С целью расширения технологических возможностей проходческих комбайнов избирательного действия кафедрой горных машин и комплексов ТулГУ совместно с институтом «ЦНИИПодземмаш» был предложен совершенно иной принцип активизации рабочего органа. В качестве генератора кратковременных импульсов было предложено использовать в приводах горных машин дифференциальные вибраторы крутильных колебаний.

Вибратор способен создавать на рабочем органе момент, изменяющийся по периодическому закону. В этом случае на рабочем органе машины возможно получение усилий, в отдельные промежутки времени значительно превышающих усилия от привода традиционного исполнения, что, в свою очередь, может повысить эффективность работы комбайна в крепких породах и увеличить производительность в более слабых породах.

На основании изложенного можно сделать вывод, что оснащение комбайнов виброактивными исполнительными органами является перспективным направлением совершенствования их конструкции, позволяющим повысить производительность до крепости пород усж=70 .80 МПа.

3. Струйная технология и техника

Технология струйной цементации грунтов (далее по тексту СЦГ), которая отображает тему моей диссертационной работы, появилась практически одновременно в Японии, Италии, Англии. На сегодняшний день, машины, реализующие СЦГ, интенсивно эксплуатируются по всему миру, позволяя эффективно решать традиционные и новые технологические задачи в промышленном и гражданском строительстве, а также строительстве подземных сооружений.

Техническая идея СЦГ заключается в использовании энергии высокоскоростной струи водоцементного раствора для разрушения массива грунта и одновременного перемешивания получаемой массы. После твердения массы образуется новый материал - грунтобетон, обладающий достаточно высокими физико-механическими характеристиками.

В общем случае комплект технологического оборудования, необходимого для реализации технологии СЦГ состоит из следующих элементов:

- буровая установка;

- станция приготовления водоцементного раствора;

- водоцементный насос высокого давления.

Причем, особого внимания заслуживает именно буровая установка, к которой предъявляются специфические технологические требования. В то же время, остальные части комплекса оборудования, а именно, станция приготовления водоцементного раствора и водоцементный насос высокого давления выпускаются серийно как за рубежом, так и на отечественных предприятиях. Так в России, для нужд нефтяной промышленности, уже несколько десятилетий выпускаются станции приготовления водоцементного раствора и насосы высокого давления, обеспечивающие подачу водоцементного раствора к потребителю с давлением до 65 МПа.

Буровой самоходный станк СБГ-3320, который изготовлялся на Скуратовском экспериментальном заводе состоит базовой тележки с рамой 1, движителей хода 2, объемного гидропривода с насосами и моторами привода движителей правого и левого борта, вспомогательного насоса подпитки замкнутых гидросистем, стояночными тормозами с механизмом управления ими, а также установленной на раме ходовой тележки посредством механизма подвески 3, рамы податчика 4 с механизмами вращения 5 и подачи 6 бурового става вдоль оси скважины с гидравлическими моторами приводов этих механизмов 7 и 8, причем гидравлические моторы приводов вращения бурового става 7 и механизма его подачи 8 при бурении подключены к насосам правого и левого борта вместо гидромоторов приводов движителей, посредством двухпозиционных золотников, управление которыми объединено с механизмом управления стояночными тормозами.

Рис. 4. Общий вид буровой установки.

При выполнении стояночных тормозов с тормозными гидравлическими цилиндрами и золотником управления ими, двухпозиционные золотники выполняются с гидравлическим управлением, а входы в камеры управления золотниками соединяются магистралями с входом в рабочие гидроцилиндры стояночных тормозов.

Вспомогательный насос системы перемещения стрелы 9 навесного оборудования машины, сама эта система остаются без изменений и используются для выполнения вспомогательных операций.

Такое схемное и компоновочное решение позволяет в максимальной степени использовать энергетические возможности базовой машины и обеспечить безопасность при эксплуатации буровой установки.

На верхнем конце проходного шпинделя вращателя устанавливается гидросъемник 10 для подачи высоконапорной водоцементной суспензии.

Процесс бурения пилотной скважины и формирования закрепленного массива контролируется при помощи АСУ СЦГ.

Применение же серийно выпускаемых буровых установок для использования в составе комплекта оборудования СЦГ невозможно по ряду причин, основными из которых являются следующие:

- податчик буровой установки должен быть оснащен дополнительным устройством автоматизированного подъема буровой колонны с заданной скоростью, что является основным требованием для гарантированного качества работ в однородных грунтах - устройства колонн без разрывов, постоянным диаметром и необходимым содержанием цемента в единице объема грунта;

- водоцементный раствор к струеформирующим устройствам должен нагнетаться под высоким давлением по буровому ставу; обычная конструкция бурового става не обладает достаточной прочностью, а его соединения – герметичностью;

- необходимо наличие гидросъемника высокого давления – узла, через который водоцементный раствор, поступает из неподвижной высоконапорной магистрали во внутрь вращающейся буровой колонны.

Заключение

Современные экономические условия диктуют необходимость для каждого, отдельно взятого, горного предприятия обеспечения конкурентоспособности продукции и рентабельности, что возможно лишь в случае резкого повышения производительности основных работ, в том числе и бурения. Главным сдерживающим фактором, на пути повышения производительности является, недостаточная техническая скорость бурения.

Из анализа информационных источников посвященных технической стороне проблематики, возможно, сделать вывод, что дальнейшее увеличение производительности бурения традиционным путем, а именно, за счет увеличения энерговооруженности буровых машин не дает желаемого результата.

По существу породоразрушающий инструмент является проводником энергии разрушения между приводом буровой машины и забоем, от качества инструмента зависит эффективность ее передачи. Рост энерговооруженности оборудования увеличит загруженность инструмента, а, следовательно, еще более уменьшит его стойкость и надежность.

Для инструмента, одной из основных характеристик, во многом определяющей его срок службы, является прочность. Способ повышение прочности за счет применения высокопрочных материалов и сталей, с помощью которого, до недавнего времени и достигался значительный эффект исчерпал себя. Инструменты из материалов с теоретически необходимыми свойствами имеют неоправданную себестоимостью.

Как вывод можно отметить, что принципы совершенствования бурового инструмента, включающие как технические, так и технологические новации в целом, за последнее время практически исчерпаны.