Вода подавалась из бака, располагаемого рядом с бурильной тележкой или колонкой.

Рис.4.

Таким образом, колонки трансформировались в каретки. На рудниках и в шахтах практически до тридцатых годов каретки при проведении выработок не применялись. В дореволюционной России выдано значительное количество патентов на конструкции кареток, но все они не технологичны в применении и не могли конкурировать с бурением с колонок, а затем, ручными перфораторами.

При проходке тоннелей, при высоте выработки больше 3 м широко использовались многоярусные помосты, рамные каретки на рельсовом ходу, подаваемые к забою с уже установленными и закрепленными на них перфораторами. На каретке все бурильные машины крепились с расчетом бурения серии горизонтальных параллельных друг другу шпуров.

В тоннельной практике начала первой половины ХХ века фирмы не специализировались на серийном изготовлении кареток. Они изготавливались по индивидуальным заказам (проектам) специально для проходки данного тоннеля, а часто делались в рудничных мастерских и, в общем, применялись редко.

Каретку, применявшуюся в выработке сечением 12 м² в тридцатых годах ХХ века, более сложную по конструкции, чем первые тележки. Каретка перемещалась у забоя выработки по специальным путям с шириной колеи 3,34 м. Каркас каретки сварен из толстостенных труб диаметром 50 мм и укреплен на фермах фигурными цапфами так, что мог поворачиваться вокруг горизонтальной оси на 900, освобождая основной рельсовый путь для прохода к забою погрузочной машины. На каретке в разных местах на семи горизонтальных поперечных балках расположены 36 тарельчатых захватов для крепления перфораторов в 16 местах их возможного положения, обеспечивая бурение различных комплектов шпуров. На каретке обычно устанавливали от 8 до 14 - 16 бурильных машин на автоподатчиках вибрационного типа, обслуживаемых 4 - 8 бурильщиками. На каретке монтировались коллекторы для труб сжатого воздуха. Для закрепления её в забое, кроме крепления за рельсы, применялись пневматические распорные колонки. На доставку каретки в забой тратилось 2 - 4 мин. При бурении с такой каретки в песчаниках чистая скорость составляла 23 см/мин (13,8 м/ч), а при бурении ручными перфораторами она была в пределах 8 - 12 см/мин (4,8 - 7,2 м/ч). Производительность бурения забоя в сланцах достигала 46,16 м/ч, а бурильщика - 11,5 м/ч.

В конце тридцатых и сороковых годах каретки стали конструировать и выпускать сериями различные фирмы.

Американская каретка Смелтон и Рифайн имела рельсовый ход и снабжена выдвижной консольной балкой, на конце которой монтировались колонки с держателями для перфораторов. Балка выдвигалась на 1,4 м. Каретка такой конструкции могла применяться в выработках сравнительно небольшого сечения (8 - 12 м2).

4. Буры и головки буров

Буры из углеродистой стали. Проблема совершенствования инструмента для бурения шпуров существовала всегда и особенно обострилась с увеличением мощности машин, силы удара на бур.

При применении буров из углеродистой стали для бурения шпуров в крепких породах расходовалось огромное количество буров.

При проведении выработок по крепким песчаникам в начале ХХ века на метр шпура расходовали от 11 до 23 буров, а на один шпур глубиной 0,4 м от 5 до 9 буров. При двухсменной работе забой такой выработки продвигали за месяц на 4 - 5 м из расчета в среднем 46 смен и до 92 выходов рабочих.

Чтобы уменьшить массу буров, регулярно доставляемых в забой и из забоя, увеличить стойкость буров и скорость бурения при традиционном использовании в горной промышленности США и Канады колонковых машин, там еще в двадцатых годах перешли на бурение съемными коронками из легированной стали. Уже было освоено производство твердого сплава "стеллит", изобретенного в 1907 г американцем Хайнес. В состав сплава входили кобальт, хром, вольфрам, кремний и др. Стеллит наплавлялся на рабочую поверхность резца.

Углеродистая сталь стала поступать на горные предприятия с содержанием углерода в пределах 0,7 - 0,95%, содержание марганца допускалось в ней в пределах 0,2 - 0,35%, для увеличения упругости буров в сталь добавлялся кремний в количестве 0,1 - 0,2% и не допускалось содержание фосфора и серы более 0,5%. Улучшилась, как он отмечает, обработка центрального канала бура, он стал более гладким. В американской практике диаметр центрального отверстия был принят 6,3 мм и 7,9 мм. Длина прутков стали для буров принята 6 - 8 м.

Большое внимание в этот период уделялось технологии заправки буров на специальных станках горячей ковки с последующими процессами закалки и отпуска металла головки и хвостовика буров, выбору рациональных параметров головки бура. Так, утверждается , что качественная закалка и заправка уменьшает затупляемость бура в 5 раз, а производительность бурения увеличивается почти в два раза .

С внедрением бурозаправочных станков (Рис. 5) была снижена острота проблемы заправки буров. При ручной заправке буров кузнец с подручным, имея в своем распоряжении горн, наковальню и ванну для закалки буров, заправляли за смену 60 - 100 буров. На бурозаправочном станке типа Лейнера фирмы Ингерсоль-Ранд в смену заправляли 250 - 350 буров.

Рис. 5.

Стандартной головкой считалась крестовая форма головки с углом приострения лезвий от 90 до 1050 в зависимости от крепости породы. Толщина пера лезвия рекомендовалась не менее 13 мм при диаметре штанги бура 22 - 25 мм и 16 мм при диаметре буровой стали 32 мм.

Съемные коронки в этот период применялись как крестовые, так и трехперые, долотчатые и даже шестиперые, а буровая сталь в сечении: круглая, гексагональная, ортогональная, крестообразная, от ⅞ до 1¼ in (от 22,2 до 31,75 мм) в диаметре.

Следующим крупным шагом решения проблемы совершенствования конструкции буров было применение карбидо-вольфрамо-кобальтовых твердых сплавов.

Сплав Видиа наиболее успешно применялся при вращательном бурении. Отмечается, что в 1932 г. одной коронкой диаметром 200 - 300 мм, армированной таким сплавом, пробурили скважину по углю длиной 95 м.

3. Давление сжатого воздуха, подаваемого в перфоратор

Характеристика энергии сжатого воздуха, подаваемой для бурения шпуров в забой, в значительной степени влияют на производительность процесса бурения. От давления сжатого воздуха, подаваемого в забой, в прямой зависимости растет чистая скорость бурения перфоратором.

Первые конструкции перфораторов, получивших применение во второй половине Х1Х века, работали в основном на давлении сжатого воздуха до 5 атм. Упоминавшаяся нами выше одна из первых конструкций перфораторов Шумана работала на сжатом воздухе с рабочим давлением всего в 2 атм., что считалось одним из её преимуществ при эксплуатации.

Тем не менее, к концу Х1Х века уже ставился вопрос о бурении перфораторами с повышенным давлением сжатого воздуха, как одного из факторов увеличения чистой скорости бурения , но в то же время отмечалось, что подавать в забой сжатый воздух с повышенным давлением экономически не целесообразно.

В ХХ веке перфораторы изготавливались с расчетом подачи в них при бурении сжатого воздуха с давлением 5 атм.

Степень увеличения чистой скорости бурения ручным перфоратором коронкой диаметром 53 мм характеризуется следующими коэффициентами :

Давление сжатого воздуха у забоя, Н/м2*105 567891011