Контрольные вопросы
Каковы назначение и область применения отбойных молотков?
Какие буровые механизмы Вы знаете?
Назовите механизмы и инструменты, применяемые для производства гидроизоляционных работ.
Глава VI. Машины и оборудование, применяемые при строительстве тоннелей
Проходческие щиты и комбайны
Основным средством механизации горных работ и защиты забоя от обрушения пород на весь проходческий цикл – от разработки породы до возведения обделки – являются щиты. Проходческий щит – это подвижная стальная крепь в виде полого стального цилиндра, лежащего горизонтально вплотную к забою. Форма щита повторяет форму сооружаемой обделки.
Основные части щита (рис. 45)-ножевое 2 и опорное 1 кольца (в некоторых конструкциях установлено единое ножеопорное кольцо) и оболочка 9, в пределах которой монтируют сборную обделку. После разработки породы, находящейся перед ножевым кольцом, щит при пбмощи щитовых гидроцилиндров 10, опирающихся на последнее кольцо обделки тоннеля, продвигают вперед, в пространство, освободившееся от породы. После этого штоки гидроцилиндров убирают и в оболочке щита монтируют очередное кольцо обделки. Породу забоя крепят щитами из досок, которые прижимают забойными гидроцилиндрами 7.
В пределах опорного и ножевого колец внутреннее пространство щита разделено: горизонтальными перегородками 5 на ярусы и вертикальными перегородками 3 на ячейки. Горизонтальные перегородки имеют выдвижные платформы 4, перемещение которых обеспечивают специальные платформенные гидроцилиндры. (В технической литературе прошлых лет издания щитовые, забойные и платформенные гидроцилиндры названы гидравлическими домкратами, или гидродомкратами.)
Опорное и ножевое кольца щита собирают из стальных элементов-сегментов, соединяя их болтами подобно тюбингам при сборке кольца обделки. Оболочку щита собирают из стальных листов, изогнутых по цилиндрической поверхности. Листы соединяют между собой, а также с опорным кольцом с помощью болтов с потайной головкой.
Проходческие щиты разделяют по следующим основным признакам:
по площади поперечного сечения проходимой выработки – на щиты малого диаметра (до 3200мм), среднего диаметра (до 5200 мм) и большого диаметра (свыше 5200 мм);
по степени механизации основных производственных процессов– на щиты частично механизированные и механизированные. В щитах первого типа разработку забоя ведут вручную или взрывным способом, а погрузка и транспортировка породы, возведение обделки и передвижка щита механизированы, в щитах второго типа все основные процессы механизированы;
по области применения щиты разделяют на предназначенные для проходки в обводненных грунтах, для проходки в сыпучих и малоустойчивых грунтах естественной влажности, для проходки в грунтах с коэффициентом крепости от 0,5 до 5 и для проходки в грунтах с коэффициентом крепости более 5.
Рис. 45. Частично механизированный проходческий щит: 1 – опорное кольцо; 2 – ножевое кольцо; 3 – вертикальная перегородка; 4 – выдвижная платформа; 5 – горизонтальная перегородка; 6 – гидравлическая система; 7 – забойный гидроцилиндр; 8 – накладка; 9 – оболочка щита; 10 – щитовой гидроцилиндр; 11 – опорная пята
Рис. 46. Механизированный проходческий комплекс
Проходческие щиты оснащают механизмами для погрузки разработанного грунта на конвейер (транспортер) или непосредственно в вагонетки. В частично механизированных щитах погрузку грунта в вагонетки ведут с помощью погрузочной машины, в щитах малого диаметра – вручную. В механизированных щитах погрузочные органы имеют различное исполнение.
Современные щитовые комплексы обеспечивают выполнение процессов по разработке и креплению лба забоя, погрузке и удалению грунта за пределы комплекса, возведению тоннельных обделок, нагнетанию раствора в заобделочное пространство и т. д.
Комплексы, в которых достигнута полная механизация проходческих работ, называют механизированными комплексами (рис. 46), В таких комплексах щит 2 имеет рабочий орган / для разработки и погрузки породы, конвейер 3 для выдачи породы за пределы щита. Вслед за щитом в сцепе с ним установлен укладчик обделки 4, тоннельный конвейер 5 и другое технологическое оборудование. При проходке в неустойчивых породах рабочий орган (исполнительный) щита наряду с разработкой породы обеспечивает поддержание лба забоя от обрушения.
По принципу действия различают три группы рабочих органов:
непрерывного действия, если разработка грунта происходит одновременно по всей площади забоя (например, рабочий орган роторного типа);
цикличного действия, если разработка грунта происходит в отдельные отрезки времени в отдельных участках забоя (например, рабочий орган экскаваторного типа);
комбинированно действия, когда сочетаются хотя бы по одному из двух типов рабочих органов (например, экскаваторного типа с горизонтальными рассекающими площадками).
Роторные рабочие органы могут быть с плоской или винтовой планшайбой (рис. 47, а) со щелями для выхода грунта или лучевого типа (рис. 47,6). Эти органы в зависимости от крепости пород оснащают пластинчатыми или стержневыми резцами, шарошками и другим инструментом. При вращении режущий инструмент врезается в грунт и разрушает его.
Щит может быть оснащен сменными в зависимости от крепости пород рабочими органами: экскаваторным рабочим органом (рис. 47, в) для работы в супесях, суглинках, глинах; стреловым исполнительным органом с резцовой коронкой (рис. 47, г) для работы в твердых глинах, известняках, песчаниках.
Горизонтальные рассекающие перегородки (площадки) рабочего органа позволяют работать в песках, насыпных грунтах. На горизонтальных перегородках при внедрении их в забой образуются осыпи грунта под углом естественного откоса, обеспечивающие устойчивость забоя (т. е. выполняющие функции временной крепи).
С помощью механизированных комплексов, кроме обычных сборных обделок, сооружают также монолитно-прессованные и сборные обжимаемые в породу обделки. Монолитно-прессованные обделки образуются при уплотнении бетонной смеси усилиями щитовых гидроцилиндров при внедрении щита в забой. После монтажа в хвостовой части щита очередной секции опалубки и нагнетания за нее бетонной смеси щит продвигают вперед, при этом под давлением гидроцилиндров смесь в опалубке уплотняется и непосредственно за щитом остается готовая бетонная обделка. Особенность сборных железобетонных обделок кругового очертания, обжимаемых в окружающий породный массив, состоит в том, что сразу же после их монтажа кольца обделки прижимают к контуру выработки и обделка немедленно вступает в работу, предотвращая развитие горного давления и просадки земной поверхности.
Рис. 47. Схемы рабочих органов механизированных проходческих щитов: а-роторный с винтовой планшайбой; б – роторный лучевого типа; в – экскаваторного типа; г – фрезерного типа
Рис. 48. Проходческий комбайн 4ПП-2
Щиты в процессе проходки приобретают крен (поворачиваются вокруг оси). Для предотвращения крена в щитах служат элероны (металлические пластины), которые устанавливают в специальные щели в сегментах опорного (ножеопорного) кольца и выдвигают с помощью гидроцилиндров за пределы корпуса щита. Для возможности ведения щита на кривых участках трассы тоннеля необходимо делать одностороннее уширение сечения выработки. С этой целью на рабочем органе щита устанавливают выдвижной копир-резец (копир-шарошку). Управляет копир-резцом при помощи гидравлического механизма машинист щита со своего рабочего места.
Для определения и контроля положения щита в плане и профиле применяют лазерные приборы. Прибор крепят к обделке так, чтобы лазерный луч был направлен параллельно оси тоннеля и находился ниже свода на 1-1,2 м. Для придания лучу нужного направления в плане и для контроля устойчивости луча применяют не менее двух отвесов, а в профиле – не менее двух горизонтальных нитей (используют капроновую леску). По мере удаления щита от лазерного прибора через каждые 100-150 м закрепляют новые отвесы и нити.
Для герметизации строительного зазора и придания кольцам правильного геометрического очертания в щитах устанавливают пневматическое торовое устройство.
Проходческий комбайн (рис. 48) представляет собой самоходную машину на гусеничном ходу 3. Рабочими органами комбайнов служат телескопические стрелы 2 с резцовыми коническими коронками 1. Погрузка разработанной породы с помощью спаренных лап 4 нагребающего типа совмещена с работой рабочего органа. Комбайн является мобильной машиной, в случае необходимости .его можно без демонтажа вывести из забоя своим ходом (что невозможно для проходческих щитов). В отличие от проходческих щитов комбайны можно применять в горных выработках, различных по форме и размерам поперечного сечения. Однако отсутствие на проходческих комбайнах передвижной крепи позволяет использовать их лишь в устойчивых забоях.
Оборудование для монтажа сборных обделок
Для механизации процесса сборки колец тоннельной обделки применяют укладчики обделки. Многие типы укладчиков представляют собой металлическую рамную конструкцию портального типа, оснащенную средствами передвижения вдоль сооружаемого тоннеля и сборки кольца обделки. Такие укладчики работают как самостоятельно, так и в составе щитовых проходческих комплексов Укладчики для сборки железобетонной обделки оборудуют выдвижными балками для поддержания блоков в процессе монтажа до замыкания кольца обделки.
Для проходки тоннелей с тюбинговой и блочной обделкой в грунтах, разрабатываемых взрывным способом, применяют укладчик ТУ-1Гп с гидравлическим приводом рычага (рис. 49), оборудование которого состоит из смонтированного на раме 2 механизма шагающего хода У, выдвижной арки 5, рычага 3 с захватом 9 для элементов обделки и приводом 4 вращения рычага, гидро– и электрооборудования, лестниц, ограждения. Со стороны забоя на укладчике смонтированы решетки 8 для защиты оборудования и предотвращения разлета кусков породы при взрыве. Рычаг укладчика телескопического типа может совершать качательные движения в обе стороны и выдвигаться вперед. Укладчик обеспечивает доступ к верхней части забоя. Система выдвижных платформ, перекрывающая нижнюю часть забоя, позволяет одновременно вести бурение в верхней части забоя и производить погрузку породы в нижней части машиной 1ППН-5 в вагонетки с глухим кузовом. Проходчики, работающие на верхнем ярусе укладчика, находятся под защитой выдвижных козырьков. Нижнюю часть забоя после уборки из нее породы обуривают с подошвы.
Укладчик ТУ-1Гп является головной машиной проходческого комплекса КМ-14. С тыльной стороны к укладчику примыкает технологическая тележка ТН-16Гп, на которой установлены два нагнетателя раствора. Тележка имеет устройство для подъема вагонеток с песком и цементом на верхний ярус, где находятся поддоны для приготовления раствора. За технологической тележкой расположена подвижная платформа ПП-8 со стрелочным переводом. Рельсовый путь с колеей 600 мм проходит через весь комплекс, в конце его на подвижной платформе уложены стрелочный перевод и подвижные звенья пути, соединяющие два пути на комплексе с путями в тоннеле.
Укладчик обделки УКВ (рис. 50) служит для сборки обделки прорезных колец и коротких (до 50 м) участков тоннелей. Укладчик УКВ рычажного типа, на рельсовом ходу, оборудован рычагом 1 с механизмом вращения 2, стрелой 4, рабочими площадками. Элементы укладчика подают к месту монтажа на тележках, монтаж ведут с помощью двух лебедок – подъемной и оттяжной. Вначале монтируют раму, портал, стрелу и рычаг с механизмом привода, аутригеры (гидравлические механизмы подъема) и рельсовые захваты 7.
Рис. 49. Тоннельный укладчик ТУ-1Гп: 1 – механизм шагания; 2 – рамная металлоконструкция; 3 – рычаг укладчика; 4 – гидропривод рычага; 5 – выдвижная арка; 6 – электрооборудование; 7 – гидронасос; 8 – защитные решетки; 9 – захват рычага
Рис. 50. Укладчик обделки УКВ для коротких выработок: 1 – рычаг; 2 – механизм вращения рычага; 3 – тяги; 4 – стрела; 5 – портал; 6 – рама; 7 – захваты; 8 – пульт управления
Монтаж рычага с механизмом вращения и рабочих площадок иногда ведут в забое. Во время работы укладчик-прикрепляют захватами к рельсовым путям. С площадок укладчика производят обуривание и заряжание забоя. На время взрыва укладчик отгоняют от забоя для защиты от разлетающихся кусков породы. Укладчик перекатывается на четырех катках по инвентарным рельсовым опорам с помощью двух гидроцилиндров.
Для монтажа обделки станций метрополитена глубокого заложения применяют укладчик ТУ-2Гп (комплекс КМ-15), для монтажа обделки и металлоконструкций на станциях колонного типа глубокого заложения-укладчик ТУ-4Гп (комплекс КМ-36).
Основные части укладчика ТУ-4Гп (рис. 51): рычаг укладчика 3 с захватом 1 для элементов обделки, привод вращения рычага, выдвижные рабочие платформы 2 в среднем и верхнем ярусах, гидро– и электрооборудование, нагнетатели 6 раствора, электроталь (тельфер) 5, пульт управления. Опорой укладчика служат лыжи, совмещенные с механизмом передвижения шагающего типа с гидроприводом. На верхнем ярусе укладчика имеется система выдвижных козырьков, перекрывающих кровлю. Укладчик работает в комплексе с погрузочной машиной 1ППН-5 и вагонетками.
Для монтажа обделки эскалаторных тоннелей (наклонных ходов) применяют специальный укладчик ТНУ, в состав которого входит погрузочная машина.
Оборудование для бетонирования конструкций в тоннелях
Комплекс работ по бетонированию конструкций в тоннелях включает в себя: установку опалубки соответствующей проекту формы; прием бетонной смеси на поверхности, доставку бетонной смеси к месту укладки, подачу бетонной смеси за опалубку или металле-изоляцию, уплотнение бетонной смеси.
Рис. 51. Укладчик обделки станционных тоннелей ТУ-4Гп: 1 – захват рычага; 2 – выдвижные рабочие платформы (выдвинуты условно); 3 – рычаг укладчика; 4 – выдвижные козырьки; 5 – электроталь; 6 – нагнетатель раствора
Опалубкой называют сборно-разборную форму, которую используют при бетонировании конструкций в тоннеле. Уложенная в опалубку бетонная смесь со временем схватывается, превращаясь в прочную бетонную конструкцию, сохраняющую форму, приданную ей опалубкой.
Для устройства монолитных бетонных и железобетонных конструкций в метростроении применяют сборно-разборные и передвижные шарнирно-складывающиеся металлические опалубки.
При устройстве железобетонных конструкций в опалубку предварительно (до укладки бетонной смеси) устанавливают стальную гибкую арматуру в виде отдельных стержней (стержневая) или в виде сваренных из стальных прутьев или стержней сеток или каркасов.
Бетонную смесь доставляют к приемным бункерам, расположенным на поверхности, автобетоносмесителями, представляющими собой бетоносмесители, смонтированные на шасси автомобилей Оборудование автобетоносмесителя включает смесительный барабан загрузочно-разгрузочное устройство, привод вращения барабана с автономным двигателем, бак для воды с оборудованием для ее подачи и дозировки. Внутри барабана имеются винтовые лопасти обеспечивающие перемешивание бетонной смеси при вращении барабана по часовой стрелке и разгрузку его при вращении в противоположном направлении.
Для подачи бетонной смеси по оси тоннеля через каждые 1– 1,2 га бурят скважины диаметром 200-500 мм. Нижний конец обсадной трубы скважины размещается в прикамерке горной выработки
Для предотвращения попадания брызг смеси на обделку в местах оборудования скважин лоток и стены тоннеля закрывают сплошными деревянными щитами. Места спуска и приема бетонной смеси оборудуют двусторонней световой и звуковой сигнализацией
Бетонную смесь к месту укладки подают в пневмобетононагне-тателях, в вагонетках с помощью электровозов или в бункерных тележках с помощью автомобилей, ходовая часть которых оборудована металлическими скатами, позволяющими автомобилям передвигаться по рельсовой колее. Если бетонную смесь транспортируют в вагонетках, то в тоннеле устраивают эстакаду, на которую поднимают вагонетки для выгрузки смеси в бункер, из которого она попадает в пневмобетононагнетатель. Если соорудить эстакаду невозможно (например, в стесненных условиях), то в тоннеле у места бетонирования на уровне откаточных путей устраивают перегрузочный пункт. Оборудование такого пункта состоит из поддона погрузочной машины, конвейера-перегружателя и нагнетателя которые устанавливают на одном из откаточных путей. Бетонная смесь доставленная в опрокидных вагонетках по соседнему пути выгружается в поддон, откуда с помощью погрузочной машины и конвейера загружается в пневмобетононагнетатель.
Рис. 52. Пневматический нагнетатель бетонной смеси ПБН-3: 1 – емкость для смеси; 2 – загрузочный люк; 3 – смеситель; 4 – привод смесителя; 5 – тележка; 5 – разгрузочный раструб; 7 – затвор
При доставке бетонной смеси в глухих вагонетках для ее перегрузки и подачи за опалубку применяют пневмобетононагнетатели марки ПБН или бетоноукладочный комплекс БУК-2н с грейферным устройством для перегрузки смеси из вагонетки в нагнетатель.
Нагнетатель ПБН-3 (рис. 52) обеспечивает перемешивание и подачу 3 м3 бетонной смеси или раствора за 5 мин с дальностью подачи по горизонтали до 160 м и по вертикали до 15 м. Принцип работы нагнетателя основан на подаче бетонной смеси сжатым воздухом под давлением 0,6 МПа по трубопроводу. Смесь загружается в герметичную емкость 1 с загрузочным люком 2, которая установлена на тележке 5 на рельсовом ходу. После загрузки горловина загрузочного люка 2 перекрывается затвором и сжатый воздух подается в емкость 1. Бетонная смесь, сжатая воздухом, при открывании разгрузочного раструба 6 устремляется по бетоноводу к месту укладки. Для поддержания качества бетонной смеси внутри емкости имеется смеситель 3 с лопастями.
Бетононасосы предназначены для транспортирования бетонной смеси по трубопроводу вверх и по горизонтали. В приемный бункер бетононасоса загружают из автобетоносмесителя бетонную смесь, которая засасывается в транспортные цилиндры и нагнетается в бетоновод.
Монолитные бетонные и железобетонные обделки в отличие от сборных, элементы которых изготовляются на предприятиях, сооружают непосредственно на месте путем подачи бетонной смеси за опалубку. Используют опалубки различных типов.
Передвижная шарнирно-складывающаяся опалубка (рис. 53, а) состоит из секций, собранных из двух верхних 1 и нижнего 6 сегментов, механизма 2 для отрыва верхних сегментов. Механизм отрыва нижнего сегмента 6 имеет два кронштейна 5 с опорными винтами 4 которые опираются на передвижное основание в виде двух балок 7. Опалубка перемещается вдоль выработки гидроцилинд-
Рис. 53. Шарнирно-складывающиеся секционные опалубки: а – передвижная; б – для монолитно-прессованной обделки; 1 – верхние сегменты; 2 – механизм отрыва сегментов; 3 – гидроцилиндры передвижения; 4 – опорные винты; 5 – кронштейны; 6 – нижний сегмент; 7 – балки основания; 8 – ленточный конвейер; 9 – технологическая платформа механизированного проходческого комплекса ТЩБ-7
Секционная опалубка (рис. 53,6) для устройства монолитно-прессованной обделки является составной частью механизированного проходческого комплекса ТЩБ-7.
Для возведения монолитных железобетонных стен и сводов односводчатых станций открытого способа работ применяют передвижные металлические опалубки с гидравлическим приводом передвижения несущих тележек и устройств отрыва элементов опалубки при распалубке.
Погрузочные машины
Для механизированной погрузки предварительно разрыхленной взрывом или другим способом породы и прочих сыпучих и кусковых материалов применяют погрузочные машины, имеющие сравнительно небольшие размеры и специально приспособленные для работы в стесненных условиях подземных выработок.
Погрузочные машины подразделяют следующим образом:
по назначению – для горизонтальных выработок, для наклонных выработок, для погрузки породы, для погрузки полезных ископаемых;
по типу рабочего (исполнительного) органа – ковшовые, с нагребающими скребками (лапами);
по характеру движения рабочего органа – цикличного (периодического) действия (с рабочим органом ковшового типа) и непрерывного действия (с автоматическим рабочим органом нагребающего типа);
по ходовому механизму – на колесном и гусеничном ходу;
по роду используемой энергии – электрические и пневматические.
Машины на колесном ходу имеют хорошую маневренность, но требуют непрерывного наращивания рельсовых путей. Машины на гусеничном ходу менее маневренны, но имеют большое напорное усилие и поэтому более производительны.
Погрузочные машины периодического действия подразделяют на следующие типы:
с прямым способом передачи груза – из ковша непосредственно в транспортные средства (вагонетку, думпер и т. д.) или в отвал;
со ступенчатым способом передачи груза-из ковша на конвейер и далее в транспортные средства или в отвал.
Машины с прямым способом передачи груза по виду применяемой энергии делятся на пневматические и электрические. Предназначены они для погрузки кусков породы крупностью 200-350 мм при проведении выработок малого сечения.
Рис. 54. Погрузочные машины: а – ППН-lc; б – 1ППН-5; в – ПНБ-Зк; 1 – ковш; 2 – корпус; 3 – устройство для сцепки с вагонеткой; 4 – ходовое устройство; 5 и 6 – конвейеры; 7 – погрузочный орган; 8 – нагребающие лапы
Машины со ступенчатым способом передачи груза имеют электропривод и предназначены для погрузки кусков породы крупностью до 400 мм при сооружении тоннелей диаметром 5,5 м и более.
Пневматическая погрузочная машина ППН-lc (рис. 54, а) имеет два двигателя (один приводит в движение погрузочный орган, другой перемещает машину по рельсовому пути). Машина имеет ковш-лопату 1, перебрасывающий породу через ее корпус 2 в вагонетку. Со стороны, противоположной ковшу, машина имеет устройство 3 для сцепки с вагонеткой. Корпус смонтирован на поворотном круге и имеет возможность вместе с лопатой поворачиваться относительно пути на 30? в каждую сторону, что увеличивает фронт погрузки. Машина отличается простой конструкцией и управлением, надежностью в работе. Рабочий цикл машины, сцепленной с вагонеткой, состоит из наезда на отвал породы с внедрением в него ковша и опрокидывания ковша в вагонетку.
Погрузочная машина 1ППН-5 (рис. 54, б) имеет электрический привод, она перемещается и работает на рельсовом пути. Машина состоит из корпуса с продольным транспортером и ковшовым устройством со стрелой, которая вместе с ковшом 1 может поворачиваться как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях. Под выступающей за пределы машины хвостовой частью конвейера помещается вагонетка, соединенная для равномерной загрузки с выдвижным сцепным устройством 3. Возможность подъема конвейера на угол до 25? позволяет вести погрузку в вагонетки различной высоты и вместимости. Для пылеподавления машина оборудована оросительной системой.
Погрузочная машина ПНБ-Зк (рис. 54, в) непрерывного действия имеет электрический привод, рабочий орган нагребающего типа, самоходную тележку на гусеничном ходу, погрузочный орган, стрелу конвейера, гидравлическую и электрическую части и систему орошения. Машина оборудована нагребающими лапами, установленными эксцентрично на дисках, при вращении которых лапы совершают захватообразные движения. Машина имеет независимые приводы гусеничного хода, погрузочного органа, скребкового конвейера и насосной станции. Для регулирования высоты разгрузки хвостовая часть конвейера может перемещаться в вертикальной плоскости. Минимальная высота разгрузки составляет 1200 мм, максимальная– 2400 мм. Конвейер может поворачиваться в горизонтальной плоскости на 45? в обе стороны от оси машины. Для погрузки породы, лежащей ниже уровня рельсового пути, погрузочную головку можно опустить на 380 мм.
Для механизированной погрузки породы в забоях наклонных выработок на укладчики ТНУ навешивают погрузочные машины навесного типа. Погрузочная навесная машина МПН (рис. 55) состоит из металлоконструкции, закрепляемой на укладчике. Для перемещения подвижной рамы машины по направляющим неподвижной рамы используют лебедку. В подвижной раме смонтирована каретка с приводом, имеющая возможность перемещения в поперечном направлении. В передней части каретки подвешена телескопическая рука, на которой смонтирован грейфер с приводом от гидроцилиндра. Справа, в портальной части укладчика, размещена кабина 4 машиниста. Разработанная шорода захватывается грейфером, рука его перемещается в крайнее верхнее положение и отводится назад, где производится выгрузка породы в скип.
Рис. 55. Схема установки погрузочной машины МПН на укладчике обделки ТНУ: 1 – укладчик ТНУ; 2 – неподвижная рама; 3 – подвижная рама с кареткой; 4 – кабина; 5 – телескопическая рука; 6 – скип; 7 – грейфер
Для погрузки взорванной скальной породы в выработках большого поперечного сечения (35-70 м2) применяют тоннельные экскаваторы с рабочим органом в виде прямой лопаты.
При проходке и углублении стволов для погрузки взорванной породы в бадью применяют пневмопогрузчики. Рабочее оборудовав ние такого пневмопогрузчика – грейфер – подвешен к пневмоподъемнику или электротали. Грейфер при смыкании лопастей захватывает породу, подъемник или таль обеспечивают подъем грейфера. Опускается грейфер под действием собственного веса, при этом его раскрытые лопасти внедряются в разрыхленную породу.
Бурильные установки и агрегаты
В тоннелестроении используют бурильные установки и агрегаты на рельсовом, гусеничном и пневмоколесном ходу, оснащенные манипуляторами-механизмами, предназначенными для установки и перемещения тяжелых перфораторов и бурильных машин. Управляют бурением с центрального пульта, оно полностью механизировано. Конструкции современных бурильных установок и агрегатов, помимо бурения, позволяют выполнять заряжание шпуров, оборку породы, возведение временной крепи. Бурильные машины по принципу действия разделяют на машины вращательного и ударно-вращательного действия.
Бурильная установка БУ-1 (рис. 56) ударно-вращательного действия предназначена для бурения шпуров в забоях горизонтальных выработок сечением 6-20 м2. Установку можно использовать также при бурении шпуров для анкерной крепи в кровле выработок высотой не менее 4,2 м. Установку транспортируют электровозом или погрузочной машиной. Винтовой податчик перемещает бурильную головку и обеспечивает осевой нажим. Для установки бурильной машины в выработке в распор имеются два пневмоцилиндра. С помощью манипулятора бурильная машина перемещается по забою и удерживается в заданном положении. На опорной тележке установки имеются захваты для ее крепления к рельсам при бурении и боковые опоры для придания ей устойчивости.
Самоходная бурильная установка ударно-вращательного действия на гусеничном ходу СБУ-2 предназначена для обуривания забоев горизонтальных подземных выработок высотой от 2 до 5,5 м. При высоте выработки не менее 4,2 м с помощью модернизированной установки СБУ-2М можно бурить шпуры в подошве и кровле выработки.
Рис. 56. Бурильная установка БУ-1: 1 – винтовой автоподатчик; 2 – бурильная машина; 3 – манипулятор; 4 – опорная тележка на колесном ходу
Самоходная бурильная установка СБУ-2М состоит из двух бурильных машин вращательно-ударного действия, двух манипуляторов, тележек, станин и гусеничного хода. Податчик машины перемещает бурильную головку и обеспечивает осевой нажим. Подъем, поворот и вращение манипулятора, подъем и поворот бурильной машины относительно манипулятора обеспечиваются гидроцилиндрами.
Бурильные машины снабжены глушителями шума, в 3-4 раза снижающими его уровень. Для снятия затупленных коронок установка оборудована пневмосъемником.
Бурильная установка СБУ-2Б с бурильными головками БГА-2 предназначена для бурения шпуров в породах с fкр>10.
Бурильные установки оснащены навесным оборудованием, предназначенным для выполнения работ по осмотру и оборке кровли, заряжанию и забойке шпуров.
Бурильная установка (каретка) БКГ-2 с гидроударником предназначена для бурения шпуров в подземных выработках сечением 9-22 м2 в породах с fкр<16. Установка смонтирована из двух бурильных машин (в состав каждой входят податчик и бурильная головка), двух манипуляторов, пульта управления и механизма передвижения. Надвигание бурильной машины на забой обеспечивает специальный гидроцилиндр. При бурении установку крепят к рельсам захватами, которые смонтированы на раме механизма передвижения.
Бурильная установка БУЭ-3 с электроприводом предназначена для бурения шпуров при проведении горизонтальных подземных выработок сечением 9-25 м2 в породах с fкр<16. Установка состоит из двух бурильных машин, двух манипуляторов, двух верхних тележек и механизма передвижения. При бурении шпуров к бурильным машинам подается вода для промывки.
Рис. 57. Бурильная установка (каретка) ЗБК-5Д: 1 – привод; 2 – кабина; 3 – манипулятор; 4 – перфораторы; 5 – аутригеры
Бурильная установка (каретка) ЗБК-5Д (рис. 57) на пневмо-ходу оборудована тремя перфораторами и манипуляторами, имеет выносные опоры-аутригеры.
Для механизированного обуривания забоев служит агрегат АБТ-5,5, состоящий из самоходной бурильной установки (каретки), укладчика обделки, тележки нагнетания, погрузочной машины и платформы со стрелочным переводом. Металлоконструкция укладчика выполнена таким образом, что пропускает бурильную установку (каретку) и сама может откатываться по рельсам на безопасное при взрыве расстояние. При передвижении агрегата лапы гидроцилиндров упираются в торец собранного кольца обделки.
В качестве рабочих органов бурильных установок и агрегатов применяют буры и коронки.
Машины для земляных работ, выполняемых открытым способом
Машины для земляных работ по назначению разделяют на:
землеройные, предназначенные для выполнения одной операции– отделения грунта от массива (экскаваторы);
землеройно-транспортные, которые не только отделяют грунт от массива, но и перемещают его (бульдозеры, скреперы);
специальные, предназначенные для уплотнения грунтов (катки, трамбовки, виброуплотнители), для свайных работ (вибропогружатели, дизель-молоты).
Машины для земляных работ различают также по виду привода (электрический, внутреннего сгорания, гидравлический, комбинированный), но ходовому оборудованию (гусеничные, пневмоко-лесные, шагающие, рельсовые), по климатическому исполнению (обычное, северное, тропическое), по условиям воздействия на грунт (периодического действия, когда технологические операции выполняются последовательно или с частичным совмещением; непрерывного действия, когда все операции выполняются одновременно и непрерывно).
При открытом способе строительства метрополитена наибольшее применение получили одноковшовые экскаваторы – самоходные машины периодического действия, предназначенные для разработки грунта, погрузки его в транспортные средства и укладки в отвал или возводимое земляное сооружение.
Сменное рабочее оборудование одноковшовых экскаваторов (рис. 58) предназначено для выполнения различных земляных работ. Прямая лопата (рис. 58, а) служит для разработки грунта, расположенного выше уровня стоянки экскаватора, в процессе копания ковш движется вверх от экскаватора.
Обратная лопата (рис. 58, б) служит для разработки грунта, находящегося ниже уровня стоянки, при этом ковш движется вверх в сторону экскаватора. Драглайн (рис. 58, в) предназначен для разработки грунта ниже уровня стоянки; его ковш, имеющий гибкую подвеску на стреле, движется вверх в сторону экскаватора. Грейфер (рис. 58, г) – это грузозахватное приспособление с поворотными челюстями, предназначенное для выемки грунта из-под воды, погрузки и разгрузки сыпучих и мелкокусковых материалов, разработки узких и глубоких траншей, выемки грунта при проходке стволов способом опускной крепи в тиксотропной оболочке и производстве работ способом «стена в грунте».
Для разработки грунта слоями, параллельными поверхности забоя, используют машины послойного резания – бульдозеры и скреперы. Эти машины не только роют, но и транспортируют грунт на некоторое расстояние, поэтому их называют также землеройно-транспортными машинами. Работа таких машин возможна на грунтах, обладающих достаточной несущей способностью и хорошим сцеплением с колесами или гусеницами. В переувлажненных грунтах работа таких машин невозможна, поэтому в них предварительно проводят искусственное водопонижение.
Рис. 58. Сменное рабочее оборудование одноковшовых экскаваторов: а-прямая лопата; б-обратная лопата; в-драглайн, г – грейфер; д – копер для забивки свай; е – грузоподъемный кран; ж – струг; э – рыхлитель грунта
Рис. 59. Бульдозер ДЗ-54: 1 – базовый трактор; 2 – гидроцилиндры поворота отвала; 3-отвал; 4 – козырек; 5 – ножи; 6 – толкающие брусья; 7 – раскос; 8 – опорный шарнир
Базой бульдозера (рис. 59) является трактор, оборудованный толкающей рамой, на которую навешен жесткий управляемый отвал, предназначенный для срезания грунта и его перемещения волоком. В транспортном положении отвал поднят над поверхностью земли, и бульдозер может передвигаться, не касаясь грунта отвалом. При движении трактора вперед для разработки грунта отвал опускают, его передняя, оснащенная ножами, кромка срезает слой грунта и перемещает его.
Скрепером называют машину периодического действия, представляющую собой ковш на колесном ходу, который загружается в движении при послойном резании грунта, используется для транспортирования набранного грунта к месту отвала и разгружается в движении на отвале, образуя слой отсыпки.
Прицепные скреперы предназначены для тракторной тяги. Для работы с таким скрепером используют тракторы, оборудованные лебедками или гидрофицированные. Полуприцепные скреперы представляют собой сочетание одноосного тягача и скреперного полу-прицепа. Самоходные скреперы представляют собой постоянно скомпонованные машинные агрегаты, состоящие из одноосного тягача и скреперного устройства, которое имеет самостоятельный привод и ходовые колеса.
Для погружения в грунт и извлечения из него свай и шпунта применяют специальные установки, состоящие из механизма, обеспечивающего погружение свай (свайного молота, вибропогружателя), копра и силового оборудования. Свайный дизель-молот работает на дизельном топливе. Рабочим органом дизель-молота является подвижной цилиндр, ударяющий по наголовнику сваи или шпунту.
Вибропогружатели предназначены для погружения в грунт и извлечения из него металлического шпунта, свай и труб. Вибропогружатель состоит из вибратора с электродвигателем наголовника, закрепляемого на верхнем конце шпунта или сваи, и пригрузочной плиты.
Оборудование для шахтного водоотлива и вентиляции
Шахтный водоотлив. При сооружении горных выработок в них постоянно поступают подземные воды. Для удаления воды из шахты на поверхность устраивают водоотлив (рис. 60).
При проходке тоннеля на подъем вода отводится, как правило, самотеком по лотку, но в забое при этом установлены насосы, которые включают на время выполнения работ в лотке тоннеля. При проходке тоннеля вниз, под уклон, воду откачивают насосами, расположенными у забоя, и промежуточными водоотливными установками. В забое при этом устанавливают рабочие и резервные насосы, обеспечивающие непрерывную откачку воды из забоя. Насосные установки промежуточного водоотлива имеют не менее двух (один рабочий, другой резервный) агрегатов, размещаемых непосредственно в выработке или в специальной камере. Работают эти установки в автоматическом режиме в зависимости от наполнения водосборника.
Удаление воды из забоя при разработке грунта в лотке тоннеля и монтаже лотковых элементов обделки, а также при откачке воды из ячеек тюбингов во время чеканочных работ осуществляется при помощи специальных –пневмонасосов или переносных центробежных электронасосов, предназначенных для откачивания загрязненных шахтных вод.
При проходке шахтных стволов для откачки воды из забоя устанавливают не менее двух насосов (рабочий и резервный). Насосы и пусковую аппаратуру монтируют на металлической раме, которую надежно крепят к подвесным полкам или люлькам.
Забойные и промежуточные установки подают воду в основной водосборник главного водоотлива, откуда она откачивается насосами на поверхность и пройдя очистные сооружения, сбрасывается в городской водосток, водоем или специально отведенное место.
Рис. 60. Шахтный водоотлив: а – расположение главной (I), вспомогательной (II) и забойных (III) водоотливных установок в водоотливной камере и тоннельных выработках; б – размещение главной водоотливной установки в камере; 1 – насосный агрегат; 2 – приспособление для подъема и монтажа деталей установки; 3 – нагнетающий трубопровод; 4 – всасывающий трубопровод; 5 – перекрытие камеры
Рис. 61. Системы вентиляции: а – приточная (нагнетательная); б – вытяжная (всасывающая); в – комбинированная (приточно-вытяжная); 1 – забой; 2 – воздуховод (вентиляционная труба); 3 – воздухонепроницаемая перемычка; 4 – дополнительный вентилятор
Главную водоотливную установку располагают вблизи ствола и оснащают не менее чем тремя насосными агрегатами.
Вентиляция. При ведении проходческих работ в атмосферу горной выработки выделяются пыль и газы, оказывающие неблагоприятное действие на работающих. Для подачи свежего воздуха в шахту применяют шахтную вентиляцию. Различают следующие системы вентиляции: приточную (рис. 61, а), при которой свежий воздух вентиляционной установкой подается по воздуховодам 2 в забой 1, а загрязненный воздух по выработке направляется к выходу; вытяжную (рис. 61,6), когда свежий воздух под атмосферным давлением поступает в забой по выработке, а загрязненный удаляется по воздуховоду под действием разряжения, создаваемого всасывающими вентиляторами; комбинированную (рис. 61, в), по которой одна вентиляционная установка работает на всасывание, а другая – на нагнетание. Для уменьшения длины нагнетательного воздуховода при этом устраивают воздухонепроницаемую перемычку 3.
Движение воздуха по горным выработкам или воздуховодам обеспечивают вентиляторы – машины для принудительной подачи воздуха. Вентилятор в комплекте с приводом, пусковой аппаратурой и устройствами по управлению воздушным потоком составляет вентиляционную установку. Главную вентиляционную установку размещают, как правило, вблизи ствола на поверхности.
В зависимости от принятой схемы проветривания вентилятор может нагнетать свежий воздух в шахту или вытягивать из Шахты отработанный. При втором способе в шахте понижается давление воздуха, и о поверхности под атмосферным давлением свежий воздух устремляется в шахту.
В зимнее время температура подаваемого в шахту воздуха должна быть не ниже +2?С. Для обогрева воздуха применяют калориферы. Вентиляционные установки имеют устройства для реверсирования– изменения направления движения воздушной струи.
Для проветривания отдельных участков шахты или забоев служат установки местного проветривания, которые состоят из вентиляторов и воздуховодов.
В качестве воздуховодов в период строительства тоннелей широко применяют стальные трубы диаметрами 500, 600 и 800 мм. По мере продвигания забоя трубы наращивают.
В призабойной зоне размещают местную побудительную установку из двух вентиляторов. Назначение местных вентиляторов – обеспечить циркуляцию воздуха в призабойной зоне в целях исключения загазованности воздуха в местах, удаленных от конца всасывающей трубы основной системы вентиляции.
Вентиляцию выработок при проводке тоннелей в искусственно замороженных грунтах осуществляют по специальному режиму, не допускающему оттаивания грунта в забое.
Для проветривания сооружений действующих метрополитенов устраивают вентиляционные каналы из железобетонных элементов или монолитного железобетона, металлические воздуховоды круглого и прямоугольного сечений и асбоцементные короба. В целях глушения шума, возникающего при работе вентиляторов, стволы вентиляционных шахт, перегородки отсеков выкладывают шумопо-глощающими (пористыми) блоками.