Методическая разработка открытого занятия по теме "Вращательное бурение шпуров" по междисциплинарному курсу МДК.01.01. Основы горного дела для обучающихся специальности 21.02.17. Подземная разработка месторождений полезных ископаемых

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

ЛУГАНСКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ЛУГАНСКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ

«РОВЕНЬКОВСКИЙ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

                                                                                                                    УТВЕРЖДАЮ

Заместитель директора по УР

И.А. Дьяченко

« » 2021г.

открытого урока по теме:

«Вращательное бурение шпуров»

Междисциплинарный курс МДК 01.01. « ОСНОВЫ ГОРНОГО ДЕЛА »

Специальность: 21.02.17 «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых» (ПРМПИ)

Ровеньки, 2021г.

Рассмотрено на заседании цикловой комиссии горных дисциплин

Протокол № _____ от ______________ 2021г.

Председатель ЦК А.Н. Бойко

Автор – составитель: Богатырева Н.Б., преподаватель профессиональных модулей и междисциплинарных курсов Ровеньковского технико – экономического колледжа

СОДЕРЖАНИЕ

Аннотация 4

Методическое обоснование темы 5

Рекомендации по подготовке к занятию 5

Технологическая карта занятия 6

Лекция 9

Закрепление и обобщение изучаемого материала 16

Дидактический материал к уроку 16

Список литературы для студентов 19

Список литературы для преподавателя 19

                                                              Аннотация

Открытый урок по теме «Вращательное бурение шпуров» представляет собой комбинированный урок с применением современных педагогических технологий: мультимедиа, видео - трансляции, что способствует индивидуализации обучения, развивает способность принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность, оказывает эмоциональное воздействие на студентов, и, тем самым, повышает эффективность обучения.

Данный урок входит в программу профессионального модуля ПМ.01 «Ведение технологических процессов горных и взрывных работ» профессионального цикла образовательной программы подготовки

специалистов среднего звена по специальности 21.02.17 «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых». Проводится на 2 курсе.

В целях лучшего управления учебной деятельностью, побуждения к целенаправленной активной деятельности студентов заранее было дано домашнее задание - подготовка презентации, сообщение, видео-трансляции по теме. Это позволило обеспечить состояние заинтересованности, увлечённости, а также стимулировать интеллектуальность, активность студентов (ОК 1, 2, 3, 4, 5, 8). Формированию интеллектуальных качеств личности студента помогает необычность, нестандартность формы изложения материала.

Данная методическая разработка может представлять интерес для преподавателей различных дисциплин образовательных учреждений СПО при подготовке и проведении занятий с применением инновационных технологий.

                                Методическое обоснование темы

Тема «Вращательное бурение шпуров» является частью раздела «Механизация горнопроходческих работ при проведении выработок буровзрывным способом» междисциплинарного курса МДК 01.01.«Основы горного дела». Изучение данной темы является логическим продолжением раздела 8 «Общие сведения о буровзрывных работах» и является основой для дальнейшего изучения технологических схем проведения горных выработок. Будущий специалист должен знать способы бурения шпуров, их сущность, область применения, достоинства и недостатки различных способов бурения, буровой инструмент, его технические параметры, основные правила безопасности при бурении шпуров, способы борьбы с пылью при выполнении данного вида горных работ. Зная параметры бурового инструмента можно легко осуществить выбор необходимого оборудования для производства буровых работ.

Разработка и проведение уроков подобного типа вызывает определенные сложности, но позволяет вызвать живой интерес студентов к изучаемому предмету, стимулирует их узнать новейшие разработки в области буровых работ. Преподавателям на занятиях подобного типа удается провести линию взаимосвязи между теоретическим обучением и производством.

                                  Рекомендации по подготовке к занятию

Студенты получают творческие задания по сбору информации с использованием интернет – ресурсов и учебной литературы. Предлагаемые вопросы:

Бурение. Способы бурения шпуров.

Сущность вращательного способа бурения шпуров, область применения, достоинства и недостатки.

Машины вращательного бурения.

Установки бурильные шахтные, их технические характеристики.

5. Инструмент для бурения шпуров вращательным способом.

В процессе работы студентов над творческими заданиями они отвечают на вопросы и накапливают материал, подготавливают презентации, подбирают видеозаписи по изучаемому вопросу, а преподаватель консультирует их в процессе работы.

                                     Технологическая карта занятия

Открытый урок по теме: «Вращательное бурение шпуров»

Тип урока: комбинированный.

Форма урока: метод беседы с использованием объяснения.

Цели урока:

Образовательные:

- ознакомить студентов со способами бурения шпуров, бурильным оборудованием, областью его применения;

- научить применять имеющиеся знания в конкретной профессиональной ситуации;

- расширение кругозора;

- формировать умения анализировать и обобщать учебный материал.

Развивающие:

- развивать умения обобщать полученные знания, проводить анализ и сравнения, делать необходимые выводы;

- развивать инициативу студентов, логическое мышление;

- формировать навыки и умения межличностного общения;

- развивать ответственность за работу и выполнение задания.

Воспитательные:

- прививать интерес к профессии, ответственность за свой труд, бережное отношение к оборудованию;

- способствовать воспитанию чувства коллективизма и взаимопомощи;

- воспитание творческого отношения к учебной деятельности.

Форма организации познавательной деятельности: групповая.

Виды учебных ситуаций: самостоятельная работа студентов, совместная работа преподавателя и студентов.

Межпредметные связи: междисциплинарные курсы «Горные машины и комплексы», «Разрушение горных пород».

Задачи урока: Освоение общих и профессиональных компетенций, обеспечивающих готовность студентов к реализации основных видов профессиональной деятельности в соответствии с получаемой квалификацией специалиста среднего звена.

Оснащение урока: компьютер, мультимедийный проектор, экран, раздаточный материал, творческие работы студентов (презентации, сообщения), плакат «Вращательный способ бурения шпуров».

Заключительный этап урока:

Систематизировать и контролировать с помощью задания знания о вращательном способе бурения шпуров. Рефлексия.

                               Общие компетенции, развиваемые на уроке:

ОК 1. Понимать сущность и социальную значимость своей будущей

профессии, проявлять к ней устойчивый интерес.

ОК 2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.

ОК 3. Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность.

ОК 4. Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития.

ОК 5. Использовать информационно­-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности.

ОК 6. Работать в коллективе и команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями.

ОК 7. Брать на себя ответственность за работу членов команды (подчиненных), результат выполнения заданий.

ОК 8. Самостоятельно определять задачи профессионального и личностного развития, заниматься самообразованием, осознанно планировать повышение квалификации.

ОК 9. Ориентироваться в условиях частой смены технологий в профессиональной деятельности.

                                                     Структура занятия:

                                               Содержание занятия

1. Организационный момент

Преподаватель приветствует аудиторию, знакомит с формой проведения урока (комбинированный урок), выводит аудиторию на тему урока, мотивирует к предстоящей учебной деятельности. При этом делается акцент на связь между изучаемой темой и современным рынком труда, акцентируется внимание на использовании современных технологий.

Преподаватель обращает внимание на межпредметные связи.

2. Формулировка темы и постановка целей и задач

Задачи урока:

освоение общих и профессиональных компетенций, обеспечивающих готовность студентов к реализации основных видов профессиональной деятельности в соответствии с получаемой квалификацией специалиста среднего звена;

формирование умения рационального подхода при решении комплексных вопросов выбора проходческого оборудования для конкретных горно-геологических условий.

3. Актуализация знаний студентов

Проводится фронтальный опрос. Кратко раскрыть следующие понятия.

1.Что такое шпур - …

2.Скважина - …

3.Перечислите свойства горных пород - …

4.Крепость горных пород - …

5.Коэффициент крепости - …

6.Классификация пород по крепости - …

         7. Что такое проведение горной выработки - …

         8. Проходческий цикл - ….

         9. Основные производственные процессы при проведении горных выработок - …..

       10. Вспомогательные производственные процессы при проведении горных выработок - …..

        11. Классификация способов проведения подготовительных выработок - ….

                                           4. Объяснение новой темы

Лекция преподавателя, сообщения студентов, презентации (подготовка сообщений, презентаций по теме проведена малыми группами студентов заранее в качестве домашнего задания).

                                                                  Лекция

                                                                      План

1.Классификация способов бурения шпуров.

2.Вращательное бурение шпуров. Сущность, буровой инструмент, достоинства и недостатки.

3.Установки для вращательного способа бурения шпуров.

1. Классификация способов бурения шпуров.

Бурение — процесс образования горной выработки (полости) преимущественно круглого сечения путём разрушения горных пород главным образом буровым инструментом с удалением продуктов разрушения. Бурение шпуров является одним из главных технологических процессов и занимает от 25 до 40 % общей продолжительности и трудоемкости проходческого цикла. Различают механические и немеханические способы бурения шпуров. Из немеханических способов известны термический, взрывной, электроимпульсный, электромагнитный. В угольных шахтах применяют только механический способ бурения шпуров. Машины, применяющиеся для механического бурения шпуров, называются бурильными, а буровой инструмент бурами. При механическом бурении на породу воздействуют буровой головкой бура, резцом или коронкой, которые, внедряясь в породу, разрушают ее. Буровую мелочь из шпура удаляют по винтовым поверхностям бура, сжатым воздухом или водой.

По характеру приложения нагрузки, разрушающей породу, шпуры бурят вращательным, ударно-поворотным и вращательно-ударным способами. С 1935—1936 г. на каменноугольных шахтах, а также на некоторых других разработках электрическое вращательное бурение шпуров наиболее распространено.

2. Вращательное бурение шпуров.

Вращательное бурение шпуров диаметром до 50 мм и глубиной до 5 м выполняется в породах ниже средней крепости f ≤ 7. При вращательном бурении инструмент вращается вокруг оси, совпадающей с осью шпура или скважины и одновременно с определенным усилием подается на забой. Величина усилия задается из расчета превышения предела прочности породы на вдавливание на площади контакта режущих лезвий инструмента с породой. При этом происходят последовательное скалывание частиц породы с забоя и углубление инструмента по винтовой ли­нии. Продукты разрушения удаляются механическим способом с помощью витых штанг (при бурении шпуров), а также промывкой забоя водой или продувкой возду­хом.

Для бурения шпуров применяется буровой инструмент (рис. 1) в виде цельного бура или состоящий из буровой штанги и резца, армированного твердым сплавом. Буровая штанга состоит из хвостовика, тела буровой штанги, гнезда для закрепления резца. Штанги изготовляют из стали круглого, ромбического и прямоугольного сечений, с навивкой на них спирального выступа или свивкой буровой стали в виде спирали для выноса буровой мелочи. Буровые штанги нарезают длиной от 0,7 до 5 м с интервалом 0,7 м при бурении колонковыми электросверлами. Для бурения ручными электросверлами применяют штанги длиной 1, 2 и 3 м. Резец состоит из двух перьев, в которые впаяны пластины твердого сплава (ВК-4В, ВК-6, ВК-8, ВК-8В, ВК-8ВК) корпуса и хвостовика. В корпусе резца, предназначенного для бурения с промывкой, имеется отверстие для выхода воды в забой шпура. Для мягких пород и углей резцы делают с узкими и длинными перьями; для крепких - применяются резцы с короткими и широкими перьями. Угол заточки лезвия резца рекомендуется принимать: при бурении по породам с f = 5...8 - 60 °...65°; с f = 4...5 - 50 °...60° и с f <4 -45°...50°. Между перьями имеется разрыв, называемый раствором. Резцы изготовляют диаметром 41, 44 и 60 мм для бурения по углю и породе. Соединение резца со штангой бывает конусное, резьбовое, кулачковое с цилиндрическим хвостовиком и шплинтовое. Резцы подразделяют на углепородные типа РУ, например РУ13М и породные типа РП, например РП42. Углепородный резец РУ13М предназначен для вращательного бурения по углю сопротивляемостью резанию свыше 150 Н/мм и породам с коэффициентом крепости f  <6. Он состоит из стального корпуса, режущая головка которого армирована двумя пластинами твердого сплава. Отверстие диаметром 4 мм на хвостовике резца предназначено дли его закрепления в буровой штанге отрезком проволоки. Породный резец РП42 предназначен для буровых штанг колонковых сверл и бурильных машин при вращательном бурении шпуров с промывкой в породах с f = 5—12. Он состоит из стального корпуса, режущая головка которого армирована двумя пластинками твердого сплава. Конусное отверстие в хвостовике резца предназначено для соединения резца со штангой. Цилиндрическое отверстие, расположенное по оси резца, служит для подвода промывочной жидкости в зону резания.

 Рисунок 1 - Резцы и витые штанги для бурения вращательным способом

Производительность вращательного бурения шпуров зависит от крепости буримых пород. Вращательный способ рационально применять при бурении шпуров в малоабразивных породах с f = 6 - 8. В более крепких породах резцовый инструмент, даже армированный твердым сплавом, быстро изнашивается. В этих условиях вращательное бурение эффективно лишь при использовании буровых коронок с укрепленными на них алмазами. Преимущества вращательного бурения: достаточно высокая скорость бурения в плотных и полускальных грунтах и непрерывность процесса, возможность бурения как вертикальных, так и наклонных скважин, высокая производительность, разрушение породы крупным срезом, что уменьшает пылеобразование и удельные энергозатраты, отсутствие вибрации машин при их работе. К недостаткам относится ограниченная область применения по крепости пород.

Рисунок 2 -  Коронки и резцы для вращательного бурения: а - пластинчатая, типа БУ; б - штыревая, типа КУВШ; в - резец для бурения мягких пород; г - резец для бурения пород средней крепости; д - общий вид резцов; 1 - пластинки твердого сплава; 2 - перья; 3 - корпус; 4 - хвостовик; 5 - отверстие для промывки

3.Установки для вращательного способа бурения шпуров.
Бурение шпуров ручными электросверлами.
Ручные электрические сверла весом до 24 кг предназначены для бурения шпуров глубиной до 4 метрах в мягких породах f ≤ 2, не требующих приложения значительных осевых усилий. Различные модификации сверл принципиально выполнены одинаково. В них имеется электродвигатель, вращающий патрон шпинделя через понижающий редуктор, в который вставляется буровая штанга с резцом. Применяются ручные сверла с принудительной подачей бурового инструмента на забой со значительным осевым усилием, что позволяет бурить более крепкие породы f ≤ 4,рисунок 3.

 

 

1 - электродвигатель; 2 - буровая штанга; 3 - направляющая;

4 - распорная стойка (колонка); 5 - тросик; 6 - барабан

                            Рисунок 3 - Электросверло с принудительной подачей

При бурении шпуров по антрацитам и породам средней крепости используют электросверла с принудительной подачей с помощью стального каната. Конец каната крепят крюком к легкой распорной стойке, установленной в забое. Электрические сверла изготовляют во

взрывобезопасном исполнении и применяют в шахтах, опасных по газу и пыли.
Главными недостатками бурения электросверлами являются тяжесть труда бурильщиков и низкая производительность труда. Для повышения

качества бурения шпуров целесообразно за каждым бурильщиком закреплять определенные шпуры и устанавливать очередность бурения шпуров, исключая помехи в работе. После взрыва производят анализ качества работы каждого бурильщика.
Бурение шпуров колонковыми машинами.

Для облегчения труда бурильщиков и повышения скорости бурения применяют колонковые электросверла. Колонковыми электросверлами бурят шпуры диаметром 36- 50 мм в породах с f =5÷10. Колонковые электросверла устанавливают на распорных колонках типа КЭБ-1, КЭБ-2, КЭБ-3, КЭБ-5, КЭР-2 и др. Более совершенным является бурение
колонковыми электросверлами на манипуляторах, установленных на ковшовых погрузочных машинах.
Существенным недостатком колонковых машин является значительная затрата времени на монтаж, демонтаж и перестановку колонок. Поэтому чистое время бурения колонковых машин не превышает 20-35 % общего времени бурения шпуров. Бурение колонковыми машинами можно производить при отсутствии бурильных установок или при невозможности по разным причинам воспользоваться буровыми установками.

Буровые установки.

Механизированное бурение шпуров производят бурильными установками (каретками) и навесным оборудованием, смонтированным на погрузочных машинах. Промышленность выпускает бурильные установки (каретки) вращательного бурения с электросверлами, вращательно-ударного и ударно-поворотного бурения.
В угольной промышленности наибольшее распространение получили установки БУ-1, БУР-2, БУЭ-1 и БУЭ-2. С их помощью проводят около 50 % выработок. Установки вращательного бурения предназначены для бурения в породах с f < 8, ударно-поворотного действия – в породах с f = 10÷20, вращательно-ударного действия с машинами БГА-1м – в породах с f = 10÷14.

Бурильные установки позволяют полностью механизировать
и частично автоматизировать работы по бурению шпуров с высокой
скоростью. Тяжелый труд бурильщика заменяется управлением
механизмами. Механизированное бурение позволяет увеличить
скорость проходки на 20-25 %, производительность труда на 20-
23 % и снизить трудоемкость работ в 2-3 раза. Среднемесячная
производительность бурильных установок составляет 580-700 м3
обуренной породы в массиве.
Бурильная установка состоит из бурильной машины 1, манипулятора 2, рамы-бака 3, станции управления 4 и ходовой части 5, рисунок 4.

Рисунок 4 - Бурильная установка

 1 - бурильная головка; 2 - манипулятор; 3 - рама-бак;

 4 - станция управления; 5 - ходовая часть

  Бурильная машина включает в себя бурильную головку, которая с помощью податчика перемещается по направляющей, шарнирно закрепленной на манипуляторе. С помощью манипулятора бурильная машина перемещается в горизонтальном и вертикальном направлениях. Опорой манипулятора служит рама-бак, который крепится к ходовой части. Ходовая часть может быть колесно-рельсовая, гусеничная или пневмоколесная.

Главной перспективой в области вращательного бурения является повышение производительности труда и снижение себестоимости буровых работ. Решение этой задачи возможно по следующим основным направлениям:

- изыскание и применение более эффективных режимов бурения, повышающих механическую скорость проходки взрывных скважин;

- увеличение потока энергии, передаваемой на рабочий инструмент бурового снаряда;

- механизация и автоматизация основных и вспомогательных операций при бурении, обеспечивающих возможность многостаночной работы; разработка многошпиндельных агрегатов для параллельного бурения веера взрывных скважин;

- повышение стойкости породоразрушающего инструмента, создание самозатачивающегося инструмента;

- применение для вращательного бурения взрывных скважин погружных буровых машин.

Урок проводится в лаборатории «Горные машины и комплексы», где размещена бурильная установка БУЭ-1М и ручное электросверло СЭР-1М. При изложении темы преподаватель неоднократно обращает внимание обучающихся на изучаемое оборудование, демонстрирует устройство оборудования, рассказывает принцип действия.

После лекции преподавателя студенты демонстрируют свой материал, накопленный при подготовке к уроку: презентацию «Вращательный способ бурения шпуров», сообщение «Бурильные установки типа УБШ», отдельные фотографии изучаемого оборудования.

                        5. Обобщение и закрепление изученного материала

1. Студенты получают карточки (дидактический материал к уроку) и отвечают на поставленные вопросы.

2. Кейс-задание (по вариантам).

Выбрать способ проведения выработок и средства механизации для конкретных горно-геологических условий. Выбор обосновать.

                    6. Рефлексия учебной деятельности, выводы, итог занятия

Проводится самооценка выполненной работы ребятами каждой группы. Затем преподаватель дает оценку работы студентов на протяжении всего урока и при его подготовке. Подводится итог занятия. Объявляются отметки. Преподаватель дает задание для дальнейшего закрепления изучаемой на уроке темы (домашнее задание).

Домашнее задание: проработать конспект.

Заплавский Г.А., Лесных В.А. Горные работы, проведение и крепление горных выработок. – М.: Недра, 1986, с. 165-169.

                                       ДИДАКТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ К УРОКУ

2. Толчиева А.В. Горные машины и комплексы.-М.:Недра, 2012.-306с.

3. Яцких В.Г. Горные машины и комплексы.-М.: Недра, 2011.-395с.

Список литературы для преподавателя

1.Заплавский Г.А., Лесных В.А. Горные работы, проведение и крепление горных выработок. – М.: Недра, 1986.- 311с.

2.Сафонин М.С. Горные машины и комплексы. -М.: Недра, 2010.-198с

3. Тругель Д.К. Горные машины и оборудование подземных разработок. Учебное пособие. УГГУ. 2007г.