Опорные слова и термины. Комбайновый и буровзрывной способы проходки, проходческий цикл, поточная технология, исполнительный орган стрелового типа

Комбайновый и буровзрывной способы проходки, проходческий цикл, поточная технология, исполнительный орган стрелового типа, роторный исполнительный орган, конические, сферические режущие коронки, породные резцы, роторные и планетарные буровые исполнительные органы, баровые, корончатые, фрезерные, лучевые, кольцевые, дисковые и комбинированные исполнительные органы избирательного действия, скребковые, ковшовые, шнековые погрузочные устройства, погрузочные устройства типа нагребающие лапы.

При подземной добыче полезного ископаемого ежегодно проводится около 20 000 км подготовительных выработок различного назначения. На работах в них занято примерно 20 % рабочих, поэтому трудоемкость проведения подготовительных выработок существенно влияет на технико-экономические показатели горного предприятия.

В зависимости от конкретных горно-геологических условий проведение подготовительных выработок осуществляется с помощью проходческих комбайнов и комплексов или буровзрывным способом.

При комбайновом способе проведения выработок достигаются высокие скорости проходки и производительность труда, повышается устойчивость боковых пород выработки и главное— безопасность работ. Комбайновый способ проходки применяется в основном в сравнительно мягких породах, а в перспективе можно ожидать его применения на породах средней крепости (/<8). Поэтому в ближайшие годы удельный вес механизированной проходки на угольных шахтах составит 30— 35 %, а на рудных шахтах 10—15 % общего объема проведения подготовительных выработок.

При проведении выработок в породах средней крепости и крепких преобладает буровзрывной способ проходки.

В настоящее время ведутся работы по сокращению числа типовых сечений выработок применительно к комбайновой проходке. Это позволяет расширить область применения механизированного способа проведения подготовительных выработок. Постоянно увеличивается выпуск проходческих комбайнов и комплексов при одновременной модернизации существующих и вновь создаваемых комбайнов, повышается их надежность и долговечность, снижается объем ручного труда, который при проведении подготовительных выработок составляет 75—80 % общих трудовых затрат.

Особенно трудоемкая операция при проведении подготовительных выработок — возведение крепи. В настоящее время ведутся поисковые работы по созданию принципиально новых методов и приемов крепления выработок, позволяющих увязывать во времени операцию крепления выработок с основной операцией по ее проходке.

Совершенствование средств механизации при буровзрывном способе проходки идет в направлении широкого применения самоходных шахтных бурильных установок. Производитель- ность некоторых установок при бурении пород средней крепости достигает 500 м/смену. Кроме того, при применении бурильных установок резко снижается доля ручного труда и, следова- тельно, рабочие меньше подвергаются вибрациям и воздействиям шума.

При проведении подготовительных выработок различают основные и вспомогательные производственные процессы. К основным относятся разрушение, извлечение и погрузка горной

массы, крепление выработки и сооружение транспортных коммуникаций. К вспомогательным процессам относятся вентиляция, водоотлив, доставка оборудования и материалов.

В зависимости от взаимосвязи выполняемых процессов различают две основные технологические схемы проведения подготовительных выработок: поточную и цикличную. При поточной технологии все производственные процессы совмещены во времени и обеспечивается практически непрерывное извлечение горной массы из забоя выработки. К этой схеме относится проведение подготовительных выработок проходческими комплексами при одновременном возведении постоянной крепи и выполнении других операций. При цикличной технологии основной процесс непосредственной выемки горной массы осуществляется с перерывами, вызванными необходимостью выполнения других работ, которые практически невозможно осуществить одновременно с основным процессом, а лишь в определенной с ним последовательности. К цикличной технологии относятся все случаи проведения подготовительных выработок буровзрывным способом, а также комбайновая выемка в условиях, когда для возведения временной или постоянной крепи необходима остановка комбайна.

Проходческий цикл — это совокупность проходческих операций, которые выполняются при проведении выработки в течение определенного промежутка времени на одинаковую вели- чину проходки. Величина проходки определяется при буровзрывном способе полезной глубиной шпура, а при механическом – длиной коронки или расстоянием между рамами крепи.

Длительность проходческого цикла обычно кратна продолжительности смены и равна суммарной продолжительности всех последовательно выполняемых операций с учетом их частичного совмещения.

На выбор технологических схем и оборудования для проведения горных выработок влияют горно-геологические и производственно-технические условия. К горно-геологическим условиям относятся мощность пласта и крепость пород, по которым проводится выработка, угол падения пласта, устойчивость и газоносность, склонность к внезапным выбросам, водообиль-ность и др. К производственно-техническим факторам относятся площадь сечения выработки вчерне и в свету, ее протяженность, срок службы выработки, характер забоя—(угольный, смешанный или породный), необходимые скорости проведения выработки, возможные средства доставки извлекаемой горной массы, материалов и оборудования в забой.

Для угольных и породоугольных забоев с коэффициентом крепости пород f<6 в объеме до 70 % площади забоя целесообразно применять комбайновый способ проходки, в породных забоях

— в основном буровзрывной способ.

При малой протяженности выработок применяют сравнительно легкое проходческое оборудование, при большой протяженности выработок — тяжелое, обеспечивающее высокие ско- рости проходки.

Выработки со смешанным забоем с коэффициентом крепости f<4 проводятся комбайнами со стреловидным исполнительным органом, оснащенным режущим инструментом для разрушения угля. При крепости f<6 комбайны со стреловидным исполнительным органом оснащаются специальным режущим инструментом. Выработки с породным забоем с f<8 проводятся комбайнами с исполнительным органом бурового или комбинированного ударно- скалывающего действия, а также буровзрывным способом. Выработки с породным забоем с f≥8 проводятся только буровзрывным способом.

Крепость пород влияет не только на способ проведения выработок, но и на выбор погрузочного оборудования. Если крепость пород не превышает восьми по шкале М. М. Протодьяконова, рекомендуется применять бурильные машины вращательного действия и погрузочные машины с исполнительным органом непрерывного действия. При крепости пород более восьми целесообразны бурильные машины вращательно-ударного действия, а для погрузки породы — машины периодического действия с ковшовым исполнительным органом.

В мировой практике проведения горных выработок на угольных шахтах наибольшее распространение получили два основных способа разработки забоя и погрузки разрушенной гор- ной массы: комбайновый и буровзрывной. Тенденция последних лет – все больший объем применения комбайнового способа проведения при сокращении объемов буровзрывной проходки.

Объясняется это следующими основными преимуществами комбайнового способа в сравнении с буровзрывным:

· значительно меньшее число последовательно выполняемых операций за счет совмещения во времени отбойки и погрузки горной массы, а также частично возведения крепи и вспомогательных операций;

· в 1,5-2 раза более высокие темпы проведения выработок;

· значительно более высокая производительность труда проходчиков;

· лучшее качество сооружаемых выработок, так как обеспечивается стабильность их формы и размеров;

· меньшее число работающих в забое машин и, как следствие, меньшая аварийность техники;

· лучшие санитарно-гигиенические условия работы в забое;

· большая безопасность работ и ряд других преимуществ.

Проходческий комбайн состоит из следующих основных узлов: исполнительного органа, погрузочного устройства, транспортных средств, ходовой части, системы управления и пылеподавляющих средств.

Исполнительные органы, разрушающие горный массив, делятся на буровые и избирательные (цикличные).

Исполнительные органы избирательного действия, в свою очередь, классифицируются на перемещающиеся в одной плоскости (баровые, корончатые и комбинированные) и в двух плоско- стях (фрезерные, лучевые, кольцевые, дисковые и комбинированные).

Буровые исполнительные органы делятся на роторные и планетарные. Буровые исполнительные органы отличаются от избирательных тем, что разрушают весь забой, а избирательные — только часть.

Баровые исполнительные органы избирательного действия (рис.22.1, а) применяются для проведения выработок по углю и очень слабым породам. Они разрушают забой режущей цепью 1 с резцами 2. Высота барового органа соответствует высоте проходимой выработки, а амплитуда качания бара — ее ширине. Подача исполнительного органа на забой производится гусеничным ходом комбайна.

Корончатые исполнительные органы (рис. 22.1,б) оснащены вертикально расположенными коронками 1 с режущими зубками 2 на основании 3. Ширина проходимой выработки определя- ется величиной поперечного перемещения коронок, а высота — размером коронок.

Рис. 22.1. Исполнительные органы проходческих комбайнов

Комбинированные исполнительные органы сочетают в себе элементы баровых и корончатых.

Фрезерный стреловидный, избирательного действия исполнительный орган (рис. 22.1, в) перемещается в двух плоскостях: осевой и перпендикулярной к оси вращения. Фрезерный исполнительный орган получил преимущественное распространение в конструкциях проходческих комбайнов. Отбойная коронка 1, армированная резцами 3, укреплена на подвижной рукояти 2. Во время работы вращающаяся коронка перемещается рукоятью в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Подача коронки производится телескопическим устройством 4.

Двухфрезерный исполнительный орган (рис. 22.1, г) оснащен двумя коронками 1 и 2, армированными резцами 3 и установленными на рукояти 4.

Лучевые исполнительные органы (рис. 22.1, д) имеют две многолучевых коронки 1 с резцами 2, установленными на горизонтальной оси вращения. Подача коронок на забой производится рукоятью 3.

Кольцевой исполнительный орган (рис. 22.1, е) оснащен шнеками 2, расположенными в трубе 1. Резцы 3 прорезают кольцевую щель в забое и подают отбитую породу на шнек для транс- портирования.

Буровые исполнительные органы роторного типа (рис. 22.1, ж, з, и) применяются для разрушения пород, руды и угля средней и выше средней крепости. Они состоят из одной или нескольких планшайб 1, вращающихся вокруг собственных осей 2. Ось вращения планшайбы фиксирована относительно корпуса комбайна. Для разрушения мягких горных пород исполнительный орган оснащается резцами, а для разрушения пород средней и выше средней крепости – шарошками, армированными твердым сплавом. Во время работы резцы прорезают в

забое концентрические щели 4, а остающиеся целики 5 разрушаются специальными скалывателями. За счет этого энергоемкость разрушения пород буровыми исполнительными органами ниже, чем другими.

Одноосевые исполнительные органы (см. рис. 22.1, ж) имеют одну планшайбу, вращающуюся с частотой 5 – 10 мин-1. Оформление нижней части выработки производится боковыми бермовыми фрезами 3.

Исполнительный орган с соосным расположением планшайб (см. рис. 22.1, з) состоит из наружной 1 и внутренней 3 планшайб, вращающихся навстречу друг другу. Встречное вращение планшайб уравновешивает реактивный крутящий момент и обеспечивает поперечную устойчивость комбайна.

Исполнительные органы могут иметь и параллельно расположенные планшайбы (см. рис. 22.1, и). У комбайнов с тремя планшайбами две крайние 1 к 3 расположены в одной плоскости, а третья (4) —в другой, опережающей.

Для проведения горных выработок по углю и слабым породам применяют планетарные исполнительные органы: плоскостные (рис. 22.1, к), у которых режущий инструмент 1 перемеща- ется в параллельной забою плоскости, вращаясь одновременно вокруг осей 2 и 3; и пространственные (рис. 22.1, л), у которых режущий инструмент 1 перемещается одновременно в двух плоскостях вокруг осей 2 и 3 и не имеет постоянного контакта с забоем.

Погрузочные устройства проходческих комбайнов служат для уборки отбитой горной массы из забоя. По конструкции они подразделяются на нагребающие лапы, скребковые, ковшовые, шнековые.

Погрузочные органы с нагребающими лапами, ковшовые и шнековые осуществляют уборку горной массы из забоя и перегрузку ее на конвейер, встроенный в комбайн. Баровые и скребковые погрузочные органы грузят горную массу на транспортные средства, расположенные за комбайном. Производительность погрузочных устройств должна быть выше производительности исполнительного органа.

Погрузочный орган с нагребающими лапами (рис. 22.2, а) наиболее широко распространен в конструкциях проходческих комбайнов. Он состоит из двух нагребающих лап 1, смонтиро- ванных на наклонном столе 2 и приводимых в действие кривошипно-шатунным механизмом 3. Погрузка горной массы производится на конвейер 4. Преимущества погрузочного органа с на- гребающими лапами — возможность достижения высокой производительности и широкий фронт погрузки, недостаток — заштыбовка материала.

Скребковые погрузочные органы (рис. 22.2, б) сочетают в себе погрузочные и транспортные средства в виде скребков в кулаках тяговой цепи. Преимущества скребкового погрузочного органа — совмещение погрузочных и транспортных операций, простота конструкции, недостаток — повышенный износ тягового органа и скребков, низкая маневренность.

Скребковое (баровое) погрузочное устройство состоит из плоского бара 1 со скребковой цепью 2, оснащенной скребками 3, погрузочной плоскости 4 и перегрузочного конвейера 5.

Ковшовые погрузочные органы применяют в проходческих и нарезных комбайнах бурового типа. Ковши 1 (рис. 22.2, в) размещены по периферии роторного исполнительного органа 2. Горная масса зачерпывается у почвы забоя и разгружается в специальное окно или течку

3. Бермовые фрезы 4 подгребают горную массу к центру выработки.

Рис. 22.2. Погрузочные органы проходческих комбайнов

Шнековые погрузочные органы (рис. 22.2, г) совмещают отбойку и погрузку горной массы. Это позволяет увеличить фронт погрузки и сечение выработки. Бермовые фрезы 1 транспорти- руют горную массу к скребковому конвейеру 2 и далее по опорному листу 3.

Ходовая часть проходческих комбайнов выполняется гусеничной и шагающей. Наиболее широко применяется гусеничный ход. Шагающий механизм подачи осуществляет только напор- ное усилие, он не приспособлен для перемещения комбайна по выработкам.

Привод комбайнов — электрический с напряжением 380 или 660 В. В электрическое оборудование входят асинхронные ко-роткозамкнутые электродвигатели во взрывобезопасном исполнении РВ, магнитные станции, пусковая и защитная аппаратура, система сигнализации, управления и освещения.

Многолетний опыт создания проходческих комбайнов и комплексов на их основе позволил обосновать наиболее оптимальные решения по конструкциям комбайнов.

В настоящее время определились два основных типа проходческих комбайнов:

· комбайны избирательного действия, оснащаемые исполнительным органом стрелового типа с режущей резцовой коронкой на конце стрелы; с погрузкой отбитой горной массы на столе питателя, как правило, с помощью парных нагребающих лап; с перегрузкой горной массы скребковым конвейером и с гусеничной ходовой частью;

· комбайны бурового типа, оснащенные роторным исполнительным органом различной конструкции; с погрузкой отбитой горной массы ковшевыми кольцевыми погрузчиками на центрально расположенный скребковый (ленточный) перегружатель и с распорно- шагающей ходовой частью.

Свыше 95% всего объема комбайнового проведения горных выработок на угольных шахтах производится с использованием комбайнов избирательного действия со стреловым исполнительным органом.

Исполнительные органы избирательного действия установлены на комбайнах ПК-ЗР, 4ПП- 2М, 4ПУ, ГПКС и др.

Стреловые комбайны в наилучшей степени отвечают условиям работы в угольных шахтах, особенно при проведении пластовых выработок. Отличительной особенностью проходческих комбайнов этого типа является конструкция исполнительного органа. Выполнен он в виде цельной либо шарнирно-ломающейся стрелы с режущей коронкой на переднем призабойном ее конце и электроприводом с редуктором на заднем конце.

Повороты стрелы в горизонтальной и вертикальной плоскостях осуществляются, как правило, системой гидроцилиндров.

Режущие коронки стреловых комбайнов имеют коническую, сферическую (шаровую) либо цилиндрическую форму.

Отдельные конструкции комбайнов оснащаются двумя режущими коронками с поперечным по отношению к продольной оси стрелы расположением коронок.

Коронки проходческих комбайнов избирательного действия в последние годы, как правило, снабжаются поворотными резцами типа РКС различных типоразмеров, устанавливаемыми в резцедержателях-кулаках коронки тангенциально. Такое расположение резцов и их поворот в резцедержателях улучшает эффективность разрушения угля, а также пород с f = 6-8 по шкале проф. М.М.Протодьяконова, повышает срок службы твердого сплава на резце и самого резца. Для разрушения крепких пород используются также радиальные породные резцы типа РПП-2.

Резцедержатели на коронках располагаются по спирали, что способствует удалению отбитой горной массы от забоя.

Конструктивно электродвигатель и редуктора исполнительного органа располагается на самой стреле. При этом стрела выполняется раздвижной. Зарубка коронок в массив осуществляется телескопическим удлинением стрелы, а не подачей всего комбайна на забой, что, повышает его устойчивость в работе. Кроме того, подача комбайна на забой для выполнения следующего цикла выемки приближает переднюю кромку питателя к забою, чем обеспечивается более полная уборка отбитой горной массы.

Для уборки отбитой горной массы предпочтительным и наиболее производительным являются питатель с нагребающими одно- или двухвильными лапами с непрерывной боковой погрузкой на скребковый конвейер комбайна с вертикально-замкнутыми рабочей и холостой ветвями. Этот конвейер служит для перегрузки горной массы от питателя в вагонетки, штрековый конвейер или другое транспортное средство, располагаемое по выработке. Разгрузочная стрела этого конвейера делается поворотной в одну и в другую сторону, а также с возможностью изменения высоты разгрузки горной массы на различные транспортные средства, расположенные позади комбайна.

Такое перегрузочное устройство на комбайне удобно компонуется в середине машины, транспортирует горную массу, как в горизонтальной, так и в наклонной выработке, проводимой по падению пласта, позволяет осуществлять поворот его в сторону и изменение высоты разгрузки.

Большая часть серийно выпускаемых и вновь создающихся стреловых комбайнов оснащается удлиняющимися либо одной длины ленточными перегружателями, позволяющими грузить отбитую горную массу в партию шахтных вагонеток.

Основным типом ходового устройства для передвижения проходческого комбайна со стреловидным исполнительным органом является гусеничный механизм, обеспечивающий мобильность и маневренность машины. Некоторые модели комбайнов имеют индивидуальный привод на каждую гусеничную цепь. Последние модели мощных проходческих комбайнов со стреловидным исполнительным органом оснащаются гидрофицированными аутригерами — по два на каждую сторону комбайна, обеспечивающими устойчивость его во время работы

Комбайны на гусеничном ходу можно безопасно использовать для проведения выработок с углами наклона до ±12°. Проведение выработок с большими углами наклона обуславливает применение для удержания комбайна от сползания в забой уклона специальных лебедок. При проведении восстающих выработок применяют специальные устройства для удержания комбайна и увеличения напорного усилия на забой. Ограничением применения стреловых

комбайнов на проходке уклонов – угол наклона 15-18°. При превышении этого угла резко падает производительность погрузочных устройств и особенно скребковых и ленточных перегружателей. Проходческие комбайны избирательного действия со стреловидным органом обычно оборудуются комбинированной системой подавления пыли, состоящей из средств орошения зоны разрушения массива с помощью форсунки и средств пылеотсоса для очистки призабойной зоны

от запыленного воздуха.

Для поворота отбойной коронки со стрелой проходческого комбайна избирательного действия служит гидравлический привод.

В состав электрооборудования проходческого комбайна входят: электродвигатели, магнитная станция с пультом управления, фара освещения, сигнальная и предохранительная аппаратура и электрическая разводка, допущенные к применению в шахтах, опасных по газу и пыли.

Управление проходческим комбайном осуществляет оператор с помощью пульта, находясь на сидении, расположенном на комбайне. Ряд проходческих комбайнов управляются оператором с помощью дистанционно выносного пульта.

Современные комбайны высокой энерговооруженности автоматизированы. В режиме автоматического управления все операции, выполняемые комбайном, вводятся в электроблок автоматического управления и комбайн работает по программе, периодически задаваемой оператором в режиме ручного образцового цикла (циклов) управления.

Аппаратура автоматического управления осуществляет запись программы цикла работы управления, автоматическое воспроизводство цикла управления по этой записи; кроме того, осуществляется автоматическая стабилизация заданной нагрузки электродвигателя исполнительного органа по разрушению массива с защитой от перегрузки и опрокидывания.

Буровые комбайны оснащаются исполнительным органом роторного типа в виде торцевых фрез различных конструкций с резцовым или шарошечным инструментом. Малые скорости вращения фрезы, оснащаемой износостойким инструментом, мощный привод вращения исполнительного органа и устойчивое, за счет распора в стенки выработки, положение комбайна обеспечивают возможность разрушения высокопрочных до 12-14 единиц и выше и абразивных горных пород. Погрузочные органы буровых комбайнов представляют собой кольцевые ковшовые грузчики, с помощью которых отбитая горная масса с почвы выработки поднимается вверх и высыпается на центрально расположенный перегружатель. Комбайны роторного типа оснащаются специальным транспортным мостом, прикрепляемым к комбайну и перемещаемым вслед за подвиганием забоя. Передвижение комбайна на забой производится, как правило, распорно-шагающим устройством.

Для придания круглым выработкам арочной формы буровые комбайны оснащаются специальными бермовыми фрезами.

Буровые комбайны значительно сложнее по конструкции стреловидных и, как следствие, весьма дорогостоящие. Поэтому целесообразно использовать комбайны бурового типа при проведении чистопородных выработок по породам высокой крепости и протяженностью не менее 800-1000м, при обязательной стабильности горнотехнических характеристик пересекаемых пород. Наличие нарушений (сдвигов, сбросов, крупных трещин, вывалов и др.) существенно осложняет работу комбайна. Размеры сечения сооружаемых роторными комбайнами выработок практически неизменны.

Роторные комбайны применяют в основном для проходки протяженных полевых штреков, квершлагов для вскрытия новых шахтных полей.

Контрольные вопросы

1. Общие сведения о горнопроходческом оборудовании.

2. Факторы, влияющие на выбор оборудования для проведения выработок.

3. Исполнительные органы проходческих комбайнов.

4. Погрузочные органы проходческих комбайнов.

5. Анализ конструкций исполнительных органов и погрузочных устройств проходческих

комбайнов.

Литература

1. Солод В.И., Зайков В.И., Первов К.М. горные машины и автоматизированные комплексы. М.: Недра

2. Гетопанов В.Н., Гудилин Н.С., Чугреев Л.И. Горные и транспортные машины и комплексы. М.: Недра

3. Клорикьян С.Х. и др. Машины и оборудование для шахт и рудников: М, МГГУ 2002.