9.6.3.Механизация процессов разрушения горных пород

Мысль о механизации процесса зарубки угля была высказана еще в XVIII в. англичанином Мензисом. Машина Мензиса представляла собой тяжелое стальное кайло, закрепленное на раме. Кайло совершало возвратно-поступательное движение, нанося удары по углю.

Наиболее эффективными в горном деле оказались врубовые машины, в которых использовался принцип дисковой пилы. Конструкция дисковой врубовой машины была разработана английским инженером Уорингом. Резание угля этой машиной осуществлялось при помощи зубков, закрепленных на диске. Диск был расположен сбоку машины и делал вруб глубиною 90 см. Машину за ручки подвозили к забою, при помощи рычагов приводили в движение диск и делали вруб. Лучшей врубовой машиной в 70-х гг. XIX в. была пневматическая дисковая машина Винстлея.

В 1891 г. в угольных шахтах США применялось 500 врубовых машин, на долю которых приходилось 24% добычи угля. В 1913 г. в американской угольной промышленности использовалось 15 тыс. врубовых машин, с помощью которых добывалась уже почти половина (49%) угля в стране.

Рост масштаба механизации зарубки обусловил конструктивные усовершенствования врубовых машин. Старые дисковые врубовые машины стали более компактны, передаточный механизм начали изготовлять из стального диска, а механизм машин стали прикрывать удобным закрытым кожухом. Был усовершенствован и режущий механизм машины, благодаря чему увеличивается глубина вруба. С 1900 г. на дисковых машинах стали применяться электроприводы. Дисковая врубовая машина обладала недостатками: ее трудно было удерживать у груди забоя, тонкий и широкий диск быстро зажимался осаждающимся после подрубки углем. Это делало машину непригодной для работы на неровной почве. Поэтому дисковые машины были постепенно заменены штанговыми и цепными врубовыми машинами.

Первая штанговая машина была создана в Англии в 50-х гг. XIX в., но широкое применение штанговые машины получили лишь в 80-е гг. В этой машине зарубка угля производилась вращающейся штангой, по всей длине которой прикреплялись режущие зубки. Штанговая машина помещалась на колесах и передвигалась по рельсам вдоль забоя. Штанговые машины имели ограниченное распространение, т. к. зубки быстро изнашивались. Первая цепная машина «Гершери» была создана в Англии в 60-х гг. Однако в машине часто рвались цепи. Рабочим органом цепной врубовой машины является бар, состоящий из направляющей металлической рамы и движущейся в ней режущей цепи с зубками. Бар обычно имел длину 91 см и врубался в уголь на глубину 1,8 м. Цепная рама в машине могла поворачиваться на 180.

Благодаря применению надежной, высокопроизводительной цепной машины американская угольная промышленность обогнала английскую, где в основном использовались дисковые машины. В 1870 г. в США добывалось 42 млн. т. угля, или в 1,5 раза меньше, чем в Англии, то в 1913 г. там добывалось уже 517 млн. т., или почти в 2 раза больше, чем в Англии.

9.6.4.Технический прогресс в механическом комплексе горных предприятий

К началу XX в. для лучшего скольжения руды деревянные желоба заменили металлическими. В конце XIX в. в угольной промышленности появились скребковые и ленточные конвейеры. Они состояли из желоба и цепи со скребком и использовались главным образом в забоях различной длины.

В 1906 г. англичанин Сетклиф сконструировал ленточный конвейер для пластов небольшой мощности. Качающиеся конвейеры появились в 1906 г. в Германии, а затем и в Англии. Вначале решетки подвешивались к стойкам, затем были созданы качающиеся конвейеры на специальных опорах-каретах с пневматическими или электрическими приводами. Появление конвейера было вызвано переходом к разработке маломощных угольных пластов, где невозможно было применять вагонетки. В конце XIX и начале XX в. начинает распространяться электровозная откатка.

Первые электровозы были троллейными. Стремление обеспечить большую маневренность электровозов привело в США к применению специальной кабельной катушки. В конце XIX в. в Америке создаются первые аккумуляторные электровозы. Первый аккумуляторный электровоз был построен в 1889 г.

Развитие подъема угля на поверхность идет по линии совершенствования паровых подъемных машин. Если в 1870 г. скорость подъема на английских угольных шахтах не превышала 5,25 м/сек, то в 1912 г. она составляла уже 14,6 м/сек. Максимальный подъемный вес английского рудничного подъема в 1870 г. был равен 4 т., а в 1912 г. – уже 6 т. В 1894 г. в Германии появилась первая подъемная машина с электродвигателем. Регулирование скорости подъема производилось сопротивлением, включаемым в электрическую цепь. В 1891 г. американец Леонард предложил свою систему электрического регулирования. Электродвигатель переменного тока, по его системе, приводил в движение пусковой генератор постоянного тока, который, в свою очередь, был соединен с электродвигателем постоянного тока, установленным на подъемной машине. Скорость подъема регулировалась изменением тока возбуждения пускового генератора от специального генератора возбуждения.

Первая попытка приспособить асинхронный двигатель трехфазного тока к поршневому насосу встретила значительные затруднения: поршневой насос был тихоходен и работал со скоростью 30- 35 об/мин, тогда как двигатель трехфазного тока делал от 600 до 750 об/мин. Для устранения этого в электродвигателях был использован трехфазный ток меньших периодов.

В конце XIX в. был создан быстроходный поршневой насос, делавший 150 об/мин. Центробежные насосы работали гораздо эффективнее, чем клапано-поршневые насосы. С появлением в 1884 г. лампы Вольфа стало возможным определить содержание метана в шахте. С 1880 г. на английских угольных шахтах стали использовать стационарное электрическое освещение.

В конце XIX - начале XX вв. решающее значение в горной промышленности продолжала играть добыча угля. Осуществляется переход от мелких шахт и рудников к крупным рудникам. Возникают заводы горного машиностроения. Характер техники горного дела в этот период меняется под влиянием использования стали в машиностроении и все повышающейся роли электропривода. В технике горнорудной промышленности начинается переход от машин с принципом прямолинейного возвратного действия к ротационным машинам (центробежные насосы и вентиляторы).