Тема Устаткування для ведення основних підготовчих робіт Лекція 11 Загальні зведення про прохідницькі комбайни

РОЗДІЛ 3. УСТАТКУВАННЯ ДЛЯ МЕХАНІЗАЦІЇ ПІДГОТОВЧИХ РОБІТ

Тема Устаткування для ведення основних підготовчих робіт Лекція 11 Загальні зведення про прохідницькі комбайни План

1. Стан механізації гірничопрохідницьких робіт.

2. Класифікація прохідницьких комбайнів.

3. Коротка історія.

4. Прохідницькі комбайни бурової дії.

5. Прохідницькі комбайни вибіркової дії.

6. Вимоги до прохідницьких комбайнів.

7. Аналіз виконавських органів прохідницьких комбайнів.

8. Достоїнства та недоліки прохідницьких комбайнів вибірковоїдії.

11.1 Стан механізації гірничо-прохідницьких робіт

Ефективність роботи гірничо-добувної промисловості визначається технічним рівнем засобів механізації та автоматизації технологічних процесів видобутку. В умовах ринкових економічних стосунків, основними вимогами для гірничо-шахтного устаткування стають: підвищення ефективності та безпеки експлуатації, зниження металоємності машини та енергоємності руйнування гірничої маси, зменшення екологічної шкідливості гірничих робіт.

Основними способами проведення підготовчих виробок є буропідривній і комбайновий. Рівень механізації основних технологічних операцій по проведенню підготовчих виробок (руйнування гірничого масиву і вантаження гірничої маси) на вугільних шахтах України складає 80

– 85%.

При зростанні навантажень на середньостатистичний комплексно- механізований вибій з 357 до 904 т/добу (243%), середні перетини розкриваючих і готуючих виробок виросли з 10,6 до 11,6 м2, тобто всього лише на 9,4%. Вочевидь, що вирішення питань збільшення кількості очисних вибоїв і зростання навантажень на них неможливі без підвищення перетинів і якості виробок, що проводяться, істотного зростання темпів проходки, в т.ч. за рахунок переходу на прогресивні технології та техніку як для комбайнового, так і буропідривного способів проходки.

Основними технологічними операціями при комбайновому способі проходження гірничих виробок є:

1. Відділення від масиву руйнованих порід і корисної копалини.

2. Видалення відокремленої маси із вибою та її навантаження на транспортні засоби виробки (конвеєр або у вагонетки).

3. Підготовка поверхні виробки до зведення кріплення, її установка, затягування та забутування порожнеч за кріпленням.

4. Допоміжні операції по забезпеченню функціонування вибою (проведення водостічної канавки; нарощування транспортних засобів виробки (конвеєрів і рейкової дороги); нарощування вентиляційної труби, водного та повітряного ставів і ін.).

З чотирьох вищеперелічених технологічних операцій рівень механізації і трудовитрати перших трьох в значній мірі визначаються конструкцією та структурою прохідницького комбайна. Ці ж технологічні операції також в значній мірі визначають темпи проходки та витрати на проходження виробок.

Прохідницький комбайн - складна многопривідна гірнича машина, що забезпечує виконання великого числа основних і допоміжних операцій робочих процесів проведення та кріплення підготовчих виробок, призначена

для механізованого руйнування гірських порід, навантаження гірської маси в транспортні засоби (вагонетки, конвеєр, перевантажувач).

Сучасний прохідницький комбайн вибіркової дії

Вживання прохідницьких комбайнів при проведенні виробок дозволяє механізувати основні прохідницькі процеси – відбій, навантаження та транспортування відбитої гірської маси із вибою виробки. А вживання комплексів, окрім цього, дозволяє механізувати й кріплення гірничих виробок. При використанні комбайнів підвищується швидкість проведення виробок, збільшується продуктивність праці, знижується вартість проведення, підвищується безпека праці прохідників.

Сучасний прохідницький комбайн вибіркової дії

Вживання прохідницьких комбайнів при проведенні виробок дозволяє механізувати основні прохідницькі процеси – відбій, навантаження та транспортування відбитої гірської маси із вибою виробки. А вживання комплексів, окрім цього, дозволяє механізувати й кріплення гірничих виробок. При використанні комбайнів підвищується швидкість проведення виробок, збільшується продуктивність праці, знижується вартість проведення, підвищується безпека праці прохідників.

Функції прохідницьких комбайнів

• руйнування гірничої породи;

• вантаження зруйнованої породи;

• кріплення виробки;

• доставка зруйнованої гірничої породи;

• переміщення комбайна та засобів комплексу;

• пилопридушення;

• пиловідсос;

• провітрювання вибою;

• доставка засобів і матеріалів кріплення.

Здатність комбайна забезпечити поєднання цих операцій в часі дозволяє значно скоротити тривалість робочого циклу проходження виробки, а можливість проходження виробки з високою якістю бічних поверхонь і грунту – значно підвищити ефективність його роботи за рахунок зниження об'єму руйнованої маси та значного скорочення об'єму забутування. Вельми істотний вплив на ефективність роботи комбайна в цілому надає тип виконавського органу.

Аналізуючи існуючі конструкції комбайнів, слід сказати, що рівень механізації процесів відділення порід від масиву та видалення відокремленої маси із вибою забезпечується цими комбайнами на високому рівні та з досить високою продуктивністю.

11.2 Класифікація прохідницьких комбайнів

1) за призначенням і сферою застосування:

• прохідницькі комбайни для проведення нарізних виробок по пласту корисноїкопалини;

• прохідницькі комбайни для проведення основних і допоміжних підготовчих виробок по корисній копалині або по змішаному забою з слабкими породами;

• прохідницькі комбайни для проведення підготовчих і капітальних виробок по породах середньої міцності і міцним;

за способом обробки вибою виконавським органом:

• прохідницькі комбайни вибіркової (циклічного) дії з послідовною обробкою шарами або заходками;

• прохідницькі комбайни бурової (безперервного) дії з одночасною обробкою всієї поверхні вибою;

• комбайни з виконавським органом, що коливається;

  за формою перетину виробки, що проводиться:

• прямокутного;

• трапецеїдального;

• круглого;

• арочного;

по напряму вироблення, що проводиться:

• для горизонтальнихвиробок;

• для похилих виробок.

  за способом переміщення:

  • на гусеничном ходу;

  • на пневмо-колісномходу;

  • з розпірно-крокуючим механізмом переміщення (за допомогою гідравліки);

по масі:

• легкі – до 25т;

• середні – до 50 т;

• важкі – зверху 50т.

  Коротка історія.

Першим прохідницьким комбайном для проходки по вугіллю, що отримав промислове впровадження на шахтах СРСР, був комбайн типа ПК-2 з баровим виконавським органом, аналогічний по конструкції комбайну типа

«Штрекенбаггер» в Германії. Найбільшого поширення у вугільній промисловості СРСР набув комбайн типа ПК-3 з стріловидним виконавським органом, виконаним у вигляді конусної коронки, що обертається. Переміщення коронки при руйнуванні вугілля в забої здійснюєтьсяза

допомогою силових гідроциліндрів. Такий комбайн призначається для проведення гірничих виробок перетином 8—12 м². Принципова схема комбайна ПК-3 послужила основою для створення аналогічних моделей комбайнів в СРСР (тип. 4 ПУ для гірничих виробок перетином 4—8 м² і ПК- 9Р — для 7—16 м2) і за кордоном (типа «Бретбі» у Великобританії, Еv-100 фірми «Ейкхофф» у ФРН і ін.).

Для швидкісного проведення гірничих виробок в СРСР створений комбайн типа «Караганда 7/15» з планетарним виконавським органом, за допомогою якого досягнута швидкість проведення виробок по вугіллю понад 3000 м в місяць. Для проведення виробок по породах невисокої міцності першим прохідницьким комбайном, що отримав промислове впровадження, був комбайн типа ШБМ з різцевим виконавським органом, руйнівним гірську масу різанням із зломом, з гідравлічною крокуючою подачею. Ці комбайни успішно застосовуються при видобутку калійних солей. Для проведення гірничих виробок по міцніших породах (в т.ч. тунелів) створені прохідницькі комбайни з шарошечним виконавським органом і гідравлічною крокуючою подачею. Найбільш відомим є комбайн типа «Роббінс», що виготовляється в США. З аналогічним виконавським органом — дисковими шарошками в СРСР створені комплекси для проведення виробок по породі (типа ТОР-72,

«Ясиноватець», «Союз-19» і КРТ).

Для нарізки виробок по вугіллю з кутом падіння до 18° на пластах потужністю 0,8—1,2 м, шириною 2,6м в СРСР створений нарізний комбайн типа КН-2У з баровим виконавським органом.

Прохідницькі комбайни з буровим виконавським органом

Роторний прохідницький комбайн.

1. – роторний виконавський орган, що складається з однієї або двох співісний розташованих планшайб; на їх вибійній стороні розташова-ний робочий інструмент (різці, шарошки), а з внутрішньою, як правило, розміщуються ков-ши вантажного пристрою;

2. – бермові фрези, що здійснюють оформлення вибою до арочної форми;

3. – привід роторного виконавського органу і бермових фрез, що складається з електро-двигуна і редуктора;

4. – щит обгороджування, що перешкоджає проникненню пилу із зони роботи виконавсь-кого органу у вироблений простір;

5. – рама комбайна з розташованим на ній электро- і гідрообладнанням; 6 – ходова частина гусеничного або розпорно-крокуючого типа;

7 – конвеєр стрічкового типа.

Бурові виконавські органи виробляють одночасну обробку всього перетину прохідницького забою. По кінематиці руху ріжучого інструменту виділяють наступні варіанти їх конструкції:

• роторні, ріжучий інструмент яких здійснює обертальний рух і одночасно подається на забій;

• планетарні, ріжучий інструмент яких, окрім обертального і поступального рухів, здійснює ще і відносний обертальний рух.

Найбільш широкого поширення серед бурових виконавських органів набули органи роторного типа.

У 80-і роки ХХ століття Донгіпровуглемашем були проведені масштабні роботи із створення унікальних прохідницьких комплексів для роботи по міцних породах «Союз-19» і КРТ з шарошечними планетарними виконавськими органами.

Прохідницький комплекс «Союз – 19»

В цілому прохідницькі комбайни з буровими виконавськими органами знайшли вельми обмежене вживання на шахтах Донбасу унаслідок наступних недоліків:

• висока вартість прохідницьких комбайнів;

• неможливість (для виконавських органів роторного типа) або мала глибина (для планетарних виконавських органів) регулювання площі перетину прохідного вироблення;

• низька маневреність;

• значна маса виконавського органу і всього прохідницького комбайна в цілому, погіршуюча його транспортабельність і що утрудняє монтажно- демонтажні операції;

• великі значення складових вектора зовнішнього навантаження, викликані одночасною обробкою всього перетину прохідницького забою;

• неможливість здійснення селективної виїмки корисної копалини;

• трудність доступу до вибою персоналу при обслуговуванні та ремонтах виконавського органу.

1. Прохідницькі комбайни вибіркової дії

Вживання прохідницьких комбайнів вибіркової дії з горно- геологічних і гірничо-технічних умов можливо в 60–65% прохідницьких забоїв. В той же час до теперішнього часу рівень механізації проведення гірничих виробок комбайновим способом складає всього 30–35%.

Малі фактичні об'єми проведення виробок прохідницькими комбайнами викликані наступними причинами:

• недостатнім об'ємом постачань цих комбайнів шахтам;

• знов отримувані комбайни йдуть на заміну старих (приріст комбайнового парку на шахтах України припинився з 1986);

• технічний рівень використовуваного на шахтах прохідницького устаткування та його надійність не забезпечують можливості подальшого істотного підвищення темпів проходки, продуктивності праці прохідників і рівня механізації процесукріплення.

Прохідницькі комбайни вибіркової дії набули найбільшого поширення на шахтах України та Росії. Вони призначені для механізації проведення гірничих виробок будь-якої форми поперечного перетину, окрім круглої. Їх виконавський орган виконаний у вигляді різцевої коронки, встановленої на поворотній рукояті – стрілі, що здійснює при обробці вибою рухи, що гойдають, в горизонтальних і вертикальних площинах. Ці комбайни мають, як правило, гусеничну ходову частину та можуть бути використані при проведенні горизонтальних і похилих гірничих виробок по вугіллю і змішаним вибоєм. Вони можуть працювати в складних гірничо – геологічних

умовах з наявністю скидань, пережимів і стоншувань пласта, при нестійкій крівлі, слабкому грунту.

Виробка обладнається: прохідницьким комбайном для руйнування вибою та вантаження гірської маси; конвеєром, рейковим транспортом або самохідним вагоном для транспортування гірської маси із вибою та для доставки кріпильних матеріалів, а також – лебідками, надгрунтовою або монорельсовою дорогою; устаткуванням для зведення крепи; вентиляційним ставом для провітрювання виробки; протипожежним ставом і трубопроводом для відкачування води із вибою; системою подачі електроенергії, пусковою та захисною електроапаратурою; системою зв'язку, сигналізації, системами контролю повітря та автоматичним газовим захистом; системами пилопридушення та локалізацією вибухів і ін.

Рис. 11.2 .Проходческий комбайн вибіркової дії

1. – стріловидний виконавський орган зазвичай корончатого типа, а також його привід, тобто електродвигун і редуктор;

2. – система підвіски стріловидного виконавського органу, що полягає, як правило, із стріли, шарнірно пов'язаної з поворотною рамою, а також декількох пар гідроциліндрів, що змінюють положення

виконавського органу в горизонтальній і вертикальній площинах; 3 – корпус машини або рама, на якій базується все основне устаткування комбайна;

1. – ходова частина, як правило, гусеничного типа;

2. – вантажний орган (переважного поширення набули парні нагрібаючі лапи);

3. – конвеєр, зазвичай скребкового типа;

4. – гідро- і електроустаткування комбайна, включаюче маслостанцию, станцію управління, пульт управління і так далі

Окрім вищеперелічених елементів до складу комбайнів можуть входити пристрої, що зменшують пилоутворення, засоби автоматизації управління та інші. Аналіз показує, що відмінності між розглянутими функціональними елементами різних комбайнів полягають лише в їх конструктивному виконанні.

1. Вимоги до прохідницьких комбайнів вибіркової дії

В цілому до прохідницьких комбайнів вибіркової дії висуваються наступні вимоги:

• поперечний перетин виробок в світлу повинно бути 15–25 м²;

• максимальна висота комбайна не повинна перевищувати 2000мм при мінімальному кліренсі 250мм;

• верхня частина комбайна має бути виконана як плоска робоча платформа великихрозмірів;

• комбайни повинні надійно працювати на проходці виробок з кутом падіння не менше 22° як по повстанню, так і падінню;

• комбайни повинні задовольняти сучасним вимогам по безпеці, екологічності, дизайну та ін.

Додатково ставляться спеціальні вимоги до окремих конструктивних вузлів комбайнів:

• тиск на грунт гусеничного ходового механізму не повинен перевищувати 15 Н/см²;

• необхідна наявність вбудованого активного вантажного пристрою, наприклад вантажного механізму з лапами, що загрібають;

• опорна плита повинна розсуватися за допомогою гідравлічного пристрою до максимальної ширини по грунту і мати жорстке покриття;

• ріжучий орган має бути розрахований на породи з максимальною міцністю 100–140 МПа; при цьому економічною вважається робота по породах, що мають міцність близько двох третин від максимальної;

• система зрошування борозен різання повинна відповідати розпорядженням, що діють, по експлуатації комбайнів вибіркової дії;

• конвеєр комбайна повинен виступати приблизно на 2,0 м за габарити комбайна, верхня гілка має бути захищена жорстким покриттям; розвантажувальний кінець повинен регулюватися по висоті;

• гідравлічна система повинна мати можливо менший об'єм робочої рідини, в її конструкції має бути передбачена блокова гідроапаратура; трубопроводи гідравлічної системи, наскільки це можливо, повинні виконуватися сталевими і мати гвинтові з'єднання;

• електроустаткування повинне застосовуватися у вибухобезпечного виконання; слід передбачити шланги для подачі холодної води до електродвигунів з водяним охолоджуванням; необхідно передбачити також відповідні іскробезпечні пристрої контролю; для освітлення вибою встановлюють дві фари, кожна потужністю по 250 Вт; компактна станція управління має бути не на комбайні, а у складі енергетичного поїзда;

• відповідно до вимог по безпеці ведення гірничих робіт необхідні протипожежні водяний і порошковий пристрої;

• для всмоктування пилу слід мати канали, розташовані по обох сторонах комбайна, продуктивністю від 600 до 800 м³/хв.

До допоміжних пристроїв комбайнів вибіркової дії пред'являються наступні вимоги:

• установка на комбайні пристроїв для буріння шпурів під анкерне кріплення і для його установки без виходу за габарити комбайна;

• ріжуча голівка повинна телескопічно висуватися не менше чим на 500 мм і забезпечувати різання з одного положення, здобуття плоского вибою і можливість встановлювати крепь на мінімальній відстані від грудей вибою;

• необхідно передбачати пристрої контролю заданого профілю виробки і регулювання напряму.

  1. Аналіз виконавських органів комбайнів вибіркової дії

  Прохідницькі комбайни із стріловидним виконавським органом здійснюють послідовну обробку вибою ріжучою коронкою. Залежно від типа коронки розрізняють виконавський орган: з подовжньо-осьовою (радіальною) коронкою; з поперечно-осьовою (аксіальною) коронкою.

  Прохідницькі комбайни вибіркової дії з виконавським органом з подовжньо-осьовою коронкою та поперечно-осьовою коронкою.

  Рис. 11.3. Схеми обробки вибою стріловидним виконавським органом

  

  а – горизонтальними шарами; б – вертикальними шарами

  Вочевидь, що зважаючи на конструктивні особливості стріловидного виконавського органу з поперечно-осьовою коронкою якість обробки забою гірша, ніж при роботі виконавського органу з подовжньо-осьовою коронкою, спостерігається характерна хвилястість профілю подовжнього перетину виробки. Але виконавський орган з поперечно-осьовою коронкою переважно з точки зору забезпечення стійкості прохідницького комбайна краще, чим виконавський орган подовжньо-осьовою коронкою оскільки зусилля повороту, яке необхідно прикласти до стріли для її переміщення, в першому випадку значно менше, ніж в другому.

  В той же час, слід зазначити й недоліки виконавського органу цього

  типа:

  • нижче якість обробки вибою, чим при роботі виконавського органу з подовжньо-осьовою коронкою, що негативно позначається на трудомісткості процесу кріплення виробки та її стійкості;

  • неможливість проведення водостічної канавки та здійснення селективної виїмки корисної копалини.

  
  

  1. Достоїнства та недоліки прохідницьких комбайнів вибіркової дії

  Таким чином, не дивлячись на ряд безперечних достоїнств прохідницьких комбайнів із стріловидним виконавським органом, їм властиві недоліки, що знижують ефективність їх використання в різних гірничо-геологічних умовах.

  Достоїнствами прохідницьких комбайнів зі стріловидним виконавським органом є:

  • можливість варіювання в широкому діапазоні розмірами та формою виробок;

  • висока маневреність;

  • можливість селективної виїмки корисної копалини;

  • механізація допоміжних операцій;

  • можливість установки кріплення біля вибою виробки;

  • відносно невеликамаса.

  До недоліків відносяться:

  • обмежена по міцності руйнованих порід сфера застосування;

  • недостатньо ефективне пилопридушення при експлуатації;

  • послідовний спосіб обробки вибою, що не забезпечує високої продуктивності комбайна;

  • недостатня стійкість при роботі, що викликає, зокрема, складнощі в його управлінні.

  Лише 30% парку прохідницьких комбайнів по технічному рівню можна віднести до сучасного (П110, П220, КСП32, КСП42). Проте й ці машини не відповідають повною мірою сучасним вимогам.

  
  

  З метою ліквідації відмічених недоліків інститутом

  «Донгіпровуглемаш» створюються із збільшеним об'ємом функцій і розширеною сферою застосування нові прохідницькі комбайни та комплекси на їх базі для швидкісної проходки виробок.

  Як базові моделі прийняті комбайни середнього класу ККД масою до

  40т і легкого класу КПР масою до24 т.

• Контрольні питання:

  1. Які основні способи проведення підготовчих виробок?

  2. Перерахуйте основні технологічні операції при комбайновому способі проходження гірничих виробок.

  3. Призначення, класифікація та сфера застосування прохідницьких комбайнів

  4. Який склад мають комбайни з роторним виконавським органом?

  5. Який склад мають комбайни ізбиркової дії?

  6. Які вимоги до прохідницьких комбайнів ізбиркової дії?

  7. Достоїнства та недоліки прохідницьких комбайнів зі стріловидним виконавським органом?

  8. Що необхідно враховувати при виборі прохідницького комбайна?

  Література:

  • В.Г. Яцких, Л.А. Спектр, А.Г. Кучер Горные машины и комплексы /

  Учебник для горных техникумов. – М: Недра, 1984г. – с. 325 – 333.