Пневмоударный буровой инструмент на высокое давление сжатого воздуха производства ОАО «Нипигормаш» и ЗАО «Машиностроительный Холдинг»




Понятие «низкое» и «высокое» давление сжатого воздуха появилось в 1970–1980-х годах. Так сложилось исторически, что в горнодобывающей промышленности бывш. СССР в качестве энергоносителя в основном использовался сжатый воздух при давлении 0,5–0,7 МПа. Такое давление и принято называть «низким». Многие идеи по созданию компрессоров на высокое давление (ВД) сжатого воздуха — от 1 до 3 МПа в то время по разным причинам наша промышленность в полной мере реализовать не смогла, что явилось основным сдерживающим фактором развития многих прототипов бурового оборудования отечественного производства на ВД сжатого воздуха. Соответственно и горные предприятия, не обладая высокопроизводительным буровым оборудованием, на какой-то период затормозились в освоении передовых технологий.
Но, несмотря на отсутствие опыта промышленного применения компрессоров ВД, многие институты СССР продолжали разработку прототипов оборудования в разных отраслях промышленности на ВД сжатого воздуха.
Рис. 1. Пневмоударная буровая коронка на высокое давление сжатого воздуха КНШ-130 DHD340А производства ЗАО «МХ» в промышленных условиях эксплуатации.
Научно-исследовательский институт горного машиностроения ОАО «НИПИГОРМАШ» приступил к разработкам бурового оборудования на ВД сжатого воздуха по целевому заданию Госплана СССР в 1981 г. В круг исследований института вошли несколько моделей буровых станков для подземной разработки и несколько моделей станков для открытых работ. А поскольку одними из основных факторов, определяющих эффективность эксплуатации буровых установок, являются стойкость и производительность бурового инструмента, Государственная комиссия от Госплана СССР поручила институту ОАО «НИПИГОРМАШ» провести научно-исследовательские работы по созданию основных типоразмеров погружных пневмоударников и буровых коронок на ВД сжатого воздуха.
В течение 1981–1989 гг. специалисты Института ОАО «НИПИГОРМАШ» провели значительный объем работ:
- разработаны технические задания, выполнены конструкторские работы, по результатам которых изготовлены и испытаны опытные образцы буровых станков на повышенное давление сжатого воздуха как для подземных, так и для открытых работ;
- разработана конструкторская документация, по которой изготовлены и смонтированы на территории института лабораторные стенды для испытаний погружных пневмоударников и буровых коронок;
- разработаны технические задания, выполнены конструкторские работы, по результатам которых изготовлены и испытаны как в лабораторных условиях, так и в условиях горного производства опытные образцы погружных пневмоударников и буровых коронок на ВД сжатого воздуха номинальным диаметром бурения 85, 105, 125 и 160 мм.
Специалисты Высокогорского ГОКа на гор. 60 м шахты «Естюнинская» подготовили специальную камеру для проведения изыскательских работ при бурении на повышенном давлении сжатого воздуха. Испытательный комплекс включал следующее оборудование: три компрессора 302ВП 6/18 производительностью 6 м3/мин при давлении 1,8 МПа; питание каждого компрессора осуществлялось от электродвигателя мощностью 75 кВт; воздухонакопитель на давление 1,8 МПа, а также стенд, оснащенный специальной аппаратурой для фиксирования данных, изготовленный на базе буровой установки БПС–100В.
В условиях Зыряновского свинцового комбината опытно-исследовательские буровые работы проводились как в открытых, так и в подземных условиях. С поверхности проводилось бурение геологоразведочных скважин глубиной до 120 м в породах крепостью 12–17 по шкале проф. М. М. Протодьяконова, с применением передвижной компрессорной станции ПД-15/25 и модернизированной самоходной буровой установки УРБ-2,5.
В подземных условиях Зыряновского комбината испытания проводились в породах крепостью 16–18 по шкале проф. М. М. Протодьяконова с применением стационарного компрессора ВП-20/18 и бурового станка СБУ-6М. Для фиксирования данных испытаний в конструкцию станка СБУ-6М была вмонтирована специальная аппаратура, а также переделан пульт дистанционного управления, в который была вмонтирована линия ВД сжатого воздуха.
Все промежуточные и приемосдаточные этапы лабораторных и опытных испытаний бурового инструмента на ВД сжатого воздуха государственными комиссиями от Госплана СССР были признаны успешными.
Экономический анализ, проведенный специалистами ОАО «НИПИГОРМАШ», показал, что при повышении давления энергоносителя до 1,5–1,8 МПа сменная эксплуатационная производительность бурового станка увеличивается в 2–3 раза, ресурс пневмоударников и стойкость буровых коронок увеличивается в 3–4 раза, а затраты на бурение 1 м снижаются в 1,57–2 раза.
В 1989 г. все работы Института ОАО «НИПИГОРМАШ» резко затормозились, в том числе и внедрение бурового инструмента на ВД сжатого воздуха в горное производство в связи с перестроечными событиями в нашей стране. При плановой экономике отраслевые институты являлись связующим звеном между академической (фундаментальной) наукой и промышленностью. В перестроечный период государственное финансирование отраслевых институтов практически прекратилось, а заводы горного машиностроения были приватизированы коммерческими структурами, которые по многим причинам не вкладывали средства в разработки отраслевой науки. Поэтому было принято решение сконцентрировать научно-производственный потенциал Института ОАО «НИПИГОРМАШ» на разработках и изготовлении:
- вентиляторов главного и местного проветривания горных выработок – ВО-12,5, ВО-21К, ВО-24К, ВО-30К, ВОМ-18;
- смесительно-зарядных машин типа МСЗ-12-НП-К, МЗ-3б-12, МСЗ-12Г, МЗВ-10, МЗГ-10, МЗУ-15- 5КТ, МЗ-3б-8, МЗ-3б-12, МЗ-3б15, МЗ-3б-15Э, МЗВ-15, МЗУ-15- 4К, АСЗМ для открытых работ на базе шасси КамАЗ, Iveсo, Volvo и др. в зависимости от технических требований заказчика для приготовления грунулированных или эмульсионных ВВ;
- смесительно-зарядных машин для подземных работ — МЗКС160, ЗМК-1А;
- проходческих комплексов — КПВ4А, КПН-4А, БПО-20;
- буровых установок различного назначения — УБШ-222-03, УБШ222-04, УБШ-222-06, СБР-160Т, СБУ-160-36, СБ-350, СБУ-360;
- буровых комплексов для железной дороги – УКБС, УО-2.
- пневмоударников П-85, П-105, П-110, П-130, П-160, П-180, П-190, П-200, П-300, П-400, П-550;
- буровых коронок лезвийного типа К-110, К- 130, К-135, К-160 и штыревого типа КНШ-85, КНШ-105, КНШ-110, КНШ-130, КНШ-140, КНШ-145, КНШ- 160, КНШ- 180, КНШ-200, КНШ-250, КНШ-300, КНШ-320, КНШ-340, КНШ-380, КНШ-400, КНШ-550;
- расширителей скважин Р-168, Р-200, Р-220, Р-250, Р-280, Р-300;
- буровых коронок забурников КНШ-130/110, КНШ-140/130, К-160/130, КНШ-160/130, КНШ180/160 (диаметр коронки/тип пневмодарника);
- буровых штанг к станкам БП-100, НКР-100, БТС-150, СБУ-100;
- пневмодвигателей ДАР-5М, ДАР14М;
- переходников, переходов фрезерных, замков;
- ловильного инструмента: метчиков, колоколов ловильных;
- освоен серийный выпуск буровых станков для подземных разработок БП-100, БП-100М, БП-100Н, БП-100С.
Рис. 2. Схема современного межотраслевого сотрудничества.
Необходимо отдельно отметить, что в зависимости от горно-геологических особенностей месторождений (крепость, трещиноватость, абразивность пород) все типоразмеры породоразрушающего бурового инструмента производства ЗАО «МХ» изготавливаются с разными вариантами ударной (головной) части: плоской, вогнутой, выпуклой, с утопленным центром и оснащаются твердосплавным вооружением различной формы: полусферической, конусной, полубаллистической, баллистической или параболической.
В рамках программы по изготовлению импортозамещающей продукции, утвержденной в ЗАО «МХ», с 2006 г. возобновлены исследовательские и изыскательские работы по созданию погружных пневмоударников и буровых коронок на ВД сжатого воздуха, которые были приостановлены в 1989 г. Более 5 лет понадобилось специалистам ЗАО «МХ», чтобы полностью освоить технологию серийного производства. За этот период:
- проведена комплексная подготовка производственно-технологических процессов;
- приобретено высокоточное и высокопроизводительное оборудование;
- подобран измерительный и режущий инструмент;
- подготовлены квалифицированные специалисты;
- совместно с отечественными металлургами проведены комплексные мероприятия, которые позволили существенно улучшить качественные характеристики ряда высоколегированных марок сталей и согласовать регламенты для выявления в них дефектов на стадии плавки и изготовлении проката;
- с учетом современных требований горного производства, под рабочее давление сжатого воздуха на 2–3 МПа разработаны технические задания, проведены конструкторские работы, по результатам которых изготовлены опытные образцы погружных пневмоударников номинальным диаметром бурения от 105 до 203 мм;
- в настоящее время проводятся лабораторные исследования и опытные испытания данных изделий;
- разработаны технические задания, выполнены конструкторские работы, по результатам которых изготовлены и испытаны как в лабораторных условиях (опытные экземпляры), так и в условиях горного производства (сначала опытные, а затем и промышленные партии) буровых коронок на ВД сжатого воздуха.
С целью подтверждения технологической стабильности оборудования на всех этапах подготовки серийного производства проведены широкие исследовательские, опытные и промышленно-сравнительные испытания в условиях горнодобывающих предприятий. Высокая эффективность применения пневмоударных буровых коронок на ВД сжатого воздуха производства ЗАО «МХ» достигнута на всех горнодобывающих предприятиях, где прошли промышленно-сравнительные испытания.
По мнению авторов, освоение ЗАО «МХ» и ОАО «НИПИГОРМАШ» пневмоударного инструмента на ВД сжатого воздуха является одним из положительных примеров современного межотраслевого взаимовыгодного сотрудничества в реальном секторе экономики, в которое вовлечены подразделения фундаментальной и отраслевой науки, горнодобывающего производства, металлургического комплекса, серийного машиностроения. При данной схеме сотрудничества (см. рисунок) основным приоритетом является ориентированность на конечного потребителя, в связи с чем осуществляется оперативное внедрение инновационных технологий, улучшается качество продукции, значительно повышается экономическая эффективность на всех этапах сотрудничества. Особо следует отметить значительные успехи в межотраслевом сотрудничестве при изготовлении высококачественного проката и штамповок для нужд горного машиностроения. В течение длительного времени считалось, что отечественные высоколегированные марки сталей в тяжелых условиях эксплуатации (при значительных знакопеременных нагрузках) не могут конкурировать с марками сталей европейского производства. На практике оказалось, что при тесном сотрудничестве специалистов фундаментальной и отраслевой науки, металлургов и машиностроителей можно добиться значительных успехов и получить качественные высоколегированные марки буровых сталей, не уступающие мировым производителям. Такой комплексный подход в вопросах постоянного совершенствования производства одной индустриальной цепочки несет в себе множество положительных аспектов — от изготовления отечественных инновационных товаров и создания дополнительных высококвалифицированных рабочих мест в разных отраслях промышленности до экономии валютных средств РФ.
ЗАО «Машиностроительный холдинг»
Россия, 620024, Екатеринбург, ул. Симская, д. 1, офис 401.
тел.: (343) 295-85-84, 295-85-80; тел./факс: (343) 295-85-83.
E-mail: mashhold@mail.ru,
www.mash-hold.ru
Опубликовано в журнале «Золото и технологии», № 3 (21)/сентябрь 2013 г.