ⋅ n0 ⋅ P01,5

σp

,

(kW)

(57)

где су: d - пречник бушотине (cm) no - број обртаја (о/min) Pо - осни притисак (kN) и σp - чврстоћа стене на притисак (MPа). Из претходне формуле може се одредити максимално могућа брзина ротације, за одређену снагу мотора ротационе главе, при одређеном пречнику бушотина, чврстоћи стена и изабраној осној сили:

n0 =

N ⋅σ p 0,00105 ⋅ d ⋅ P01,5

(о/min) (58) При избору снаге мотора ротационе главе треба имати у виду и могућу потребу бушења у тежим условима. Капацитет компресора. Бушилица мора да има на себи уграђен компресор капацитета који омогућава ефикасно издувавање бушотине, при примени бушаћих цеви одговарајућег пречника. Потребно је обезбедити одређену резерву, ради евентуалне примене бушилице у другачијим условима. За оријентациону процену неопходног капацитета компресора користи се следећи израз:

Qk = 0,224 ⋅ d 1,5 где је: d - пречник бушотине (cm).

194

(m3/min)

(59)

Р. Пантовић

За неопходну брзину струјања ваздуха и одређену комбинацију пречника бушотине (круне) и бушаће цеви, капацитет компресора може прецизније да се одреди према изразу (45). У каталозима произвођачи наводе типове уграђених компресора или компресора, који се по захтеву купца могу уградити на бушилицу. Компресор треба да обезбеди притисак ваздуха на излазу од 0,4 ÷ 0,7 MPа. Поред наведених карактеристика, бушилица треба да поседује систем за отпрашивање одговарајућег капацитета и да задовољи одређене захтеве комфора.

11.5. КОНСТРУКЦИЈА И ТИПОВИ ТРОКОНУСНИХ КРУНА Конусна круна представља најсложенији алат за механичко разарање стене, који се састоји од тела и конуса, који се окрећу на завареним крацима круне. Постоје круне са једним два, три и више конуса. Најраспрострањеније су троконусне круне. Оне обезбеђују добру стабилност на челу бушотине, задовољавајућу динамичност рада и механичку чврстоћу. Троконусне круне се састоје од три основна дела: конуса, лежајева и тела круне. На слици 149 а приказан је пресек круне. Преко нарезаног холендера (3) својим горњим делом тела, круна се наврће на бушаћу цев. Улазна влажна ваздушна струја (1) дели се на сепаратору (2) на суви део који се усмерава према лежајевима конуса и део који пролази кроз млазнице (4), које су постављене ободно између конуса. Кроз кракове круна ваздух се усмерава преко канала (7) према кугличном (5) и ваљкастом (9) котрљајућем лежају и радијалном (6) и аксијалном (12) клизајућем лежају. Ваздух излази кроз зазор (10) између конуса и крака. Опструјавајћи лежајеве конуса ваздух врши њихово хлађење али истовремено штити круну од продора прашине у лежајеве. На крају монтаже конуса, кроз посебан бочни отвор, уграђује се куглични лежај, који прихвата аксијална и део радијалних оптерећења, онемогућавајући аксијално кретање, односно испадање конуса, са рукаваца кракова круне. Извршни део круне представљају конуси, који се монтирају преко лежајева на рукавцима кракова теле круне. Конуси слободно ротирају на кугличним и цилиндричним лежајевима, постављеним у жлебове кракова круне. При ротацији бушаћих цеви окреће се тело круне и конуси. При овоме је брзина окретања конуса већа од брзине окретања круне онолико пута, колико пута је пречник круне већи од пречника основе конуса. Конуси се израђују од легираних малоугљеничних цементираних конструкционих челика. По површини конуса у неколико редова (венаца) распоређени су зуби или уметци од тврде легуре (11). Ваљкасти уметци од тврде легуре (8) или вар од тврде легуре, штите ободне делове кракова круне и конуса, који су у сталном контакту са боковима (зидовима) бушотине, од абразивног хабања.

195

Р. Пантовић

При раду круне озубљени венац једног конуса пролази кроз жлеб другог конуса, што омогућава њихово међусобно чишћење. Ово је посебно важно за бушење везаних стена, које су склоне лепљењу. На рукавцима кракова круне постоје жлебови у које се убацују клизајући и ваљкасти и куглични лежајеви котрљања, према некој од следећих шема: - ваљкасти-куглични-куглични - куглични-куглични-куглични - ваљкасти-куглични-клизно-чеони клизни лежај. Као најпогоднија, за велике пречнике круна, показала се последња шема, која је приказана на слици 149 а. Код круна великог пречника првенство се даје ваљкастим лежајевима. Фирме Security и Baker Hughes уграђују чеони клизни лежај, који омогућава да се растерети куглични лежај и повећа век круне. Због немогућности израде лежајева задовољавајуће издржљивости покушаји израде конусних круна мањих пречника (испод 70 ÷ 90 mm), остали су неуспешни. Троконусне круне се могу поделити на две групе: зупчасте и брадавичасте слика 149 б и в. Код зупчастих круна на телу конуса налазе се челични зуби који су израђени глодањем тела конуса. Зуби су интегрални део конуса. Код брадавичастих круна у конусе су уграђени (лемљењем или пресовањем) цилиндрични уметци од тврде волфрам-карбидске легуре. Облици уметака, који се уграђују у конусе круна, мењају се од клинастог до сферичног, сто је приказано на слици 150. Троконусне круне са челичним, зупцима израђују се за пречнике бушотина 73 ÷ 660,4 mm а круне са уметцима од тврде легуре 88,9 ÷ 444,5 mm. Фирма Smith International је патентирала Stratopax ® круне са специјалним уметцима. Материјал од кога су они израђени представља комбинацију дијаманата, који обезбеђује високу отпорност према хабању и волфрам карбида, који обезбеђује отпорност према динамичким ударима.

196

Р. Пантовић

а)

б)

в) Слика 149: Пресек конструкције троконусне бушаће круне (а): 1-улаз компримираног ваздуха, 2- сепаратор вода-ваздух, 3–конични навој (типа АPI), 4-млазница, 5-затварајући куглични лежај, 6-радијални клизни лежај, 7-канали за ваздух, 8-ободни уметци за заштиту круне од бочног хабања, 9-ваљкасти лежај, 10-излаз ваздуха из лежајева, 11уметци од тврде легуре, 12-чеони клизни лежај; (б) круна са челичним зубима и (в) круна са уметцима од тврде легуре

Оштар клинасти

Затупљен клинасти

Конични

Клинасти – 90

Широко затупљени клинасти

Заобљени

Зашиљени

Слика 150: Могући облици уметака од тврде волфрам-карбидске легуре

197

Р. Пантовић

11.5.1. Сепаратори воде Када се за обарање прашине при бушењу у ваздух додаје вода, у круне се уграђују различите конструкције сепаратора вода-ваздух. Њихова улогу је спречавање значајнијег продирања воде у лежајеве конуса заједно са ваздухом за хлађење. Вода скраћује век круне. На слици 151 приказана су три типа решетки/сепаратора, које фирма Dresser уграђује у своје круне. Решетка типа А уграђује се у круне код којих се, ради подмазивања лежајева, уље убризгава у ток ваздуха и када не постоје проблеми са оводњеношћу бушотина. Решетка типа Т такође омогућава подмазивање лежајева уљем из ваздуха. Опремљена је и неповратним вентилом за заштиту лежајева од воде и муља, који могу продрети из оводњених бушотина, кроз канале за хлађење ваздухом до лежајева. Сепаратор типа D обезбеђује раздвајање влаге из ваздуха, који се усмерава према лежајевима. Опремљен је неповратним вентилом за заштиту од муља и воде. Сепаратори могу бити уграђени посебно за сваки крак круне (слика 152 а).

а)

б) в) Слика 151: Решетка типа А (а), Т (б) и сепаратор D (в)

11.5.2. Циркулација ваздуха кроз круну Компримирани ваздух, који се доводи кроз бушаћи прибор на чело бушотине, осим што износи бушаћу ситнеж из бушотине, врши расхлађивање лежајева конуса и чишћење зуба конуса. Постоји више начина да се ваздух доведе на чело бушотине (слика 152). Код круна са централном или регуларном централном циркулацијом ваздух се кроз централни део круне усмерава на чело бушотине. Круне са централном усмереном циркулацијом су уствари круне из прве групе код којих је у централни отвор уграђен специјални заслон са три отвора, у циљу обезбеђења концентрације млазева ваздуха и

198

Р. Пантовић

усмеравања веће количине ваздуха према лежајевима ради њиховог бољег хлађења и испирања. Круне са млазном циркулацијом имају три млазнице постављене по ободу круне између конуса, које усмеравају ваздух према ободу дна бушотине. Величине отвора ових млазница се могу мењати уградњом одговарајућих навојних уметака. Променом отвора млазница мења се притисак ваздуха, а тиме и количина ваздуха која се усмерава према каналима за хлађење лежајева ваздухом. Препоручује се да притисак ваздуха у круни не буде мањи од 210 kPa како би се обезбедила довољна количина ваздуха за хлађење лежајева конуса.

а)

б)

в)

г)

Слика 152: Начини циркулације ваздуха кроз троконусну круну: а) регуларна централна циркулација, б) централна усмерена циркулација, в) и г) млазна циркулација по ободу

199

Р. Пантовић

11.5.3. Круне са пломбираним лежајевима Код троконусних круна које се примењују у условима, који захтевају чишћење бушотина испирањем водом или исплаком, лежајеви су пломбирани, односно херметички затворени. У њиховим крацима постоје специјални уљни резервоари, који служе за аутоматско подмазивање пломбираних лежајева (слика 153 б). Овакве круне примењују се у подземним рудницима за бушење пилот бушотина, при изради окана бушењем, и уопште при бушењу под великим хидростатичким притиском.

б) Слика 153: Круна са уграђеним посебним сепараторима водаваздух (а) и пилот круна са пломбираним лежајевима (Baker Hughes) а)

11.5.4. Круне са ексцентрицитетом конуса Величина сила које се јављају на контакту зуба са стеном пропорционална је притиску на круну и броју обртаја. Ова величина је већа што је зуб удаљенији од осе бушотине. Зуби постављени у основи конуса имају највећу енергију удара и разарају стену динамичким ударима. Међутим, зуби постављени при врху конуса раде готово без удара и разарају стену захваљујући гњечењу при дуготрајнијем контакту зуба са стеном. Из наведених разлога код појединих типова круна, које су, пре свега намењене за бушење мекших стена, осе ротације конуса, при ротацији круне на челу бушотине, не пролазе кроз осу ротације круне (слика 154 а). У односу на осу круне осе конуса су удаљене до 10 mm. При ротацији конуса око својих оса, зуби конуса су приморани да се, после удара, делимично заокрену док су у удубљењу које настаје при удару, вршећи на тај начин смицање и стругање стене. Заједно са својим зубима конуси проклизавају по површини чела бушотине.

200

Р. Пантовић

Круне са мимоилажењем оса ротације круне и конуса обезбеђују повећање брзина бушења у меким стенама. Разарање тврдих и абразивних стена смицањем доводи до бржег хабања зуба. Због овога, круне које су намењене за бушење чврстих стена имају мањи «ексцентрицитет» конуса, или се осе конуса секу са осом круне. Механизам разарања стена при ротационом кретању троконусних круна исти је као при ударном бушењу (слика 154 б). Међутим, код круна са ексцентрично помереним осама конуса при разарању стене поред удара, услед проклизавања конуса на челу бушотине, у великој мери јавља се смицање (слика 154 в). Овај облик разарања аналоган је разарању при ротационо-ударном бушењу.

ексцентрицитет

а) б) в) Слика 154: Положај оса ротације конуса код круна са «ексцентрицитетом» (а). Механизам разарања стене при примени круне са простим котрљањем (б) и круне са котрљањем и проклизавањем (ц): 1-језгро гњечења, 2-одломци стене, 3-микропукотине

11.5.5. механизмима

Комбинација

троконусних

круна

са

ударним

Последњих година врше се истраживања са циљем увећања брзине бушења на рачун динамике дејства троконусних круна на чело бушотине, путем наношења удара или вибрација на круну, посебно у стенама велике чврстоће. Један од праваца тих истраживања усмерен је на увођење ударно-конусног бушења, код кога клип ронећег бушаћег чекића наноси ударе по троконусној круни, постављеној у њему уместо круне за ронећи бушаћи чекић. Осна сила се предаје преко бушаће колоне и износи 60-80 % од силе при бушењу троконусним крунама. Други правац везан је за примену магнетостриктора, уређаја у којима се, посредно преко измене димензија тела у магнетном пољу, електрична енергија трансформише у вибрације. Као и напред поменути ронећи чекићи, магнетостриктори се постављају у бушаћу колону, одмах иза троконусне круне.

201

Р. Пантовић

11.6. ИЗБОР ТРОКОНУСНЕ КРУНЕ Круна мора одговарати стенској маси у погледу величине, облика и тврдоће зуба (уметака) и осног притиска кога круна може да издржи. У принципу треба бирати круну са што дужим зубима, јер се на тај начин постиже већи обим разарања. Почетни корак у избору типа круне је утврђивање класе круне којом се могу добити најбољи резултати. Емпиријски поступак избора типа круне, може се исказати следећим изразом:

C = σ p / 70

(60) где су: C - класа троконусне круне (слика 155 ) и σp - гранична чврстоћа стене на притисак (MPа). На слици 155 је илустровано четири основне класе зуба троконусних круна, према величини и облику зуба и чврстоћи стена у којима се могу применити. За бушење у меким стенама где су потребни мали осни притисци примењују се круне са дугачким оштрим зубима и већим кораком између зуба. За чвршће стене примењују се круне са тупим и ниским зубима па и зубима у облику полулопте и мањим кораком између зуба. Дакле са порастом чврстоће стене смањује се величина и оштрина зуба. Круне са челичним зубима могу да се примене у стенама чврстоће на притисак испод 138 MPа. Круне које су предвиђене за бушење у чврстим стенама непогодне су за бушење у меканим стенама. На избор класе круне поред чврстоће утиче и абразивност стене. Челични или Čelični зуби zubi ili k arbidni уметци um etci карбидни

Дуги Dug iпирамидални piramidaln i k arbidni umetci карбидни уметци

Кратки заобљени Kratk i zaobljeni karbidni umetci карбидни уметци

Врло Vrlo кратки сферични kratki sferični karbidn i карбидни уметци umetci

Класа Klasa II

0-138 MPa

Класа Klasa II II

Класа Klasa III

138-207 MPa

207-276 MPa

Класа IV Klasa II

preko 276 MPa

Слика 155: Шематски приказ класа троконусних круна према, облику и величини зуба и условима примене

На тржишту се налази велики број типова круна. У табели 43 приказани су типови троконусних круна неколико произвођача, које су намењене за бушење стена различите чврстоће и абразивности. Препоруке за избор параметара режима експлоатације појединих типова круна у одређеним условима бушења, специфично оптерећење по пречнику круне (kN/mm) и одговарајући дозвољени број обртаја круне (min-1), дају произвођачи круна. За круне истог типа препоруке конкурентских фирми разликују се врло мало.

202

Р. Пантовић

У табели 44 дате су препоруке фирме Baker Hughes за избор типа круне према карактеристикама стене са одговарајућим параметрима режима бушења. При бушењу чврстих стена ротациона брзина је мања у поређењу са бушењем у меканим стенама, где се бушење изводи уз мањи осни притисак и већи број обртаја. При избору типа круне мора се водити рачуна, и о карактеристикама расположивих или изабраних бушилица. На слици 140 приказан је поступак избора круне у зависности од врсте стене и њене чврстоће, као и препоручљиви параметри режима бушења и очекивана брзина бушења у таквим условима. Табела 43: Типови круна различитих произвођача

Врста стене

Произвођач Dresser

Hughes

Reed

Smith Tool

Smith Gruner

Varel

GR5C,GR4C, GR3, GR3C

V3S, VH3G, V3М

Круне са челичним зубима Мекане: мала σp лакобушиве

S4М

S

М13

Средње: висока σp

М4М

М

М23

-

GR2, GR2C, GR1, GR1Т

Чврсте: абразивне

-

H, HR, HH4

М33, М34

-

GR1H, GR1C

V2, VH2 V1, VH1, VQМ

Круне са волфрам-карбидним уметцима Меке до средње са малом σp

S8М

HH33

М51, М52

Q4ЈL

GR 44

QМC9

Средње чврсте са високом σp

М8М

HH44, HH55

М62, М70

QСЈL, Q7ЈL

GR 55, GR 66

QМC7, QМC77, QМC6

Чврсте и врло чврсте абразивне

H8М, H10М, H10М3, H10М4

HH77, HH88, HH99

М73, М80, М83, М84

Q9ЈL

GR 77

QМCS, QМCH

Избор одговарајуће круне и њено стање, у погледу оштећења, значајно утичу на брзину бушења. На ефикасност бушења одређеном круном у датим условима бушења, између осталог, може да укаже гранулометријски састав бушаће ситнежи. Разлика у крупноћи бушаће ситнежи, која је приказана на слици 156 последица је одговарајућег избора круне.

203

Р. Пантовић

Табела 44: Препоруке за избор типа круне и параметара режима бушења (према препорукама Baker Hughes)

Тип круне

Особине стене

Препоручен осни притисак, (kN /cm)

Препоручен број обртаја (о/min)

1,75 ÷ 5,25

120 ÷ 70

1,75 ÷ 8,75

100 ÷ 60

7 ÷ 12,25

80 ÷ 60

1,75 ÷ 7

150 ÷ 50

3,5 ÷ 8,75

120 ÷ 50

5,25 ÷ 10,5

90 ÷ 50

8,75 ÷ 14

80 ÷ 40

Круне са челичним зубима Меке, слабоабразивне S Средње чврсте (пешчари, М H

кречњаци и доломити) Чврсте шкриљаве, средње абразивне

Круне са волфрам-карбидним уметцима BH 50 Меке (меке кречњаци, шкриљци) BH 60 Средње чврсте (сулфидне и BH 70

BH 80

оксидне руде бакра, кречњак, доломит, пешчар) Средње чврсте абразивне (шкриљци, чврста руда бакра, чврст пешчар, руде гвожђа, гнајс, гранит) Чврсте, врло абразивне (најчвршће руде гвожђа и еруптивне стене)

а)

б) Слика 156: Крупноћа бушаће ситнежи при бушењу са лоше (а) и добро (б) изабраном круном

11.6.1. Избор круне на бази техно-економске анализе Праћење ефеката примене различитих типова круна, у одређеним условима бушења, представља подлогу за избор најпогодније круне. При снимању сваке појединачне круне треба евидентирати: произвођача, тип, пречник и серијски број круне, датум увођења у рад, датум завршетка рада, чисто време бушења и дужину бушотина избушених током смене, тип стене. Треба бележити оперативне параметре рада бушилице (потисак, број обртаја, итд), као и времена прекида и застоја. Свака истрошена круна говори о путу који је прошла, због тога их треба сачувати ради анализе узрока оштећења.

204

Р. Пантовић

Постоје специјализовани софтвери произвођача круна који су намењени за обраду података снимљених на терену и избор најпогодније круне. Брзина бушења и век круне представљају критеријуме на основу којих се може најпоузданије вредновати учинак круне. Међутим, ради се о величинама са различитим мерним јединицама и на основу само ова два фактора може се доћи до погрешних закључака. Због тога је неопходно ове величине редуковати на исту мерну јединицу и то на једини меродавни критеријум избора - трошкове бушења по 1 m бушотине. Трошкови по метру бушотине (Т1) избушене ротационим бушилицама са троконусним крунама могу да се представе као збир трошкова круна (Тk) и трошкова рада бушилице (Тb):

Tl = Tk + Tb

(дин/m)

(61)

односно

Tl =

c k + cbh ⋅ t b Lk

(дин/m)

(62)

где су: ck - цена круне (дин/ком) cbh - часовни оперативни трошкови рада бушилице (дин/h) tb - време бушења једном круном (h/ком) и Lk - издржљивост (век) круне (m/ком). Увођењем смене:

Lk / t b = v , (v – брзина бушења (m/h), добијамо Tl =

ck cbh + Lk v

(дин/m)

(63)

При једнакости A

B

Tl = Tl =

ck

A

Lk

A

+

cbh v

A

B

=

ck c + bhB B Lk v

(дин/m)

(64)

трошкови бушења круном типа А и типа B су исти. Уколико је:

ck

B

Lk >

ck

A

Lk

A

+

B

cbh v

A

−

cbh v

B

, (65) укупни трошкови бушења при примени круне B су мањи у односу на трошкове бушења круном А, на основу чега се може рећи да је круна B повољнија за дате услове бушења.

205

Р. Пантовић

Рачунски пример 1: На површинском копу бакра за бушење бушотина пречника 311 mm коришћене су троконусне круне типа А и B. У табели 45 дати су подаци о ценама, веку круна и брзини бушења. Трошкови рада бушилице су 450 $/h. Табела 45: Ефекти примене круна типа А и B

Тип круне

Круна А

Круна B

Цена круне ($/ком)

5365

6169

Век круне (m/kоm)

3000

2800

25

27,5

Брзина бушења (m/h)

Према изразу (63) збир трошкова круне и трошкова рада бушилице по једном метру бушотине износи, за круну типа А и B, износи:

5365 $ 450 $ / h + = 1,788 + 18,000 = 19,788 3000 m 25 mh ($/m) 6169 $ 450 $ / h = + = 2,203 + 16,346 = 18,549 2800 m 27,5 mh ($/m)

Tl A = Tl B

Може се уочити да су трошкови круне по метру бушотине врло ниски у односу на трошкове рада бушилице у оба случаја. Применом круне, која обезбеђује већу брзину бушења, укупни трошкови бушења су смањени са 19,788 $/m на 18,549 $/m. Разлика између укупних трошкова износи 1,239 $/m (6,3 %). За годишњи обим бушења од 300000 m бушотина, применом круне Б обезбеђују се уштеде од 371700 $/годишње. Овај пример показује да се повећањем брзине бушења могу надоместити недостаци круне као што су виша цена и краћи век круне. На слици 157 приказана је промена укупних трошкова бушења у функцији брзине бушења. Ukupni troškovi bušenja ($/m)

Укупни трошкови бушења ($/m)

30 25 20 15 10 5 0 0

10

20

30

40

50

60

Brzina бушења bušenja (m/h) Брзина (m/h)

Слика 157: Пад укупних трошкова бушења троконусним крунама са порастом брзине бушења (Baker Hughes Mining Tool)

206

Р. Пантовић

Повећањем брзине бушења повећава се брзина припреме руде за минирање, односно долази до додатних уштеда преко повећања капацитета рудника. Повећање капацитета се може исказати преко додатне масе руде годишње, која доноси додатне текуће приходе. Ако се не иде на повећање производње, трошкови ће такође бити смањени на рачун одржања одређеног нивоа производње са мањим бројем смена током године.

11.7. ХАБАЊЕ И ОДРЖАВАЊЕ ТРОКОНУСНИХ КРУНА Троконусне круне се одликују сложеном конструкцијом и високом ценом. Оне се не могу оштрити, ремонтовати или оправљати, а њихово прерано испадање из употребе умањује техно-економске резултате овог начина бушења. Круна која се састоји од три ротирајућа конуса, у којима се налази око 250 уметака, од волфрам-карбида и неколико лежајева које треба хладити и подмазивати, представља једну од најзначајнијих ставки у трошковима ротационог бушења. Удео трошкова круна у трошковима ротационог бушења на површинским коповима износи до 30 %. Због тога се у повећању века круна крију значајне могућности за смањење укупних трошкова. 11.7.1. Оштећења круна Најчешћи узроци испадања круна из употребе су: - хабање тела конуса и испадање уметака, - хабање круна по ободу (бочно хабање кракова круне и обода базиса конуса) и - заглављивање конуса на рукавцима услед хабања котрљајућих лежајева. Испадање круне из употребе треба сматрати превременим уколико је дошло до отказа лежајева, при радно способном конусу, или је дошло до превеликог оштећења конуса. при радно способним лежајевима. Пожељно је обезбедити равномерну издржљивост конуса и њихових лежајева. При утискивању зуба у стену на конус делују оптерећења, која се мењају од тренутка ступања у контакт са стеном до окончања тог контакта. Овакав карактер оптерећења доводи до појаве пукотина замора, одламања метала са површине зуба, па и до лома зуба. Када је тврдоћа материјала конуса и зуба нижа од тврдоће честица стене јавља се и абразиво хабање. Стање зуба калибрирајућег (највећег) венца конуса пресудно утиче на хабање ободних делова круне. Са хабањем бочних површина носећих кракова круне и ободних делова базиса конуса долази до смањења пречника бушотине, огољавају се и отказују спољашњи лежајеви. Мазиво којим се подмазују лежајеви круна пре почетка бушења током рада круна загрева се и брзо истиче, па круне практично раде у режиму сувог трења. При појави високих динамичких оптерећења то доводи до интензивног хабања лежајева. До хабања лежајева долази и услед продирања суспензије ваздух-вода-прашина у њих.

207

Р. Пантовић

Заглављивање конуса на рукавцима кракова је карактеристичан и најчешћи облик отказивања круна. При томе најчешће долази до непосредног заглављивања конуса на рукавцима а нешто ређе долази до појаве превеликог зазора између конуса и рукавца. Лежајеви примају на себе сва динамичка и статичка оптерећења која се јављају током бушења. Статичко оптерећење ствара сила потиска, а динамичко оптерећење чине вибрације, које настају при котрљању на челу бушотине. Међудејством ових оптерећења долази до појаве значајних напрезања посебно на месту контакта котрљајућих тела лежајева са површинама жлебова лежајева на рукавцу и на конусу. Утицај тих оптерећења карактерише се високом учесталошћу, што доводи до хабања елемената лежајева замарањем. Велика похабаност рукаваца, макар и код једног конуса, праћена је великим вибрацијама и трзајима при ротацији бушаче колоне, као и смањењем брзине бушења. Круна се често мора заменити само због једног заглављеног конуса. Зупчасте круне испадају из употребе углавном због хабања зуба, а круне са уметцима од тврде легуре најчешће (око 80%) због заклињавања лежајева.

11.7.2. Продужење века круне Повећање трајности круна захтева реализацију различитих поступака којима се побољшавају услови рада круна. У циљу повећања века круна и ефикасности бушења уопште, морају се задовољити следећи услови: - тип круне и њен дизајн треба да одговарају особинама стена, у супротном долази до погоршања показатеља бушења, скраћења века круне, па и века бушилице, - круне треба експлоатисати у рационалном режиму бушења (број обртаја, сила потиска, проток ваздуха), - треба обезбедити подмазивање лежајева троконусних круна и - треба разрадити и увести мере усмерене на повећање техничке културе коришћења круна. Бушење новом круном треба отпочети при мањим осним притисцима (15 ÷ 25 % од номиналних вредности) и ово треба да траје 10 ÷ 15 минута. Оптерећење на круну треба постепено повећавати, без наглих трзаја и удара. Посебно се не сме дозволити наношење осног притиска са накнадним укључивањем ротационе главе. При принудним прекидима бушења треба пажљиво продувати бушотину и подићи бушаћу колону. При спуштању колоне треба избегавати ударе круне о чело бушотине, јер то може довести до ломљења зуба и оштећења лежајева. Не сме се отпочети бушење круном код које не ротирају конуси. На површинском копу „Велики Кривељ“, при просечној брзини бушења од 25 m/h, век троконусних круна, пречника 250 mm, достизао је и 10.000 m бушотина, што одговара количини ископина од око 1,5 милиона тона.

208

Р. Пантовић

11.7.3. Подмазивање лежајева круна Канали који пролазе кроз кракове и рукавце кракова круна служе за довођење компримираног ваздух за продувавање лежајева. У том случају, између конуса и рукавца, ствара се ваздушна баријера, која спречава продирање бушаће прашине у лежајеве. Истовремено тиме се регулише температурни режим рада лежајева. Поред овога, отвори за продувавање лежајева ваздухом могу да се искористе за довођење мазива у лежајеве. Подмазивање је један од најефикаснијих поступака повећања трајности носећих лежајева, а тиме и круна. Додавање мазива у лежајеве омогућава избегавање режима сувог трења, смањење абразивног хабања елемената лежајева, нормализовање температурног режима рада. На слици 158 приказан је један уређај за аутоматско подмазивање троконусних круна, чијом применом је на неколико површинских копова у Русији, значајно повећан век круна. Уређај се монтира у завршној цеви бушаће колоне и садржи резервоар за мазиво, уређај за регулацију испуштања мазива и усмеравајућу цев. Резервоар се налази између унутрашње површине цеви и цеви за пролаз ваздуха. Уређај за регулацију испуштања мазива уграђен је у комори вентила. При протоку компримираног ваздуха у бушотину, он делује на притисну полугу 14, која се заокреће на оси, отвара стартни куглични вентил 7 и отвара приступ мазива ка усмеравајућој цеви. У зазору између цеви 2 и затварача 13 мазиво се меша са ваздухом, тако да надаље ваздушно-уљна смеша долази до лежајева круна кроз зазор између усмеравајуће цеви 17 и тела круне. Основни захтеви које треба да обезбеде уређаји за подмазивање лежајева су: - једноставно пуњење резервоара мазивом, чишћење и регулација уређаја, - довољна запремина резервоара мазива, ради обезбеђења што дужег рада без допуњавања мазива, - независност рада система за подмазивање од рада других механизама и уређаја и - аутоматско укључивање само при бушењу у циљу економичне потрошње мазива. Поједине фирме израђују круне код којих су ваљци уграђени у лежајеве од полимера, у чије поре је уклопљено 30 % мазива (слика 159 а). Овакви прстенови постављају се на рукавце кракова круне (слика 159 б). На слици 159 в и г дато је упоређење подмазивања код класичних лежајева и лежајева са полимером, који је «натопљен» уљем. Ваљци у лежајевима окрећу се у супротним смеровима, посматрано из тачке њиховог контакта. У току рада полимер спречава продор прашине у лежајеве, а при ротацији конуса мазиво из пора полимера ослобађа се постепено и једнакомерно, вршећи подмазивање лежајева финим слојем мазива.

209

Р. Пантовић

Слика 158: Уређај за аутоматско подмазивање: 1-завршна бушаћа цев, 2-цев, 3-водећа спојница, 4-навојна спојница, 5-регулациони завртањ, 6-опруга, 7-куглични вентил, 8-пригушивач, 9-контролни заворањ (болцен), 10-комора вентила, 11-носећи завртањ, 12-подметач, 13-затварач, 14-притисна полуга, 15-носећи завртањ, 16-заптивни гумени прстен, 17-усмеравајућа цев, 18-наглавак круне, 19-круна

Детаљ А

а)

б) Vazduh Ваздух -- ulje уље

Уљни Uljniполимер polimer

в)

Уљни полимер Uljni polimer

г) Слика 159: Ваљкасти лежај (Dresser) са полимером (а) постављен на рукавац крака круне (б) и илустрација подмазивања код класичних (в) и лежајева са полимером (г)

210

Р. Пантовић

11.8. ПРИБОР ЗА РОТАЦИОНО БУШЕЊЕ ТРОКОНУСНИМ КРУНАМА Основни елементи прибора за ротационо бушење троконусним крунама су круне и бушаће цеви. Поред тога у бушаћој колони могу се наћи: стабилизатори, амортизери вибрација, као и разни типови адаптера када постоји потреба да се споје два увртка или два навртка или када су пречници крајева прибора које треба спојити различити (слика 160).

Адсорбер вибрација

Бушаћа цев

Стабилизатор

I)

Троконусна круна

II)

III)

Слика 160: Бушаћа колона (I и II) коју чине: амортизер вибрација (1), цев (2), стабилизатор (3) и круна (4). Бушаћа колона (III): а) адаптер ротациона главабушаћа цев, б) бушаћа цев, ц) адаптер цев-стабилизатор, д и х) стабилизатор са тракама, е и ј) стабилизатор са ваљцима, ф) бушаћа цев, г) адаптер круна-цев, к) адаптер цев-ронећи бушаћи чекић, л) конусни проширивач бушотине, м) проширивач са три делта, н) троконусна круна, п) круна са длетима, q) ронећи бушаћи чекић

211

Р. Пантовић

11.8.1. Бушаће цеви Бушаће цеви могу да буду израђене као интегралне, извлачењем из једног комада или из сегмената (слика 161). Због тањих зидова сегментних цеви њихова маса је мања, али и век трајања у абразивним стенама. Бушаће цеви на својим крајевима имају коничне навртке и увртке, односно унутрашње и спољашње коничне навоје. Спољашњи пречник цеви треба да буде усклађен са пречником бушотине и капацитетом компресора, ради обезбеђена ефикасног издувавања бушаће ситнежи. Данас постоји општа тенденција увећања дужина бушаћих цеви, које код single-pass бушилица достижу дужини од 19,8 m. Цевима ове дужине може се избушити коначна дубина бушотине, без употребе друге цеви. На овај начин смањује се непродуктивно време манипулисања, односно повећава капацитет бушилица. а)

б)

Слика 161: Интегрална (а) и сегментна (б) бушаћа цев

11.8.2. Стабилизатори Ради обезбеђења смањења осцилација бушаћих цеви и вибрација на бушилицама, које се јављају при раду са повећаним бројем обртаја и бушењу распуцалих стенских масива, мањег и уједначенијег хабања цеви и ободних површина круна и смањења девијација бушотина, између бушаћих цеви и између троконусних круна и прве бушаће цеви, уграђују се стабилизатори. Постоји неколико типова стабилизатора, а неки су приказани на слици 162. Ребра стабилизатора споља се облажу тврдим материјалима (слика 162 а), док су ротирајући ваљци армирани уметцима од тврдих легура (слика 162 б). За стабилизацију рада бушилица на површинском копу Велики Кривељ на бушаће цеви заварују се траке од специјалних високолегираних челика чије су димензије: дужина 600 mm, ширина 60 mm и дебљина 20 mm. Код стабилизатора са ротирајућим ваљцима трење између ваљака и зидова бушотине је мање, па се побољшава пренос обртног момента, поред тога мање је разарање зидова бушотине и хабање стабилизатора. Проток компримираног ваздуха, делимично се, на одговарајући начин, усмерава кроз три ротирајућа ваљка, ради хлађења и заштите од хабања њихових лежајева.

212

Р. Пантовић

а)

б) Слика 162: Стабилизатори са завареним или ливеним правим и спиралним ребрима (а) и изменљивим ротирајућим ваљцима (б)

11.8.3. Амортизери вибрација При бушењу су честа ударна оптерећења на круну и бушилицу, посебно при промени стенске средине. У циљу превазилажења овог проблема, између ротационе главе и бушаће колоне уграђују се амортизери вибрација (или такозвани shock адсорбери). Они представљају еластичне спојнице, које апсорбују вибрације између бушилице и круне, преко серије гумом спојених сегмената (слика 163). Еластичност гуме ублажава торзионе и аксијалне ударе при бушењу, а апсорбована енергија се претвара у топлоту која се емитује у атмосферу. Амортизери, који се монтирају између ротационе главе и бушаће колоне, обезбеђују држање круне у сталном и уједначеном контакту са стеном.

Доња спојница

Доња спојница

ГУМА

Слика 163: Амортизер вибрација (Drilco Industrial)

213

Р. Пантовић

Амортизери вибрација омогућавају ефикасно бушења при повећаном броју обртаја (до 120 ÷ 150 о/min и више). Ове брзине ротације, због изузетно великих пратећих вибрација немогуће је остварити при раду без амортизера. При коришћењу амортизера не долази до нарочите промене брзине бушења али се век круна увећава до 30 %. Примена ових уређаја посебно је интересантна у неједнородним испуцалим стенским масивима са честом променом чврстих и меких формација. На слици 164 приказан и су графички записи вибрација на бушилици у случају када се не користи и у случају када се користи амортизер вибрација. Разлика јасно потврђује да је интензитет вибрација знатно мањи са амортизерима вибрација. а)

б)

Слика 164: Виброграми без примене (а) и са применом (б) схоцк адсорбера Рачунски пример 2: За следеће услове бушења: - густина стене ρ = 2,5 t/m3, - гранична чврстоћа стене на притисак σp = 150 MPа, - пречник бушотина d = 250 mm и - дубина вертикалних бушотина Lb = 16 m; изабрати тип круне, параметре режима бушења и бушилицу. Проценити брзину бушења и капацитет изабране бушилице. а) Избор круне За стену дате чврстоће треба изабрати круну из класе II (слика 155), односно круну са дугим волфрам-карбидским уметцима у облику заобљене пирамиде. Усваја се круна из групе Q 5, фирме Smith-Gruner. б) Избор параметара режима бушења Према дијаграму, датом на слици 140, параметри режима бушења треба да буду: - број обртаја, 70 ÷ 75 min -1 - осна сила 7 ÷ 10 kN/cm (или 175 ÷ 250 kN, за пречник од 251 mm) Са друге стране, према изразу 47, најпогоднија осна сила износи:

214

Р. Пантовић

Po = 7 ⋅ 150 ⋅ 0,251 = 262,5 kN што је нешто већа сила од силе коју препоручује произвођач. Према табели 35, за пречник од 251 mm, осна сила не треба да пређе 280 kN, а број обртаја треба да се креће око 60 min -1. Издржљивост круне на осно оптерећење може да се провери и према изразу 46. Максимално дозвољени притисак за круну датог пречника износи:

P0 max = 5600 ⋅ 0,2512 = 353 kN Уважавајући пре свега препоруке произвођача, усвајају се следећи параметри режима бушења: P0 = 250 kN и n0 = 70 min -1. ц) Избор карактеристика бушилице 1. Минимални притисак који бушилица треба да обезбеди (Pbmin), треба да је за 50 %, већи од усвојеног осног притиска:

Pb min = 1,5 ⋅ 250 = 375

kN 2. Неопходна снага мотора ротационе главе може да се одреди према изразу 57:

N=

0,00105 ⋅ 25 ⋅ 70 ⋅ 2501,5 150

= 48,4

kW 3. Капацитет компресора (према изразу 59) оријентационо треба да износи:

Qk = 0,224 ⋅ 251,5 = 28

m3/min У комбинацији са троконусним крунама пречника 251 mm, могу се применити стандардне бушаће цеви пречника: 127, 140, 159, 168, 178, 197 и 219 mm. Усваја се бушаћа цев пречника 197 mm. За стену задате густине (2,5 t/m3), усваја се неопходна брзина струјања ваздуха између бушаће цеви и зида бушотине, од 25 m/s. Према изабраној бушаћој цеви и усвојеној брзини струјања ваздуха прецизније се, према изразу 48, може одредити потребан капацитет компресора:

Qv =

π ⋅ (0,25 2 − 0,197 2 ) 4

⋅ 25 = 0,465

m3/s (27,9 m3/min) Према захтевима које мора испунити бушилица, уз одређену резерву може се усвојити бушилица М4-CC (Marion) са следећим карактеристикама: - максимални осни притисак 470 kN - снага мотора ротационе главе 64,6 kW - капацитет компресора 37,7 m3/min - дужина цеви 9,7 m - број бушаћих цеви 2 - брзина спуштања и подизања ротационе главе 22 m/min.

215

Р. Пантовић

Остале карактеристике бушилице наведене су у табели 36. Максимално могућа брзина ротације, која се може постићи са изабраном бушилицом у датим условима, према изразу 58, износи:

n0 =

64,4 ⋅ 150 = 93 0,00105 ⋅ 25 ⋅ 2501,5

min -1 што је веће од усвојених 70 о/min. На овај начин обезбеђена је резерва у снази бушилице за случај евентуалног увећања пречника бушотина или чврстоће стена. д) Механичка брзина бушења Механичка брзина бушења, може да се процени према изразу (73):

v=

13,7 ⋅ 250 ⋅ 70 = 0,59 150 2 ⋅ 25,10,9

(m/min) Међутим, према графику, датом на слици 140 брзина бушења, за изабрану круну и режим бушења износи око 0,4 m/s. Имајући у виду, усвојени режим бушења и дате процене брзине бушења, може се усвојити прогнозирана брзина бушења:

v = 0,5 (m/min) е) Капацитет бушилице Капацитет бушилице се може срачунати на основу анализе процеса бушења или преко одређених израза (дато у поглављу 13.2.). У овом случају капацитет изабране бушилице биће одређен кроз анализу процеса бушења. На овај начин биће илустрован и ток процеса бушења. 1. Технички капацитет За процену техничког капацитета бушилице, осим времена неопходног за механичко бушење, у обзир треба узети и времена манипулисања бушаћим цевима, чија је дужина 9,7 m и кретање бушилице од бушотине до бушотине. Укупно време бушења једне бушотине дубине 16 m, чини збир времена неопходног за извршење свих радних операција наведених у табели 46. Технички капацитет бушилице (Qt), на основу срачунатог укупног времена бушења, износи :

Qt =

60 ⋅ Lb 60 ⋅ 16 = = 22,3 Σt 43 m/h

Умањујући технички капацитет преко коефицијената сменског временског искоришћења бушилице, може се добити сменски капацитет бушилице (Qsm):

Qsm = t sm ⋅ kib ⋅ Qt = 8 ⋅ 0,7 ⋅ 22,3 = 125 m/смену где су: tsm – време смене (8 h) и kib - коефицијент временског искоришћења бушилице у току смене (усвојено kib = 0,7).

216

Р. Пантовић

Табела 46: Приказ компоненти времена процеса бушења Редни број

Радна операција

Ознака времена

Прорачун

Трајање радне операције, min

1.

бушење са једном цеви

t1

9,7 / 0,5

19,5

2.

прихватање прве цеви држачем и одвртање ротационе главе

t2

-

0,5

3.

подизање ротационе главе

t3

9,7 / 22

0,5

4.

прихватање и настављање друге цеви

t4

-

1,5

5.

бушење са две цеви

t5

(16 ÷ 9,7)/ 0,5

12,5

6.

извлачење друге цеви

t6

(16 ÷ 9,7)/ 22

0,5

7.

одвртање и одлагање друге цеви

t7

-

1,5

8.

спуштање ротационе главе

t8

9,7/22

0,5

9.

припрема прве цеви за извлачење

t9

-

0,5

10.

извлачење прве цеви

t10

9,7/22

0,5

11.

пресељење бушилице за другу бушотину (са подизањем на хидрауличне стопе)

t11

-

5,0

Укупно време неопходно за бушење једне бушотине (Σti):

217

43

Р. Пантовић

218

Р. Пантовић

12. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕ МЕХАНИЧКИХ ПОСТУПАКА БУШЕЊА При подземној експлоатацији минералних сировина најчешће се примењују бушотине пречника између 25 ÷ 100 (ређе до 165) mm, док се дубине бушотина крећу 2 ÷ 50 m (ређе до 100 m). При изради подземних просторија и примени одређених метода откопавања, као што су коморно-стубне методе, примењују се плитке минске бушотине чија дужина не прелази 5 m а пречник се креће од 25 ÷ 50 mm. За бушење оваквих бушотина користе се: ручни бушаћи чекићи са потпорном ногом, ускопни бушаћи чекићи, полумеханизоване стубне бушилице, бушаћа кола, различите врсте платформи за бушење, итд. За бушење дубоких бушотина (до 30, ређе до 50 m) користе се стубне и самоходне бушилице са пнеуматским (пречника до 76 mm) и хидрауличним чекићима (пречника до 127 mm). За бушотине већих пречника (85 ÷ 165 mm) и дужина (до 50, па чак и до 100 m), користе се бушилице са ронећим чекићима. Бушилице са ронећим чекићима чешће се примењују за бушење по паралелном распореду, а бушилице са спољашњим (лафетним) чекићима по лепезном распореду бушотина. За бушење кратких минских бушотина у подземним рудницима угља примењују се најчешће ручне врталице, којима се могу бушити бушотине пречника до 50 mm и дубине до 3 m у угљу и мекшим стенама (f < 6). Технологију бушења у подземној експлоатацији карактеришу следеће опште одлике: 1. Постоји велика разноврсност и изобиље модела машина за бушење и прибора за бушење, што пружа велике могућности за избор. 2. Постоји тенденција преласка на бушење углавном помоћу бушилица и бушаћих кола, на којима су све основне и помоћне операције механизоване и делимично аутоматизоване. 3. Све ширу примену добијају бушилице са ронећим бушаћим чекићима, који раде под високим притиском ваздуха до 2,5 MPа и бушилице са хидрауличним бушаћим чекићима. 4. Посебна пажња поклања се прибору за бушење. У употреби су све више висококвалитетне бушаће круне армиране брадавичастим уметцима од тврде легуре. На површинским коповима примењују се бушотине пречника 90 ÷ 400 mm (најчешће 160 ÷ 250 mm), чија се дубина креће у распону 10 ÷ 30 m. На великим површинским коповима чврстих минералних сировина, за израду бушотина пречника 170 ÷ 311 mm и дубине до 30 m и више, у средње чврстим и чврстим стенама (f = 6 ÷ 18) најчешће се користе ротационе бушилице са троконусним крунама. У стенама велике чврстоће (f = 10 ÷ 20), за бушење минских бушотина пречника преко 90 mm, користе се бушилице са ронећим чекићима. Примењују се и бушилице са снажним лафетним

219

Р. Пантовић

хидрауличним чекићима за бушотине пречника до 230 mm. На површинским коповима угља за израду бушотина пречника до 300 mm и дубине до 30 ÷ 40 m, кроз угљене слојеве и мекше стене (f =1÷6), примењују се ротационе бушилице са длетима. Савремену технологију бушења на површинским коповима карактеришу и следеће одлике: 1. За бушење на етажама висине 10 ÷ 15 m користе се бушилице са високим торњевима, које имају само једну бушаћу цев (single pass), услед чега се смањује удео времена помоћних операција и побољшавају услови рада троконусних круна. 2. Велика је разноврсност лаких бушилица, које су углавном постављене на гусеницама, намењених за бушење бушотина пречника 50 ÷ 100 (150) mm, различите дубине и правца бушења. За бушење се користе пнеуматски и хидраулични бушаћи чекићи, као и ронећи бушаћи чекићи. Ова бушаћа опрема се користи и у грађевинарству и на каменоломима, као и за помоћне операције на великим површинским коповима, на пример при бушењу контурних бушотина или за секундарно минирање. 3. За ударне поступке бушења најчешће се користе брадавичасте круне, а за ротационо брадавичасте троконусне круне са уређајима за подмазивање, ради повећања радне способности лежајева клизања и котрљања и века круна. На слици 165 приказан је дијаграм на коме су приказане рационалне области примене појединих метода бушења у зависности од: пречника бушотина и граничне чврстоће стене на притисак. Приказане области нису фиксне. На пример, захваљујући бушилици типа «Herbert» (Тamrock), перкусивним бушењем са хидрауличним чекићима могу се бушити бушотине пречника 229 m. При избору бушилица треба имати у виду да се бушилице међусобно разликују и према флексибилности. У вези са тиме постоје: - уско специјализоване бушилице, намењене за примену једног типа бушаћег прибора сталног пречника при једном начину чишћења бушаће ситнежи; - специјализоване бушилице, које се од претходних разликују по примени бушаћих круна различитих пречника и - комбиноване бушилице, које омогућавају примену бушаћих круна (длета) различитих пречника и дизајна, различитих поступака чишћења бушотина и различитих метода бушења. За одређене услове бушења који су одређени: карактеристикама стенске масе, пречником и дужином бушотина, треба изабрати и методу бушења и одговарајућу опрему за бушење. Коначан избор начина бушења, за конкретне услове, треба извршити на бази компаративних техно-економских анализа, за које је претходно потребно, за различите поступке и типове бушилица, проценити капацитете опреме за бушење и трошкове бушења по метру бушотине. Поред тога, у обзир треба узети могућности бушилица у

220

Р. Пантовић

погледу прецизности бушења и ергономских услова рада при бушењу.

Čvrstoča stena pritisak (MPa) Чврстоћа стена на na притисак (MPa)

350

300

250

PERKUSIVNO ПЕРКУСИВНО BUŠENJE БУШЕЊЕ SPOLJAŠNJIM СПОЉАШЊИМ БУШЉЋИМ BUŠAĆIM ЧЕКИЋИМА ČEKIĆIMA

200

PERKUSIVNO ПЕРКУСИВНО BUŠENJE БУШЕЊЕ RONEĆIM РОНЕЋИМ БУШАЋИМ BUŠAĆIM ЧЕКИЋИМА ČEKIĆIMA

РОТАЦИОНО ROTACIONO БУШЕЊЕ BUŠENJE ТРОКОНУСНИМ TROKONUSNIM КРУНАМА KRUNAMA

150

100 РОТАЦИОНО БУШЕЊЕ ROTACIONO BUŠENJE РЕЖУЋИМ ДЛЕТИМА REŽUĆIM DLETIMA

50

0 0

50

100

150

200

250

300

350

400

Пречник бушотине (mm) Prečnik bušotine (mm)

Слика 165: Области примене метода бушења

221

450

500

Р. Пантовић

222

Р. Пантовић

13. ТЕХНОЛОШКИ ПОКАЗАТЕЉИ ЕФИКАСНОСТИ ОПРЕМЕ ЗА БУШЕЊЕ Поред познавања техничких карактеристика, за кориснике опреме за бушење, врло је важно да могу да процене и њене технолошке показатеље, као што су: брзина бушења и капацитет бушилица.

13. 1. ЕМПИРИЈСКА ПРОЦЕНА БРЗИНЕ БУШЕЊА Најважнија радна карактеристика бушилице је механичка брзина бушења. Она зависи од величина и усклађености параметара режима бушења, параметара бушотине, типа бушаће круне (длета) и других фактора. При правилно изабраној круни (длету) и рационалним параметрима режима бушења она оријентационо може да се прогнозира, са мањом или већом поузданошћу, уз коришћење различитих емпиријских израза који се могу наћи у литератури.

13.1.1. Процена брзине бушења код перкусивних поступака бушења Основни фактори од којих зависи брзина перкусивног бушења су: перкусиона снага бушаћег чекића, пречник бушотина и отпорност стене према бушењу. Брзина бушења пнеуматским бушаћим чекићима, може се срачунати према изразу:

v=

k ⋅ e u ⋅ nu d2 ⋅ f

( m/min ) (66) Брзина бушења ронећим бушаћим чекићима, може се одредити и према следећим изразима:

v=

1,5 ⋅ Pu ⋅ Po ⋅ no d 2 ⋅ Pb ⋅ k kr

d  v = cv ⋅ I b ⋅ Pkv ⋅  kbc   d 

(m/min )

(67)

2

(m/min) (68) где су: k - коефицијент (k = 30 за лафетне и k = 48 за ронеће бушаће чекиће), d - пречник бушотине (cm), dkbc - пречник клипа бушаћег чекића (cm), n0 - број обртаја (min -1), Pо - осна сила (kN), Pu - перкусиона снага ронећег бушаћег чекића (kW), eu - енергија једног удара (kЈ), nu - учесталост удараца (Hz).

223

Р. Пантовић

cv - коефицијент који карактерише тип ронећег чекића (cv = 0,016, за чекиће Atlas Copco), Ib - индекс бушивости (поглавље 2.4.4), kkr - коефицијент типа круне (kkr = 1, за крстасте и kkr = 0,9 за брадавичасте круне), Pb - показатељ релативне отпорности према бушењу (према изразу 9 и табели 6) и Pkv - притисак компримираног ваздуха (MPа). При бушењу дубоких минских бушотина бушилицама са лафетним бушаћим чекићима са напредовањем бушотине, долази до значајног опадања брзине бушења. Израз за одређивање почетне брзине бушења (во) бушилицама са хидрауличним бушаћим чекићима гласи (Р. Пантовић,м 1999):

v0 =

0,033 ⋅ I b ⋅ Pu d 1, 28 (m/min)

(69) Са продубљивањем бушотине долази до енергетских губитака, што доводи до опадања брзине бушења. Према следећем изразу може се прогнозирати брзина бушења на произвољној дубини бушотине:

v=

v

e

o 0 , 02⋅l

(m/min) где су: l - растојање од уста бушотине до чела бушотине у изради (m). Полазећи од израза:

(70)

L

v sr =

vo 1 ⋅ ∫ 0, 02 ⋅ dl L 0 e ⋅l

, (71) може се одредити средња механичка брзина бушења (vsr), од уста бушотине до коначне дубине бушотине (L):

v0 ⋅ (1 − e −0,02⋅L ) 0,02 ⋅ L (m/min)

(72)

1,65 ⋅ I b ⋅ Pu  1  ⋅ 1 − 0, 02⋅L  1, 28 d ⋅L  e  (m/min)

(73)

v sr = или

v sr =

Последњи израз графички је илустрован на слици 166. Промена средње брзине бушења у зависности од дужине бушотина, при примени бушаћег чекића COP 1838 и при различитим пречницима бушотина, приказана је на слици 166.

224

Р. Пантовић

I b =40 COP 1838 M E

Брзина бушења Brzina bušenja(m/min) (m/min)

2

d=64 mm

1.8 1.6 1.4 1.2

d=89 mm

1

d=102 mm

0.8 0.6 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Дужина бушотина Dužina bušotina (m) (m)

Слика 166: Промена брзине бушења у зависности од дубине при различитим пречницима бушотина

На слици 167 приказана је промена средње брзине бушења, при промени пречника бушотина и при примени различитих типова хидрауличних чекића. Бушотине дубине Л = 30 m буше се у стени са индексом бушивости Иб = 40. L=30 m I b = 40

Brzina bušenja (m/min) Брзина бушења (m/min)

2.5 2

COP 1838 ME

1.5

COP 4050

1

COP 1238 ME

0.5 0 50

60

70

80

90

100

110

120

130

Prečnik bušotina (mm) Пречник бушотина (mm)

Слика 167: Промена брзине бушења у зависности од пречника бушотине при различитој снази бушаћих чекића

225

Р. Пантовић

13.1.2. бушења

Процена брзина бушења код

метода ротационог

Брзина бушења троконусним крунама може се одредити према изразу:

v=

13,7 ⋅ P0 ⋅ no σ p2 ⋅ d 0,9

(m/min) (74) Брзина ротационог бушења ручним врталицама, (за бушотине пречника 40 ÷ 45 mm) може да се одреди на бази напредовања длета за један обртај (h) и броја обртаја (nо), према изразу:

v = no ⋅ h = n0 ⋅ (9 − 0,5 ⋅ f ) ⋅P 0 ⋅10−4

(m/min) Брзина бушења ротационим бушилицама са спиралним шипкама и режућим длетима може да се процени према изразу:

v=

252 ⋅ Po ⋅ no Pb2 ⋅ d 2

(75)

(m/min) (76) где су: Pо – осна сила (kN), n0 - број обртаја (min -1), d - пречник бушотине (cm), σp - гранична једноаксијална притисна чврстоћа стене (MPа) и Pb - показатељ релативне отпорности према бушењу (према изразу 9 и табели 6). На слици 168 дате су зависности механичких брзина бушења од отпорности стена према бушењу (индекс бушивости, поглавље 2.4.4.), за различите методе бушења. Зависности важе за најчешће услове бушења у којима се поједине методе бушења примењују.

226

Р. Пантовић

DIJABAZ ДИЈАБАЗ

ГРАНИТСКИ ГНАЈС GRANITSKI GNAJS

КВАРЦИТИ KVARCITI ТАКОНИТ / МАГНЕТИТ TAKONIT/MAGNETIT

ПЕГМАТИТИ PEGMATITI КРЕЧЊАЦИ KREČNJACI

160 Хидраулични Hidraulični bušači бушаћи чекићи čekići

140

Брзина бушења, cm/min Brzina bušenja, cm/min

120 Pneumatski bušaći Пнеуматски бушаћи чекићи čekići

100

Roneći čekići, 2,5 MPa Ронећи чекићи 2,5 MPa

80

60 Trokonusne Троконуснеkrune круне 40 Ронећи чекићи Roneći čekići, 0,7 MPa 0,7 MPa

20

0 20

30

40

50

60

70

80

90

100

Индексbušivosti бушивости (Ib) (Ib) Indeks stene Слика 168: Релативни однос механичких брзина бушења при примени различитих метода бушења у стенама са променљивим отпором према бушењу

13.2. КАПАЦИТЕТ БУШИЛИЦА Капацитет бушилица је најзначајнији показатељ технолошке ефикасности опреме за бушење. Познавање капацитета представља подлогу за избор типа бушилице, али и броја бушилица потребних за реализацију задате производње, у конкретним условима неког рудника.

227

Р. Пантовић

Најпоузданије одређивање капацитета заснива се на теренском праћењу процеса бушења. Међутим, када се планира набавка опреме за бушење, неопходно је извршити процену капацитета за више типова бушилица. Капацитет бушилица пре свега зависи од механичке брзине бушења. Процес бушења, у општем случају, обухвата следеће операције: припрему и постављање бушилице у положај за бушење, бушење, настављање бушаће колоне за постизање одређене дубине бушења и њено растављање после завршетка бушења, замену похабаног бушаћег прибора, премештање бушилице на нову позицију за бушење, удаљавање бушилице на безбедно растојање, пре минирања. У току бушења долази до застоја услед кварова, лоше организације рада, итд. Ти застоји оптерећују расположиво време за бушење, доводећи до обарања капацитета бушилица. Технички капацитет бушилице представља дужину бушотина избушених у току једног сата рада. Осим од механичке брзине бушења, технички капацитет бушилица, зависи од времена трајања напред поменутих помоћних операција Време (tb) неопходно за бушење бушотине дубине (L), при механичкој брзини бушења (v) износи:

tb =

L v ,

min а време механичког бушења по 1 m бушотине (tbl) износи:

t bl =

(77)

tb 1 = L v

, min /m (78) Припадајуће време помоћних операција по 1 m бушотине (тпомл ), износи:

 t pl ⋅ N b + t pb 1 , min /m (79) + +  n ⋅v L ⋅ N bs p . naz b  где су: nbs - број бушаћих шипки (цеви) које се користе током бушења tn, , tо - време навртања и одвртања шипке (цеви), (min) lbs - дужина бушаће шипке (цеви), (m) vp.napr , vp.naz - брзина потиска напред и назад, (m/min) tpl - време постављања лафете у положај за бушење, (min) tpb - време премештања бушилице у други положај за бушење, које зависи од растојања и брзине кретања бушилице (обухвата и времена спуштања бушилице са хидрауличних стопа и њено поновно постављање на стопе на новом положају бушилице, замену круна, итд.) (min) Nb - број бушотина које се могу избушити, са једног места, без премештања бушилице и L - просечна дужина бушотина, (m). l

t pom =

n bs − 1  t n + t o 2 1 ⋅ 2⋅ + + n bs  l bs v p.naz v p .napr

228

Р. Пантовић

Укупно време чисто механичког бушења са припадајућим временима помоћних операција по m1 бушотине (tbul), с обзиром на претходна два израза, износи: l

t bu = t bl + t pom

l

,

min/m

(80)

односно: l

t bu =

1 nbs − 1  t n + t o 2 1 + ⋅ 2⋅ + +  v nbs  l bs v p.naz v p.napr

 t pl ⋅ N b + t pb 1 + +  n ⋅v L ⋅ Nb bs p .naz  , min/m (81)

За случај бушења само са једном бушаћом шипком (nbs = 1), што је случај код бушења кратких минских бушотина применом бушаћих кола, претходни израз добија једноставнији облик: l

t bu =

t pl ⋅ N b + t pb 1 1 + + v v p.naz L ⋅ Nb

, min/m (82) Уколико се поред само једне бушаће шипке бушилица премешта за сваку наредну бушотину, што је случај код примене “single pass” бушилица са високим торњевима на површинским коповима, укупно време бушења по 1 m’ бушотине, износи l

t bu =

t pl + t pb 1 1 + + v v p.naz L

, min/m (83) Технички (часовни) капацитет бушилице (Qт) може да се срачуна према изразу:

Qt =

60 ⋅ nc ⋅ k r ⋅ k ir tbu

l

, m/h (84) где су: nc - број бушаћих машина (чекића, бушаћих или ротационих глава) на бушилици, kr - коефицијент механичке расположивости бушилице, који је везан за застоје (kr = 0,7 ÷ 0,93), kir - коефицијент истовремености рада бушаћих машина (чекића), за бушилицу са једним чекићем kir =1, са два чекића kir =0,8 и са три чекића kir =0,7. Експлоатациони (сменски) капацитет бушилица (Qе) износи:

Qe = Qt ⋅ (t sm − t pz − t op )

, m/смена

(85)

где су: tsm - време трајања смене, (h) tpz - време припремно-завршних радњи (прегледи), (h) top - губици времена везани за организацију рада (доласци и одласци са радилишта, паузе), (h)

229

Р. Пантовић

Однос:

k ib =

t sm − ( t pz + t op )

,

t sm

(86) назива се коефицијентом искоришћења бушилице, који при доброј организацији износи kib = 0,65 ÷ 0,8. На наредна два графика илустроване су промене капацитета бушилица у функцији појединих утицајних чинилаца. Капацитет бушилица опада са порастом пречника бушотина (слика 169). С обзиром да је бушилица Simba H 4450 опремљена са два хидраулична бушаћа чекића COP 4050, њен капацитет је знатно већи од капацитета остале две бушилице. I b=40; L=30m; N =8 b

Kapacitet bušilice (m/smena) Капацитет бушилице (m/смена)

300 250

SIM BA H 4450 sa 2 x COP 4050

200

SIM BA H 1350

150 100

SIM BA H 253

50 0 40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

Пречник бушотина Prečnik bušotina (mm) (mm)

Слика 169: Капацитет бушилица са хидрауличним чекићима у функцији пречника бушотина

На слици 170 приказана је зависност експлоатационог капацитета бушилице Simba 260 са ронећим бушаћим чекићем COP 52 од дужине бушотина, при различитом броју бушотина које се могу избушити без премештања бушилице. Очигледно је да могућности ових бушилица у погледу капацитета до правог изражаја долазе при великим дужинама бушотина и лепезном распореду бушотина. При лепезном распореду бушотина, бушилице могу са једног места избушити већи број бушотина, што иде у прилог повећању капацитета бушилица. Због потребе да се бушилица премешта после сваке или сваке друге бушотине, при паралелном распореду дугачких минских бушотина,

230

Р. Пантовић

капацитет је релативно нижи. У случају сталног премештања бушилица (Nb = 1 и 2) њихове могућности, у погледу капацитета, не могу да дођу до изражаја. Осим преко дужине избушених бушотина, капацитет бушилица може се да се изрази преко количине стенске масе, која се бушењем припреми за минирање, у јединици времена:

Qe ' = k o ⋅ Qe , (m3/смени)

(87)

(m3/m).

где је: kо - коефицијент обарања стенске масе, Годишњи капацитет бушилице може да се одреди на основу сменског капацитета и броја радних смена и дана у години.

bušilice (m/smena) КапацитетKapacitet бушилице (m/смена)

COP 42; d=115 mm; I b=40 80

N b =15 70

Nb =10 N b =5

60

Nb =2 50

N b =1 40

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Дужина бушотина (m) Dužina bušotina (m)

Слика 170: Промена капацитета бушилице са ронећим бушаћим чекићем у зависности од дужине бушотина (Nb - број бушотина које се могу избушити са једног места, без премештања бушилице)

13.2.1. Емпиријски различитих типова

подаци

о

капацитетима

бушилица

Према подацима фирме Atlas Copco просечни учинци опреме за бушење су следећи:: - ручним и телескопским бушаћим чекићима, при пречнику бушотина од d = 29 ÷ 33 mm, остварује се часовни капацитет од 8 ÷ 12 m/h, а са бушаћим чекићима са потпорном ногом 10 ÷ 15 m/h; - стубним и полумеханизованим пнеуматским бушилицама, при пречнику бушотина од d = 33 ÷ 38 mm, остварује се капацитет од 20 ÷ 40 m/h; - бушаћим колима са пнеуматским чекићима, при пречнику бушотина од d = 38 ÷ 48, остварује се сменски капацитет од 60 ÷ 70 m/смени, а са хидрауличним бушаћим чекићима 90 ÷ 110 m/смени;

231

Р. Пантовић

- гусеничним бушилицама, са ронећим бушаћим чекићем, при пречнику бушотина од d = 105 ÷ 165 mm, при бушењу паралелних дубоких бушотина (до 60 m), остварује се сменски капацитет од 25 ÷ 50 m/смени; - пнеуматским бушилицама, при бушењу бушотина пречника d = 48 ÷ 57 mm, дубине до 25 m (лепезни распоред), постиже се сменски капацитет од 100 ÷ 120 m/смени; - бушилицама са једним хидрауличним чекићем, при пречнику бушотина од d = 48 ÷ 89 mm, и дубине до 25 m (лепезни распоред), може се остварити сменски капацитет од 120 ÷ 180 m/смени и - гусеничним бушилицама, при бушењу бушотина пречника 76 mm, на површинским коповима, са хидрауличним бушаћим чекићем може се остварити капацитет од 250 m/смена а са пнеуматским чекићем 150 m/смени. Наведени подаци су оријентациони, што потврђује следећи пример. Бушећи минске бушотине пречника 102 mm, до дубине од 30 m, бушилицом Simba H 4356 S, на аустралијском руднику Оlimpic Dam, постигнута је врло велика брзина бушења од 35 m/h или око 670 m/дан. Бушећи бушотине пречника 152 ÷ 165 mm, у гранитима, Ingersoll Rand-ов ронећи бушаћи чекић DHD 16, при притиску компримираног ваздуха од 1,05 MPа, остварио је брзину бушења од 13,1 m/h. При притиску ваздуха од 2,46 MPа, брзина бушења ронећим бушаћим чекићем DHD 360, у истој стени, је износила 45,7 m/h. У табели 47 дате су оријентационе могућности појединих група бушилица за различите пречнике бушотина и различите чврстоће стенских масива . Статистички подаци о капацитету бушилица фирме Bucurus Erie и веку троконусних круна, на неколико површинских копова у свету, дати су у табели 48. Табела 47: Технички капацитети појединих група бушилица Тип

Са лафетним бушаћим чекићима

бушилице Условни пречник бушотине(mm)

50

Дубина бушотина (m)

25

30

10 ÷ 12

16,5

12 ÷ 14

14

14 ÷ 16 16 ÷ 18

Технички капацитет (m/h) у стенама чврстоће f:

80

Са ронећим чекићима

Са трокон. крунама

100

100

160

250

40

40

50-80

80

80

16,5

22,5/16,5*

22,5

14

14

5

14

19/14*

19

12

12

4,2

12

12

16,5/12*

16,5

9

9

3,6

10

10

14,5/10*

14,5

7

7

13,2

( * ) Броиоц се односи на хидрауличне а имениоц на пнеуматске бушаће чекиће

232

Р. Пантовић

Табела 48: Остварени капацитети бушилица и век круна у различитим условима бушења Површински коп

Модел бушилице

Пречник круне, mm

Бушена стена

Век круне, m

Сменски капацитет, m

САД Моренси

61R

311

Монцонитпорфири

2400

90 ÷ 100

Беркли

45R

251

Диабази

2700

125

Тајрон

60R

318

Диабази

1400

200

Реј

45R

251

Диабази

2800

110 ÷ 140

Сиерита

60R

311

Диорити

1800

100

Канада Бренда

60R

311

Диорити

1800

125

Хорнекс

45R

251

Гранодиорити

2300

140 ÷ 160

Гибралтар

61R

381

Кварцни диорити

1300

120

Ендако

40R

229

Порфири

1900

135

Ајленд Купер

60R

305

Андезити

1700

120

Бетлехем

45R

247

Порфири

1800

210

Хјустис

60R

200

Диоритпорфири

2200

180 ÷ 200

Екзотика

61R

381

Диоритпорфири

1600

140

Чуквикамата

61R

281

Монцонитпорфири

1800

160

Ла Каридад

60R

311

Монцонитпорфири

2600

110

Канаса

55R

311

Монцонитпорфири

3500

130

Палабора

60R

251

Карбонати

1300

105

Кварцни диорити

1400

70

Кварцни диорити

1000

96

Чиле

Мексико

ЈАР Шведска Аитик

45R

251 Перу

Токепала

60R

311

233

Р. Пантовић

13.3. ПРЕЦИЗНОСТ БУШЕЊА Просторно одступање фактичког положаја бушотине, у односу на њен пројектовани положај, представља девијацију или грешку бушења. Услед утицаја бројних фактора пројектовани положај бушотине, практично је немогуће постићи. Успешност сваког минирања зависи од прецизности бушења. Услед непрецизног бушења долази до нарушавања равномерности расподеле експлозива, у минираном стенском масиву и до погоршања квалитета дробљења руде. Поред тога, оконтурење граничних површинама, као што су косине етажа и усека и зидови јамских просторија јако зависи од прецизности бушења, што је илустровано на слици 171. У случају а због великих девијација бушотина при изради просторија долази до крупног дробљења и великог одступања избијеног од задатог профила просторије. У случају б виде се трагови бушотина које су са изузетном прецизношћу избушене у равни косине усека.

а)

б) Слика 171: Илустрација резултата минирања са непрецизним (а) и прецизним (б) бушењем Узроци који доводе до девијација бушотина могу се сврстати у две групе утицајних фактора. Прву групу чине фактори који су везани за позиционе и угаоне грешке при: постављању бушилице и лафете (торња) у положај за бушење и отпочињању бушења. Прецизност постављања лафете у положај за бушење зависи од карактеристика система позиционирања и уређаја за угаону оријентацију. Зависно од: учвршћености бушилице, лафете и бушаћег чекића, размака између лафете и уста бушотине, трења између стене и круне, силе потиска, угла између осе бушења и површине стене; на самом почетку бушења долази до проклизавања круне, односно до померања положаја уста бушотине (слика 172 а). Другу групу чине фактори, који доводе до скретања правца бушотине током бушења у самом стенском масиву, као што су: структурна хетерогеност масива, савијање и извијање бушаће колоне услед превелике осне силе, смер ротације, ексцентрицитет круне. На слици 172 б илустровано је како мекши прослојци, у стенском масиву, доводе до скретања правца бушења.

234

Р. Пантовић

Смер ротације круне утиче на оријентацију скретања бушотине у стенском масиву, у коме постоји изражена оријентација главних равни испуцалости или слојевитости. Ово потврђује и фотографија трагова минских бушотина после минирања, приказана на слици 172 в. Десна ротација доводи до скретања удесно у односу на правац пада пукотина (слојева). Применом одговарајућих прибора за бушење, који су намењени за повећање прецизности бушења (замена бушаћих шипки цевима, примена водећих шипки са крилцима и специјалних круна са малим ексцентрицитетом, итд), значајно се може умањити савијање и извијање бушаће колоне и девијација у самој бушотини.

а)

б) в) Слика 172: Проклизавање бушаће круне (а); разлика у скретању правца бушења при примени бушаћих цеви и шипки (б); скретање бушотина услед одређеног смера ротације круне (в) Девијације бушотина могу да се изразе преко: угла скретања бушотине од пројектованог правца, растојања дна бушотине од његовог пројектованог положаја и процентуалног одступања дна бушотине у односу на њену дужину. Показатељи девијације бушотина у пракси знатно варирају (1 ÷ 8 %), зависно од карактеристика стенског масива, начина бушења и примењеног бушаћег прибора. С обзиром да се повећавају са порастом дужине бушотина девијације представљају ограничавајући фактор примене минских бушотина великих дужина, посебно код лепезног распореда. Међутим са порастом пречника девијације се смањују. То показује и дијаграм приказан на слици 173, који је добијен на основу анализе (Аlmgren) измерених девијација бушотина, избушених ронећим бушаћим чекићима, на неколико рудника у Шведској, Канади, Аустралији и САД-у. Девијације код нагнутих бушотина су за 25 ÷ 45 % веће него код вертикалних.

235

Релативна девијација (η), bušotina, % Relativnaбушотина devijacija %

Р. Пантовић

7

d=102 mm

6

коса бушотина kosa bušotina

d=102 mm

5

вертикална bušotina vertikalna бушотина

4

d=152 mm 3

коса бушотина kosa bušotina

d=152 mm

2

вертикална bušotina vertikalna бушотина

1 0 0

20

40

60

80

100

120

Дужина бушотина, Dužina bušotina , mm

Слика 173: Зависност релативних девијација бушотина од параметара бушења

236

Р. Пантовић

14. ТРОШКОВИ БУШЕЊА Трошкове бушења чини збир трошкова: амортизације бушаће опреме, радне снаге, енергије, бушаћег прибора, материјала, одржавања и сервисирања. Они могу да се изразе у односу на: - време (дин/h, дин/смена), - дужину бушотина (дин /m) и - количину руде (дин/m3, дин/t) итд.

14.1. СМЕНСКИ ТРОШКОВИ БУШЕЊА Сменски трошкови бушења представљају збир трошкова: амортизације бушаће опреме, радне снаге, енергије, бушаћег прибора, материјала и одржавања. Ради сигурности због непредвиђених трошкова тај збир се увећава за 10 %: T sm = 1,1 ⋅  T + T + T + T +T +T  , b rb en bp mt ob   ab

(дин/смена) (88) где су: Таb - трошкови амортизације бушаће опреме (дин/смена), Тrb - трошкови радне снаге на бушењу (дин/смена), Тen - трошкови енергије (дин/смена), Тbp - трошкови бушаћег прибора (дин/смена), Тmt - трошкови материјала (дин/смена) и Тоb - трошкови одржавања бушаће опреме (дин/смена). 1.Трошкови амортизације. Сменски трошкови амортизације (Таб) се могу одредити на основу следећег израза: c Tab = n ob , eb ⋅n sg

(дин/смена) где су: cоb - цена бушаће опреме (дин), nеb - амортизациони век бушаће опреме (година) и nsg - број радних смена у току године (смена/год.).

(89)

Економски век опреме за бушење, се утврђује кроз прописане годишње стопе амортизације (13 % годишња стопа амортизације за бушилице према Сл. лист СРЈ 22/93). Међутим, зависно од услова експлоатације, типа опреме, квалитета одржавања и сервисирања, итд; законски дефинисан век бушилице може знатно да се разликује од њеног стварног физичког века употребљивости, што се одражава на стварне трошкове амортизације. 2. Трошкови радне снаге. Ови трошкови зависе од броја ангажованих радника на бушењу (нrb) и цене рада на бушењу, односно од бруто наднице радника (crb) и износе:

T = c ⋅n , rb rb rb 237

(дин/смена)

(90)

Р. Пантовић

3.Трошкови енергије. За рад основног погона бушилица може се користити електрична енергија, компримирани ваздух и дизел гориво. За случај примене електричног погона трошкови енергије (Теn) се могу срачунати према следећем изразу: c ⋅ P ⋅ Qe T = ee ae , en 60 ⋅ v

(дин/смена) (91) где је: cее - цена електричне енергије (дин/kWh), Pае - ангажована снага електромотора у погонском блоку (kW). На аналоган начин могу се исказати трошкови енергије када се користи дизел погон или компримирани ваздуха од посебних компресора. 4. Трошкови бушаћег прибора. Трајност елемената бушаћег прибора зависи од већег броја фактора као што су: врста материјала од кога је израђен прибор, абразивност стене, режим бушења, пречник и облик круне, дужина и девијација бушотине. Трошкове бушаћег прибора (Тbp) чине трошкови: бушаћих круна, бушаћих шипки (цеви) и усадника: c c c T =  bk + bs + us  bp  Lbk Lbs Lus

 ⋅Q ,  e 

(дин/смена) (92) где су: cbk, cbs, cus -цене бушаћих круна, бушаћих шипки (цеви) и усадника (дин/ком) и Lbk, Lbs, Lus - издржљивост (век) бушаћих круна, бушаћих шипки и усадника (m/ком). Век бушаћих круна зависи од типа и квалитета круне, усклађености односа између карактеристика круне, карактеристика стене и режима бушења, начина руковања и одржавања круне током експлоатације. У табели 49, према подацима фирме Ingersoll Rand наведен је распон века круна у појединим врстама стена.

Кварцити

Кречњаци

Таконити

Пешчари

Базалти

Диорити

Магнетити

390 ÷ 1200

60 ÷ 90

60 ÷ 90

30 ÷ 90

30 ÷ 60

75 ÷ 210

круна (m)

50 ÷ 150

Издржљивост

Гранити

Стена

120 ÷ 300

Табела 49: Век брадавичастих крина пречника 76 mm

Потрошња бушаћих шипки (цеви) у великој мери зависи од дужине бушотина и брзине бушења.

238

Р. Пантовић

При повећању неопходног броја бушаћих шипки у бушаћој колони долази до скраћења њиховог века. На номограму, на слици 174, приказано је како број бушаћих шипки у бушаћој колони утиче на њихов век. Номограм потврђује да са повећањем дужине бушотина треба рачунати и на повећану потрошњу бушаћих шипки. 4

3

2

1

0,4

3500

5 6 7 10 15 20

0,6

0,8

1,0

broj bušaćih šipki u 3000

koloni: nbs = L / lbs

1,2 2500

1,4 1,6

2000

Број бушаћих шипки у колони nbs = L / lbs

K 38 K 51

K 45

1500

2,0

1000

brzina Брзина bušenja бушења (m/min) (m/min)

R 32 R 38

1,8

500 R 25 0

-5500

-4500

-3500

-2500

-1500

-500

Век једне бушаће Vek jedne bušaćeшипке šipkeодређеног odredjenogтипа tipaприбора pribora (m) (m)

500

1500

2500

3500

Век бушаће шипкеu уkoloni колони (m) Vek bušaće šipke (m)

Слика 174: Номограм за одређивање века појединих типова бушаћих шипки (према подацима фирме Коmeta, Финска)

5. Трошкови материјала. У трошкове материјала спадају трошкови гума, уља и мазива, филтера за систем за отпрашивање итд. Потрошња гума зависи од њиховог квалитета, обима кретања бушилице и стања путева по којима се бушилица креће. Међутим, трошкови гума (Тgm) се могу најједноставније изразити на следећи начин:

T =n ⋅c , gm gm gm

(дин/смена) (93) где су: ngm - сменска потрошња гума (ком/смена) и cgm - цена гуме (дин/ком). 6. Трошкови одржавања и сервисирања. Ови трошкови се могу оријентационо усвојити као половина трошкова амортизације, па можемо писати:

T = 0,5 ⋅ T , o a

(дин/смена) (94) Ови трошкови су, у почетку коришћења опреме за бушење, обично нижи, а старењем бушилица трошкови одржавања и сервисирања расту. Од пораста ових трошкова зависи стварни век коришћења опреме. Један део сменских трошкова бушења је фиксан (трошкови амортизације, одржавања и сервисирања, радне снаге, горива, уља и

239

Р. Пантовић

мазива и гума), други део је везан за капацитет бушилице (трошкови бушаћег прибора) а трећи део зависи од трајања чистог бушења пенетрације (трошкови електричне енергије).

14.2. ТРОШКОВИ БУШЕЊА ПО МЕТРУ БУШОТИНЕ Дељењем сменских трошкова бушења (Тbsm) (израз 85) са експлоатационим сменским капацитетом бушилица (Qе) (израз 82), добијају се трошкови бушења једног метра бушотине (Тbl):

Tbl =

Tbsm Qe

, (дин/m)

(95)

14.3. ТРОШКОВИ БУШЕЊА ПО ТОНИ РУДЕ Трошкови бушења сведени на тону стенске масе (Тb) могу да се одреде на основу познатог коефицијента обарања стенске масе (kо), односно учинка бушења, према изразу:

Tbl Tb = ko

(дин/t) (96) Коефицијент обарања стенске масе, може да се изрази у функцији параметара бушења и минирања на следећи начин (Милићевић, 1994):

k

o

(

,

)

= ϕ d , q , ρ ep , k p =

2 0,785 ⋅ d ⋅ ρ ⋅ ρ e ⋅ k p q

,

(t/m) (97) где су: q - специфична потрошња експлозива (kg/m3) kp - коефицијент пуњења минских бушотина ρе - густина експлозивног пуњења (kg/m3) ρ - густина стене (руде) (t/m3) и d – пречник бушотине (m). С обзиром да су на овај начин трошкови бушења по тони руде везани за параметре бушења и минирања, може се извршити анализа трошкова бушења у функцији: специфичне потрошње експлозива, пречника и дужине бушотина, бушивости стена и других фактора. Ради илустрације на слици 175 приказана је зависност трошкова бушења по метру бушотине, у функцији дужине бушотина, при бушењу бушилицом Simba H 1350. Дужине бушотина, при којима су трошкови бушења најнижи, расту од 10 m до 20 m, идући од тешкобушивих према лакобушивим стенама. Трошкови су већи у стенама које се теже буше, а утицај дужине бушотина на трошкове бушења у таквим стенама је знатно више изражен.

240

Р. Пантовић

SIMBA H 1350; d=89 mm Релативни трошкови Troškovi bušenjaбушења (din/m')

80

Ib=20 60

Ib=30 Ib=40

40

Ib=50

Ib=60

20 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Дужина (m) Dužinaбушотина bušotina (m)

Слика 175: Зависност трошкова бушења од дужине бушотина у стенама различите бушивости

У табели 50 дата је релативна зависност трошкова бушења у функцији чврстоће стена Табела 50: Индекс трошкова бушења у стенама различите чврстоће

Коефицијент чврстоће (f)

5

7

9

12

16

20

25

Индекс трошкова

0,43

0,71

1

1,29

1,57

1,86

2,14

241

Р. Пантовић

242

Р. Пантовић

15. МЕХАНИЗАЦИЈА И АУТОМАТИЗАЦИЈА ПРОЦЕСА БУШЕЊА Повећање капацитета бушилица, обезбеђење повољнијих услова рада и нижих трошкова бушења, заснива се на механизацији процеса и аутоматизацији система праћења, контроле и регулације режима бушења. Постоји неколико етапа у развоју опреме за бушење у последњих неколико деценија. На слици 176 приказан је развој технологије бушења у последњих 40-так година. Шездесетих година прошлог века, ручна и полумеханизована опрема за бушење замењује се механизованом самоходном опремом. Десетак година касније појављује се хидраулична опрема за бушење. Хидраулични погон представљао је идеалну основа за развој система аутоматизације процеса бушења, тако да савремене бушилице поседују аутоматске системе: - праћења, контроле и регулације параметара режима бушења - «противзаглаве» - одржања паралелности бушотина, уз коришћење ласерског позиционирања бушотина на челу ходника у изради.

Zastupljenost Заступљеност

Компјутеризоване Kompjuterizovane бушилице bušilice Hidrauličke Хидрауличке bušilice бушилице

Pneumatske Пнеуматске bušilice бушилице Полумеханизована Polumehanizovana опрема за za бушење oprema bušenje

1960

1970

1980

1990

2000

2010

2020

Godina Година

Слика 176: Развој опреме за бушење

Савремене бушилице опремљене су уређајима за механизовано манипулисање бушаћим прибором. Бушаће шипке (цеви) могу да се, помоћу механизма за настављање, из магацина (касете) за шипке убацују у бушаћу колону. По завршеном бушењу прибор се на исти начин враћа назад. Процесом манипулисања прибором и управљања процесом бушења, руководи бушач из кабине бушилице или даљински преко командног пулта, постављеног на безбедном и погодном растојању од бушилице. На овај начин олакшан је рад, а капацитет бушилица се увећава.

243

Р. Пантовић

Код бушилица опремљених микропроцесорима и одговарајућим аутоматским системима бушења, настављање бушаћих шипки (цеви), до програмиране дужине бушотине и њихово растављање и враћање у касету, може да се врши аутоматски. Компјутеризованим бушилицама обезбеђује се повећање капацитета захваљујући томе што бушилица може, током замене смене и пауза за оброк (2 ÷ 2,5 часа по смени), да буши према програмираној шеми, без присуства бушача. На слици 177 су илустроване разлике у капацитетима бушилица, у зависности од њиховог технолошког нивоа. 24 САТА

МЕХАНИЗАЦИЈА

АУТОМАТИЗАЦИЈА

Расположиво време за бушење РОБОТИЗАЦИЈА

КАПАЦИТЕТ БУШИЛИЦЕ

Слика 177: Релативни капацитети бушилица различитог технолошког нивоа Хидраулично уље је, у односу на компримирани ваздух, знатно погоднији медијум за регистрацију разлика у протоцима и притисцима уља. Ова погодност је искоришћена као подлога за развој система аутоматске контроле и регулације основних функција код хидрауличних бушилица. Аутоматски системи контроле и регулације режима бушења омогућавају поступну промену режима бушења, штитећи опрему од наглих промена притисака. Од почетка бушења бушотине до постизања пуне снаге чекића, режим бушења се лагано појачава. Током бушења притисци и протоци хидрауличних токова се прилагођавају регистрованим променама услова бушења. Наиласком на мекше стене притисак у ударном и потисном механизму се смањује и обрнуто, што утиче на повећање века круна и прецизности бушења. Повећан отпор према ротацији бушаћег прибора указује на опасност од заглављивања, при чему се укључује и систем заштите од заглављивања прибора. Притисак уља у ударном механизму се смањује, а смер потиска се окреће (прибор се извлачи), док се притисак у ротационом мотору не смањи до одређене вредности. Овиме је бушач ослобођен од напорног праћења евентуалне појаве опасности од заглављивања прибора.

244

Р. Пантовић

Осим од апсолутних вредности параметара режима бушења, ефикасност бушења зависи и од њихове међусобне усклађености. Тај склад обезбеђују одговарајући аутоматски системи. Регулацијом притисака уља у хидрауличним токовима кроз ротациони, перкусиони и потисни механизам, обезбеђује се стално одржавање процеса бушења у оптималном режиму (слика 178). Аутоматски систем процеса бушења обезбеђују максималну брзину бушења и смањење потрошње енергије и хабања бушаћих круна, за одређени пречник бушотина и карактеристике стена. Обртни момент

Притисак ротације

БУШАЋИ ЧЕКИЋ

Сила потиска

Притисак перкусије

Притисак потиска

Слика 178: Усклађивање притиска у улазним цевима мотора перкусије, ротације и потиска

Аутоматски системи и компјутерска контрола процеса бушења омогућили су да један оператер, преко монитора и дигиталних дисплеја, који се налазе у дистанцираним комфорним кабинама, надгледа рад више бушилица. На слици 179 а и б приказани су положаји видео камере и дистанцираног командног пулта (кабине) у односу на бушилицу. На слици 179 в приказана је унутрашњост кабине код једне роботизоване бушилице. У кабини се, између осталог налази командна табла, монитор и рачунар. На командној табли се бира начин управљања, између програмираног бушења или бушења са непосредним управљањем. Преко монитора се могу пратити сви параметри, који су значајни за процес бушења. Рачунар омогућава програмирање процеса и избор параметара бушења, према конкретним условима бушења.

245

Р. Пантовић

Веза са другом бушилицом

Видео камера Кабина

а)

б)

в) Слика 179: Шематски приказ примене аутоматизованих и компјутеризованих бушилица у систему даљинског управљања и праћења бушења (а и б): 1 - извор ласерског зрака, 2 - подетажни ходник, 3 - бушилица, 4 - кабл, 5 - видео камера, 6 - командна кабина, 7 - циклон, 8 - колектор за фину прашину; кабина роботизоване бушилице Datamatic - Тamrock (в)

246

Р. Пантовић

16. ЕРГОНОМСКИ УСЛОВИ И МЕРЕ ЗАШТИТЕ ПРИ БУШЕЊУ Бушење је изузетно тешка радна операција како са аспекта физичког напора, тако и израженог негативног дејства, буке, вибрација и прашине на здравље радника. Концентрација прашине и интензитет буке и вибрација, на радилиштима, на којима се обавља бушење зависи од природних услова, примењене опреме за бушење и технологије бушења. Дозвољене количине прашине као и нивои буке и вибрација, који су утврђени одговарајућим стандардима и прописима, при бушењу се знатно прекорачују. Због овога је неопходно применити одговарајуће мере и средства заштите.

16.1. БУКА Основни извори буке код пнеуматских бушаћих чекића су: удари клипа, издувни систем бушаћег чекића и вибрирајући бушаћи прибор. Порастом притиска компримираног ваздуха ниво буке расте, док се, услед повећања силе потиска,вибрације прибора донекле могу смањити. При бушењу хидрауличним чекићима, услед одсуства издувног ваздуха, бука је мања него код пнеуматских. Бука при бушењу пнеуматским чекићем достиже 114 dB, а са хидрауличним 104 dB. Поред тога, код хидрауличног бушења готово да нема шкодљиве уљне магле. При примени ронећих чекића, због положаја самог чекића током бушења, ниво буке опада са дужином бушотина. Ово је илустровано табелом 51, у којој су приказани резултати мерења промена нивоа буке са продубљавањем бушотине, на растојањима од 1 m и 7 m, при примени Ingersoll Rand-ове бушилице CMM-2 са ронећим бушаћим чекићем. Табела 51: Пад нивоа буке при бушењу ронећим бушаћим чекићем

Нивои буке (dB) на растојању од 1m 7m Само компресор 83 Компресор + ронећи чекић 107 98 Компресор + ронећи чекић са једном цеви 106 95 Компресор + ронећи чекић са две 2 цеви 103 93 Компресор + ронећи чекић са 3 цеви 95 87 Извор буке

При бушењу у подземним просторијама, ниво буке се повећава услед интерференције буке из извора са одбијеним таласима од зидова просторије. Бука негативно утиче на централни нервни систем а преко њега и на остале делове тела. Зависно од интензитета и фреквенције звучних

247

Р. Пантовић

таласа и трајања дејства буке, може доћи до: поремећаја нервног и кардиоваскуларног система, глувоће, чира на желуцу. Смањење буке из издувног система чекића може се обезбедити применом пригушивача, најчешће у облику мањих гумених комора или коришћењем конструкција са безвентилском компримираног ваздуха (помоћу разводника). Код појединих конструкција чекића издувни ваздух се усмерава у правцу бушотине, тако да долази до поништавања буке створене експанзијом истрошеног ваздуха и буке од вибрирања прибора у бушотини. Бука се може смањити изоловањем бушаћих чекића порозним материјалима, који апсорбују део буке. Када се радник налази у непосредној близини бушилице, због високог интензитета буке, неопходно је коришћење чепова и штитника за уши. За буку до 75 dB користе се чепови од вате а преко 75 dB чепови од синтетичких материјала. За заштиту слуха преко 100 dB примењују се штитници за уши (антифони), који могу били причвршћени на шлему. Штитницима се ниво буке смањује за око 25 dB.

16.2. ВИБРАЦИЈЕ При раду бушаће опреме, кроз коју струје радни флуиди под високим притиском (ваздух, вода и уље), долази до појаве вибрација. У директном контакту са чекићем, који је основни извор вибрација и осталим деловима бушаће опреме, долази до преношења вибрација на тело бушача. Смањењем односа површина попречних пресека клипа, код хидрауличних бушаћих чекића, смањен је интензитет вибрација. Поред тога, уградњом виброфилтера (амортизера) између бушаћег прибора и тела чекића и између тела чекића и рукохвата знатно је смањен пренос вибрација на бушача. Повећање снаге бушилица, упоредо са повећањем продуктивности на бушењу, довело је до пораста вибрација тих машина. Вибрације и бука су основни показатељи конструктивне несавршености бушаће опреме, а њихово повећање током експлоатације указује на пораст похабаност или неисправност појединих склопова и механизама. Утицај вибрација на здравље бушача зависи од њихових фреквентних карактеристика и интензитета, који се може изразили преко амплитуде, брзине и убрзања осцилација. Вибрације могу довести до убрзаног замарања, поремећаја нервног и кардиоваскуларног система, обољења зглобова и мишића, запаљења поткожног ткива, итд. Усавршавањем конструкција бушаће опреме, уградњом одговарајућих седишта, пресвлачењем командних ручица меканим еластичним материјалима, може се значајно смањити негативан утицај вибрација. Код бушилица са механизованом манипулацијом бушаћим прибором и са даљинским управљањем, бушач је ослобођен директног контакта са вибрирајућом бушаћом опремом.

248

Р. Пантовић

16.3. ПРАШИНА При бушењу се емитује велика количина прашине (слика 180 а), при чему се стварају стабилни, врло дисперзни системи лебдеће прашине. Ниво запрашености зависи од врсте стене, типа бушаће опреме, начина чишћења бушотине, итд. При ударном бушењу и испирању бушотина водом, просечан садржај прашине на челу радилишта износи око 15 mg/m3, док је при ротационом бушењу тај садржај 8 ÷ 10 пута мањи. При повећаној запрашености радилишта и дуготрајном удисању прашине може доћи до обољења плућа, јетре и бубрега. Јављају се плућне пнеумокониозе, од којих је најчешћа силикоза. Најопаснија је кварцна прашина крупноће 0,2 ÷ 10 µм. Максимално дозвољене концентрације прашине, у зависности од садржаја кварца у стени, прописане су према ЈУС 2.БО.001. Одстрањивање бушаће ситнежи при примени ручних и лафетних бушаћих чекића, у подземним рудницима, врши се углавном испирањем водом. Када се ситнеж издувава из бушотина обично се у компримирани ваздух додаје одређена количина воде. Међутим, чак ни при испирању бушотина водом не долази до потпуног квашења (обарања) честица прашине, што зависи од њеног минералног састава и крупноће. Честице крупноће испод 2 µм, не квасе се водом и зато слободно лебде у ваздушној средини радилишта. Побољшање квашљивости честица прашине може се постићи додавањем површински активних материја или омекшивача у количини 0,1 ÷ 0,3 %, у циљу снижавања површинског напона воде. Додавањем већих количина површински активних материја и детерџената у воду, може се постићи испирање бушотина пеном, уз врло висок степен обарања прашине. Мишљење да се додавањем воде у струју компримираног ваздуха продужава век и повећава брзина бушења, је погрешно. При довољној количини ваздуха круна ће, уз већу брзину бушења, дуже трајати при бушењу без воде. Код троконусних круна, и мале количине воде доводе до њиховог убрзаног испадања из употребе.

16.3.1. Поступци сувог отпрашивања С обзиром да вода не обезбеђује ефикасно обарање најфиније и најопасније прашине и да скраћује век круна и смањује брзину бушења, данас се за чишћење бушотина све више користе поступци сувог отпрашивања. Системи сувог отпрашивања примењују се на површинским коповима али и у подземној експлоатацији посебно при бушењу са ронећим чекићима. При сувом бушењу обарање прашине најчешће се врши усисавањем прашине у систем за суво отпрашивање у коме се прашина таложи у два стадијума. Прво се у циклонима одваја крупна прашина, а у колекторима прашине на систему платнених филтера задржава се ситнодисперзна прашина. Отпрашивање може бити потпуно суво или уз

249

Р. Пантовић

додавање мање количине воде. Обе технике, при правилном раду и у погодним условима, омогућавају обарање преко 95 % респирабилне прашине. На слици 180 приказана су два уређаја за суво отпрашивање. Код отпрашивача фирме Ilmeg (слика 180 б) компримирани ваздух из бушотине заједно са прашином, улази у усисну капу 1, постављену на уста бушотине, а затим кроз гипко усисно црево 2 преко отвора 3 долази до доњег дела колектора 4. Колектор је тако пројектован да у том делу брзина струјања падне толико да се крупна прашина, заједно са водом која се може појавити, одвоји од фине прашине. Фина респирабилна прашина, укључујући најфиније честице ситније од 5 микрона, наставља пут ка комори платнених филтера и долази на филтере 5, на којима се задржава. Пречишћен ваздух се просисава кроз филтере отпрашивача помоћу вентилатора 6 (обично код хидрауличних бушилица) или ејектора (код пнеуматских бушилица) кроз комору чистог ваздуха у атмосферу. Крупнозрна и фина прашина, одвојене током чишћења филтера, заједно се истресају и скупљају у пластичне џакове 8, који се причвршћују на доњем отвору колектора. Отпрашивачи углавном функционишу аутоматски. Њихов рад најчешће почиње чим почне и издувавање бушотине, а чишћење филтера може се вршити аутоматски када се оконча продувавање бушотине или истовремено са отпрашивањем помоћу уређаја за трешење или помоћу реверзибилних ваздушних удара.

а) б) в) Слика 180: Запрашеност ваздуха при бушењу без уређаја за отпрашивање (а); систем за суво отпрашивање фирме Ilmeg (б) и систем за отпрашивање фирме Atlas Copco (в): 1-колектор са платненим филтерима, 2-усисна капа, 3-усисно црево, 4-вентилатор

250

Р. Пантовић

Са аспекта заштите радника од прашине треба указати на следеће мере и средства техничке заштите: - За заштиту органа за дисање могу се користити филтрациони респиратори, са којима се може обезбедити задржавање кварцне прашине преко 99,5 %. За заштиту очију користе се заштитне наочаре са херметичном гуменом полумаском. - Проветравањем радилишта одговарајућом количином ваздуха може се смањити концентрација прашине, водећи рачуна да услед великих брзина струјања ваздуха не дође до усковитлавања претходно наталожене прашине. - Код савремених бушилица довођењем одговарајуће количине ваздуха, у кабинама оператера ствара се надпритисак, чиме се спречава улазак прашине у кабину. - Опрема за бушење са аутоматским системима бушења и даљинским управљањем, омогућава бушаћу да се у току бушења «дистанцира» од бушилице. На тај начин смањен је негативан утицај прашине и буке, а вибрације се уопште не преносе на руковаоца. - Роботизоване бушилице, које без присуства радника могу да, према претходно програмираној шеми, избуше одговарајућу мрежу бушотина, ослобађају бушача од боравка на радилиштима са неповољним условима рада.

16.4. ОПШТЕ ТЕХНИЧКЕ МЕРЕ ЗАШТИТЕ ПРИ БУШЕЊУ Осим поштовања општих норми и правила сигурности неопходно је пре почетка бушења проверити исправност: сигурносних уређаја, кочница, осветљења, светлосних и звучних сигнала, уземљења, високонапонских каблова и других уређаја, који су од утицаја за њен несметан и сигуран рад. Неопходно је проверити рад свих механизама у празном ходу. Ради безбедног кретања и премештања бушилица неопходно је претходно, коришћењем булдозера, грејдера, утоварача, поравнати етажне равни или подину подземних просторија. При премештању бушилица на површинским коповима, на растојање веће од 100 m, торањ бушилице мора бити спуштен у транспортни положај. Бушилица се увек мора налазити на растојању већем од 3 m од ивице етаже. Бушилице морају бити опремљене ватрогасним апаратима. При раду са бушилицама неопходно је поштовати упутства произвођача.

251

Р. Пантовић

SIGURNOSNI СИГУРНОСНИ ВЕНТИЛ VENTIL

252

Р. Пантовић

17. БУШЕЊЕ ПОД ВОДОМ Бушачко-минерски радови под водом, изводе се у циљу: - израде канала, - продубљења водних путева, пристаништа и лука, - израде удубљења за изградњу армирано-бетонских стубова мостова, цевовода, нафтних платформи, итд. Бушотине које се буше под водом углавном су мањих пречника (до 120 mm), јер су захтеви према квалитету дробљења при минирању врло високи. Радни органи машина којима се уклања одминирана стена имају ограничене запремине.

17.1. ОПРЕМА ЗА БУШЕЊЕ ПОД ВОДОМ Опрема за бушење под водом може да се поделу у четири групе, које су шематски приказане на слици 181. У табели 52 приказани су услови примене за поједине групе опреме за бушење.

а) б) в) г) Слика 181: Опрема за бушење под водом: а) бушилице на усидреним баржама, б) бушилице на пливајућим платформама са хидрауличним ослонцима, в) гусеничне бушилице са командним пултом издигнутим изнад површине воде, г) независне подводне бушилице Табела 52: Избор подводне бушаће опреме Опрема за бушење Бушилице на усидреним баржама (платформама) Бушилице на пливајућим платформама са хидрауличним ногама Гусеничне бушилице са командним пултом изнад површине воде Независне подводне бушилице

Брзина воденог тока, m/s

Дубина воде, m

Висина таласа, m

Брзина ветра, m/s

3 ÷ 20

0 ÷ 0,5

0 ÷ 0,3

1 ÷ 10

3 ÷ 20

0,5 ÷ 4

0,8 ÷ 3

0 ÷ 60

0 ÷5

0 ÷2

0 ÷ 1,5

0 ÷ 60

Преко 30

-

-

-

253

Р. Пантовић

17.2. БУШЕЊЕ СА ПЛАТФОРМИ Бушење са пливајућих платформи отежава велико таласање водених површина. Решење овог проблема, зависно од конкретних услова остварује се сидрењем са масивним сидрима или подизањем платформи на ослонце (хидрауличне ноге). Потисна сила саставних понтона мора бити већа од силе укупне тежине платформе са ногама. Платформе са хидрауличним ослонцима (ногама) знатно су стабилније од усидрених, јер је утицај морских таласа и мена на њих много мање изражен. При дубини мора од 30 m, она омогућава сигурно бушење при брзини ветра до 60 m/s, висини таласа 5,5 m, учесталости таласа од 8 с и брзини кретања воде од 2 m/s или при брзини ветра од 20 m/s, висини таласа 1,5 m, учесталости таласа 4,5 с и брзини кретања воде од 4 m/s. Платформе се, ради обезбеђења веће стабилности, увек оријентишу својом дужом страном у правцу ветра и таласања воде. Због проблема и великих трошкова везаних за премештање и стабилизацију платформи, постоји тенденција да се са једног положаја платформе избуши што већи број бушотина. Због тога се на платформама обично налази већи број бушилица (слика 182).

Торњеви Телескопски стуб Чекић

Вођица бушаће цеви

Платформа

Бушаће цеви

Слика 182: Шематски приказ основног изгледа платформе за бушење са детаљем вођица и облагања бушотине

254

Р. Пантовић

Бушилице имају могућност кретања по шинама на платформи а некада се више бушилица поставља на један заједнички рам, који се по вођицама креће по палуби платформе. На тај начин једном бушилицом може се, кроз отворе на платформи, избушити више бушотина. На слици 183 а приказана је бушилица постављена на раму, који се креће по шинама на платформи, а на слици 183 б фотографија платформе са шест хидрауличних ногу. Ради заштите бушотина од зарушавања и запуњавања околним материјалом кроз растресити слој дна, често мора да се врши облагања бушотина обложним цевима. За облагање бушотина бушилице морају бити посебно опремљене уређајима за пренос обртног момента са ротационог мотора бушилице на обложну колону, стезним чељистима за обложну колону и механизмом за пренос обртног момента са ротационог мотора бушилице на бушаћу колону (цеви или шипке). Бушење отпочиње ротацијом и утискивањем обложних цеви, које су заоштрене на почетку или су опремљене специјалним прстенастим крунама. Када се достигне одређена дубина утискивања обложних цеви, ротациони мотор се одваја од обложне колоне, коју прихвата стезна чељуст. Кроз обложну колону спушта се основна бушаћа колона и везује се са ротационим мотором. Бушење се врши кроз обложну колону а зависно од растреситости стенског материјала може ићи и дубље. На овај начин наизменично се утискује обложна колона и врши бушење док се не дође до ко MPа ктне стене у којој није потребно облагање њених зидова, а бушење се наставља само са бушаћом колоном.

17.3. БУШЕЊЕ ПОДВОДНИМ БУШИЛИЦАМА Бушење бушилицама које се налазе под водом представља изузетно сложен технолошки подухват, скопчан са проблемима везаним за рад људи и опреме за бушење под високим хидростатичким притиском. У циљу ублажавања овог проблема при бушењу у мору, води се рачуна о морским менама. Осека је најповољнији период за бушење. Бушењу се приступа после уклањања слојева песка шљунка и муља у границама зоне предвиђене за бушење, што може бити технички врло тешко изводљиво. Капацитет бушења подводних бушилица у односу на капацитет бушења са платформи далеко је мањи. Међутим за велике дубине, преко 30 m, ово је рационалнији начин бушења. На слици 183 в илустрован је рад подводне гусеничне бушилице, при раду на морском (речном) дну. Бушење се изводи у циљу израде удубљења за израду темеља за приказане стубове. Постављање темеља фиксних нафтних платформи захтева извођење подводних бушачко-минерских радова. На слици 183 г приказана је нафтна платформа постављена на бетонском темељу и стубовима на дубини од 145 m у Северном мору.

255

Р. Пантовић

Горњи точак котураче Бушаћи чекић котураче Доњи точак котураче

б)

в) Платформа STATFJORD B (271 m)

Командни пулт Стезни уређај за настављање бушаћег прибора

Витлови

УН (154 m) Бивше близнакиње

Вођица бушаће цеви

Водећа цев

Уређај за подмазивање

г)

а)

Слика 183: Изглед покретног торња (бушилице) за бушење са платформе (а). Фотографија платформе на «ногама» (б). Гусенична бушилица и бушач-ронилац у води (в). Нафтна платформа Statfjord B у односу на неке грађевине (г)

256

Р. Пантовић

18. НЕМЕХАНИЧКИ ПОСТУПЦИ ИЗРАДЕ БУШОТИНА Са порастом чврстоће стена ефикасност механичких поступака бушења почиње да опада, а трошкови бусења се повећавају. Због овога се испитују и уводе поступци бусења чија ефикасност не зависи од чврстоће стена. Немеханички поступци бушења заснивају се на напрезањима која настају као последица одређених физичких поља. Од физичких поступака бушења у рударству посебан значај имају: - пламено-млазно бушење, - бушење плазмом и - бушење експлозивом Поред ових поступака изучавају се и експериментално проверавају могућности примене: електро-импулсног, ултразвучног и ласерског бушења.

18.1. ПЛАМЕНО-МЛАЗНО БУШЕЊЕ Од свих немеханичких поступака бушења пламено-млазно бушење има најширу примену у рударству. Овај поступак бушења први пут је примењен 1949 године на површинским коповима таконита у САД. Овај поступак се данас углавном примењује за проширивање доњег дела бушотине, који се пуни експлозивом, од 214 ÷ 243 mm до 350 ÷ 400 mm коришћењем бушилица за комбиновано бушење троконусним крунама и пламено-млазно бушење, до дубине од 60 m. При пламено-млазном бушењу разарање стене настаје на рачун термичких напрезања, која се јављају при брзом загревању површинског слоја стене струјом врелих гасова. Пламена глава за бушење (горионик), смештена је на шупљој бушаћој шипки, која истовремено служи за довођење керозина, кисеоника и воде кроз посебне канале (слика 184 а). Кисеоник под притиском 1,2 ÷ 2 MPа и керозин под притиском 0,8 ÷ 1,2 MPа, долазе у комору за сагоревање где сагоревају, стварајући температуру 3000 ÷ 3200 °C и притисак од 2 ÷ 4 MPа. Сагоревањем керозина у горионику, пламен избија у облику млазева заједно са воденом паром, кроз отворе у глави горионика. Гасна струја излази кроз отворе надзвучном брзином 1500 ÷ 2000 m/s, удара на дно бушотине и услед температурне контракције појединих минералних састојака, долази до разарања стене. Разорени материјал одстрањује се са дна бушотине продуктима сагоревања и воденом паром. Вода се доводи под притиском од 0,8 MPа, ради хлађења горионика и изношења набушеног материјала. За обезбеђење равномерног загревања дна бушотине и разарања стене по целој површини, бушаћа шипка са гориоником окреће се брзином од 6 ÷ 30 min -1. При пламено- млазном бушењу постижу се високи учинци бушења у стенама са високим садржајем кварца, високим температурним

257

Р. Пантовић

градијентом, и са коефицијентом чврстоће f = 14 ÷ 20. Особина кварца да при загревању до тачке топљења, трпи читав низ модификационих преображаја при чему повећава своју запремину за одређени проценат, пресудна је за успешност овог поступка бушења. Различита термичка напрезања појединих минералних зрна, утичу на разарање стенске масе. Са смањењем садржаја кварца бушивост стена термичким поступком се погоршава и према техно-економским показатељима поступак постаје неприменљив. Уколико је већи температурни градијент dt/dl, односно пренос топлоте од загреваног слоја у дубину стене, биће већа и термичка напрезања у стени. Величина температурног градијента зависи од густине топлотног протока (qt) на површини стене, и од топлотне проводљивости стена (λ).

dt qt α ⋅ (t g − t s ) = = dl l λ

(98)

где су: tg , ts - температуре гаса и стене, α - коефицијент предаје топлоте од гасне струје ка стени. Ефикасност термичког разарања до посебног изражаја долази при проширивању бушотина. Бушотине се проширују коришћењем посебних горионика-проширивача (слика 184 б). Проширивачи имају два отвора за излаз гасне струје. Мањи централни отвор пречника 6 ÷ 8 mm, који је усмерен у правцу осе горионика, има задатак да побољша изношење набушеног материјала. Главни бочни отвор, намењен је за непосредно проширење бушотине, има пречник отвора за излаз гасне струје 16 mm, и угао нагиба према оси горионика око 55°. За време израде проширења, горионик се не спушта по вођицама. Брзина бушења зависи од растојања отвора млазнице горионика од чела бушотине. Уколико је растојање горионика превише мало, уместо да се разара на комадиће, стена се топи, што је неповољно са чишћења бушотине. При великим растојањима долази до малог обима разарања, повећања пречника бушотине, слабог одстрањивања набушеног материјала.

18.2. БУШЕЊЕ ПЛАЗМОМ Плазма се карактерише врло високом концентрацијом енергије, врло високим температурама и постојањем електричног и магнетног поља. Стање плазме се остварује у специјалним редукторима који се састоје из три основна дела: плазмотрона, реакционе коморе и калионице. У плазмотрону се врши загревање предмета до високих температура док се не образује плазма, у реакционој комори плазма узајамно делује са обрађиваним предметом, при чему се добијају нова хемијска једињења. Ради спречавања распадања новоформираних једињења под дејством високих температура, температура у калионици нагло се снижава. Шема плазмотрона приказана је на слици 185.

258

Р. Пантовић

б)

Слика 184: Шематски приказ горионика (а) и проширивачи бушотина (б)

а) У зависности од типа плазмотрона, радних компоненти и режима рада, коефицијент корисног дејства плазматрона износи 60 ÷ 90 %. Као електроде за плазматрон користе се метали који имају високе температуре топљења, висок коефицијент превођења топлоте и неопходну стабилност у односу на радну компоненту - гас. Највише се користе бакар, волфрам, молибден, графит, цирконијум и др. Струја плазме користи се и за разарање чврстих стена. При брзом загревању стена, минерална зрна појединих минерала шире се различитом брзином услед чега долази до напрезања у стени. Величина напрезања зависи од густине, хемијског састава и температуре. Разарање струјом плазме може да се комбинује са механичким поступцима бушења. При томе се струја плазме користи за претходно ослабљење стене услед термичких напрезања. Посебно добри резултати у пракси постигнути су при бушењу тешко топивих и тврдих стена.

Слика 185: Шемa плазматрона; 1-тело, 2-облога, 3-изолациони прстен, 4-канал за довод гаса, 5-електрични лук, 6-ослонац електролука, 7-канал за ваздух, 8-канал за хлађење тела водом, 9-млаз плазме

259

Р. Пантовић

18.3. БУШЕЊЕ МИНИРАЊЕМ Бушење минирањем заснива се на спуштању и иницирању мањих експлозивних пуњења на челу бушотине. Експлозије доводе до разарања одређене количине стене, коју подухвата струја гасова или исплаке и избацује је ван бушотине. Експлозив се на чело бушотине спушта у патронама (ампулама) или у облику млазева (експлозивних струја). Отуда се разликују патронски и млазни поступак. При бушењу бушотина експлозивом карактеристике стена показују знатно мањи утицај на ефикасност процеса, него при механичком начину израде бушотина. Код стена чије се чврстоће разликују за 10 ÷ 15 пута, брзина бушења експлозивом разликује се само за око 50 %.

18.3.1. Бушење помоћу патрона експлозива Суштина патронског поступка састоји се у извођењу непрекидних експлозија патрона на челу бушотине. Кроз бушаћу цеви, заједно са компримираним ваздухом, водом или исплаком, на чело бушотине убацују се патроне или ампуле течних или чврстих експлозива (слика 186 а). Експлозив се иницира помоћу детонатора или до иницирања долази услед удара о чело бушотине. Учестале експлозије доводе до разарања стене. Средња запремина стене која се одваја од масива експлозијом једне патроне (ампуле) масе 50 g, износи око 1 dm3. Продукти разарања стене избацују се из бушотине повратним током компримованог ваздуха (воде) или циркулационим током исплаке.

18.3.2. Бушење са експлозивним млазевима Код бушења млазним поступком, из два резервоара постављена на површини, кроз цевчице, које пролазе кроз главну цев, и на крају кроз специјални уређај за бушење експлозивом, на чело бушотине непрекидно се убризгавају две неексплозивне течне компоненте (гориво и оксиданс). У доњем делу уређаја за микроексплозивно бушење, налази се млазница, која је приказана на слици 186 б. Спајањем (фузијом) млазева горива и оксиданса, у одређеном односу, образује се пљосната експлозивна материја. Након тога, убацује се и течна компонента – капљице иницијатора, којима се изазива детонација формираног експлозивног пуњења. Горива компонента је керозин, оксиданс је четворооксид азота а иницијатор еутектичка легура калијума и натријума. Дозирање компонената изводи се у строго одређеним временским интервалима. Тачном синхронизацијом обезбеђује се правилно мешање прве две компоненте, стварање експлозива и иницирање у правом тренутку.

260

Р. Пантовић

а)

ГОРИВО

ОКСИДАНС

Серијом учесталих експлозија формира се бушотина. Бушаћа ситнеж са дна бушотине избацује се заједничким дејством протока компримираног ваздуха, гасовитих продуката експлозија и ударних ваздушних таласа. Уређаји за бушење са експлозивним струјама намењени су за израду бушотина у чврстим стенама са пречницима од 100 ÷ 300 mm и до дубине 100 m.

б) Слика 186: Принцип бушења патронама експлозива (а): 1- патрона експлозива, 2-бушаћа цев, 3- компримирани ваздух, 4-компримирани ваздух и бушаћа ситнеж, 5-зона бочног разарања, 6-кратер дробљења. Млазница уређаја за бушење експлозивним млазевима (б): 1- противударни вентили, 2-улазни вентили

261

Р. Пантовић

262

Р. Пантовић

ЛИТЕРАТУРА 1.

Atlas Copco: Guide to underground mining methods and apllication. Stockholm. Sweden. 1986.

2. 3.

Atlas Copco Manual. Atlas Copco AB. Stockholm. Sweden. 1982.

4.

Бельаев А. Е.. Анализа работы шарошечних долот и пути повишения их стойкости. Горний журнал. 2000(4). стр. 50-53.

5.

Drilling and blasting in underground mines. Tamrock. Helsinki. Finland. 1986.

6.

Џодић Р.. Технологија бушења и минирања. Рударско-металуршки факултет у Титовој Митровици. Приштина. 1985.

7. 8.

Electronic drill specialists set sights on straighting holes. WME. (1987)7. p. 32.

9.

Beccu R.. New concepts in percussive drilling. WME. (1992)7-8. p. 39-42.

Галкин В. В.. Гилманов П. А.. Дроговейко И. З.. Взрывные работы под водой. “Недра”. Москва. 1987. Герчет О. Д.. Васильков В. И. Влияние глубины скважин на расход буровой стали. Горнyй журнал. (1982)3. с. 36-37.

10. Handbook of underground drilling. Tamrock. Tampere. Finland. 1986. 11. Иванов К. И.. Латyшев В. А.. Андреев В. Д.. Техника бурения при разработке полезних ископаемых. “Недра”. Москва. 1987. 12. Иванов К. И.. Ципикс А. М.. Бурение шпуров и скважин самоходними шахтними установками. “Недра”. Москва. 1983. 13. Јовановић П.. Израда јамских просторија. Рударско-геолошки факултет. Београд. 1990. 14. Кантович Л. И.. Гетопанов В. Н.. Горные машины. “Недра”. Москва. 1989. 15. Кутузов Б. Н.. Агаев М. И.. Перспективы разработки буровых станков нового технического уровня для подземних работ. ИВУЗ Горний журнал. (1988)11. с. 88-92. 16. Милићевић Ж.. Милић В.. Могућности примене бушотина великог пречника при подземној експлоатацији у руднику Бор. Научно саветовање из области бушења у рударству. Зборник радова. РГФ Београд. с. 84-88. 1994. 17. Милићевић Ж.. Трошкови бушења дубоких минских бушотина. Подземни радови. РГФ Београд. (1994)3. с. 25-31. 18. Милићевић Ж. Анализа трошкова бушења при обарању руде кратким минским бушотинама. Гласник рударства и металургије. Вол. 30. бр. 1. Бор. 1994. с. 45-55. 19. Montan L.. Recent developments in underground mining methods and machinery. Fifth Australian tunelling conference. Sidney. p. 22-24. 1984. 20. Пантовић Р.. Компарација ефеката бушења минских бушотина применом пнеуматских и хидрауличких бушаћих чекића у јами рудника бакра Бор. Дипломски рад. Технички факултет у Бору. 1988. 21. Пантовић Р.. Милићевић Ж.. Примена савремених машина за бушење дугих минских бушотина у борској Јами. Научно саветовање "Механизација у рударству". Зборник радова. РГФ Београд. с. 216-212. 1995. 22. Пантовић Р. Милићевић Ж. Савић М.. Ефикасност преноса ударне енергије кроз бушаћи прибор. XXVII октобарско саветовање рудара и металурга. Бор. с. 179-183. 1995.

263

Р. Пантовић

23. Пантовић Р.. Савић М.. Утицај девијације дугих минских бушотина на квалитет дробљења минирањем. I југословенски симпозијум "Бушење и минирање". Зборник радова. РГФ Београд. 1995. с. 174-183. 24. Пантовић Р.. Одређивање оптималних параметара бушења дубоких минских бушотина код високопроизводних метода подземног откопавања. Докторска дисертација. Технички факултет у Бору. 1999. год. 25. Павлов А. С.. Оценка енергетических показателей бурилных машин ударного дејствия с пневматическими и гидравлическими приводами. Горнyй журнал. с. 39-41. (1979)3. 26. Поповић Н.. Научне основе пројектовања површинских копова. Ослобођење. Сарајево. 27. Prailet R.. Rotary drilling and the four kingdoms. WME. (1990)9. p. 20-22. 28. Пуртић Н.. Бушење и минирање. Рударско-геолошки факултет. Београд. 1991. 29. Robotized drilling with water powered ITH hammers. E&MJ. (1996)911. p. 48. 30. Rotary blast-hole drills. Mining Magazine. (1980)3. p. 222-239. 31. Савић М.. Бушење минских бушотина крунама са озубљеним конусима на површинским коповима. Минирање. 1973. с. 7-15. 32. Щадов М. И. и др.. Буровая техника для карьеров в ближайшей перспективе. Горний журнал. (1996)1-2. Москва. 33. Стојановић М.. Могуће оштећење бушаћих круна код бушења бушотина за масовно минирање и препоруке за њихово отклањање. Експлозиви бушење минирање. 1986(4). Рудекс. Београд 34. Стојановић М.. Опрема за бушење и бушаћи прибор на површинском копу рудника бакра Велики Кривељ. Експлозиви бушење минирање. 1984(2). Рудекс. Београд. 35. Tantarimaki K.. Top-hammer. WME. (1990)9. p. 24. 36. Tube drilling boosts productivity. International Mining. (1988)12. p. 14-16. 37. Веселиновић В.. Двофазно подмазивање и хлађење бушаћих конуса троконусних круна напредак у продужењу века употребе бушаћих круна. Експлозиви. бушење. минирање. Рудекс. Београд. 1984(4). с. 181-187. 38. White L.. In-the-hole drills. E&MJ. (1984)9. p. 52-57. 39. Workman L.. Szumanski M.. Which blasthole rig?. WME. (1997)3. p. 23-27.

264