9. Проходка тоннелей с использованием комбайнов. Уборка породы, современные породопогрузочные машины, классификация, условия применения.

1. Проходка тоннелей с использованием комбайнов

При проходке подземных выработок в достаточно прочных и устойчивых грунтах применяется способ ступенчатого забоя. При этом выработку раскрывают сразу на полное сечение в два этапа, а затем возводят постоянную обделку. При этом горнопроходческие работы ведут с применением крупных средств механизации.

Комбайновую технологию строительства тоннелей с механизированной разработкой горной породы используют в широком диапазоне типов горных пород.

В грунтах с коэффициентом крепости f=6 по шкале Протодьяконова возможно применение способа нижнего уступа, при котором плотный профиль проходят с опережением нижней части на длину 30 - 50 метров. Грунт в верхнем и нижнем забоях разрабатывают тоннеле проходческими машинами (ТПМ) избирательного действия. В этом способе организуется два независимых забоя, в каждом из которых действует ТПМ, а также средства погрузки и транспортировки извлекаемого грунта.

ТПМ оснащена механизированным рабочим органом для разработки грунта, системой ковшовых устройств и транспортеров по которым грунт удаляется за пределы машины и перегружается в транспортное средство. Транспортировка грунта, установка временной крепи и возведение обделки производятся по аналогии с обычным горным способом работ.

При применении ТПМ в значительно меньшей степени, чем при буровзрывном способе, нарушается устойчивость окружающего массива, поскольку динамические воздействия уменьшаются. В связи с этим практически устраняется опасность вывалов и осадок поверхности земли. ТПМ обеспечивает создание достаточно ровного контура выработки с минимальными переборами, что приводит к сокращению объемов погрузочных и транспортных операций и расхода бетона на возведение обделки по сравнению с буровзрывным способом.

Породопогрузочные машины

Применяемые при проходке туннелей породопогрузочные машины в зависимости от их конструкции можно подразделить на две группы — машины без конвейера, производящие погрузку непосредственно в вагонетку, сцепленную с машиной, и машины с короткой конвейерной лентой, грузящие породу на конвейер, с которого она попадает в вагонетку.

Из применяемых в настоящее время на наших туннельных строительствах породопогрузочных машин к первой группе относятся машины ПМЛ-5М и ПЛ-2, оборудованные пневматическими двигателями, и машина ЭПМ-1, работающая на электрической энергии.

Машина типа ПМЛ-5М состоит из тележки на колесах для передвижения по рельсовому пути, рабочей платформы, помещающейся на поворотном круге с шариковыми подшипниками, и ковша с рукоятью.

Силовое оборудование машины состоит из двух пневматических двигателей. Один из них для движения, другой — для подъема и опускания ковша с рукоятью. Поворотная платформа может поворачиваться в горизонтальной плоскости на угол 30° в каждую сторону от оси, что обеспечивает фронт погрузки 2—2,3 м. Управление машиной производится двумя рукоятями, регулирующими поступление сжатого воздуха в мотор, служащий для подъема ковша, и в мотор ходового механизма. Пульт управления находится с одной стороны машины.

Работа машины сводится к следующим операциям ее в забое. Машина с опущенным ковшом и прицепленной к ней сзади вагонеткой подъезжает по рельсовым путям к забою, причем ковш своими зубьями с разгона врезается в груду породы. Для более полного заполнения ковша его несколько раз последовательно встряхивают, включая и выключая мотор. После наполнения ковша машинист дает машине задний ход, при этом происходит подъем ковша до положения 2, соответствующего разгрузке. В крайнем верхнем положении ковш ударяется в специальный пружинный буфер и порода ссыпается в вагонетку, сцепленную с тележкой машины. После этого ковш возвращается в свое исходное положение, и цикл возобновляется.

Конструкция и принцип работы породопогрузочной машины ПЛ-2 аналогичны описанным выше. Эта машина отличается большей емкостью ковша и наличием в хвостовой части прицепа и пневмоотталкивателя, что позволяет несколько сократить время обмена вагонеток.

Из электрических породопогрузочных машин, выпускаемых отечественной промышленностью, наиболее удобной для туннельных работ является электрическая породопогрузочная машина ЭПМ-1. Она по своей конструкции весьма напоминает породопогрузочную машину ПМЛ-5 и имеет почти те же габариты. Управление машины кнопочное, двухстороннее, благодаря чему машинист может на ней работать с любой стороны. Это представляет удобство в случае сдвоенной работы машин в одном забое, когда по соображениям безопасности машинисты могут управлять машинами, располагаясь с наружной стороны их. Ходовая часть машины представляет собой самоходное шасси на колесном ходу. Поворотная часть машины, в виде массивной плиты, несет на себе стенки машины с пультами управления и грузами (около 800 кг), редуктор подъема ковша с электродвигателем и ковш. Верхняя часть машины может разворачиваться на 30° в обе стороны от середины и тем обслуживать фронт погрузочного забоя протяжением 2,2 м. В качестве привода машины применены два одинаковых асинхронных электро-двигателя кранового типа мощностью по 10,5 кет. Один электродвигатель служит для передвижения машины, другой — для подъема ковша.

Ко второй группе породопогрузочных машин — с конвейерной лентой — относятся машины ППМ-3, ППМ-4, представляющие собою улучшенную модель машины УМП-1 (ОМ-5Ю) и машина МПР-6. Все эти машины работают на электрической энергии.

Конструкция машины ППМ-3 состоит из рамы, на которой смонтированы стрелы с ковшом, главный электродвигатель и фрикционный механизм для подъема ковша и передвижения машины. На машине находится ленточный конвейер, работающий от вспомогательного двигателя. Разгрузочный конец конвейера с помощью устройства перемещается в горизонтальной и вертикальной плоскости. Ширина фронта погрузки 4 м.

Погрузочная машина МПР-6 состоит из ходовой части у поворотной платформы, ковша, ленточного конвейера и электрооборудования. Управление машиной ручное, двухстороннее. Машина МПР-6 имеет фронт погрузки 3.9 м и обладает самой высокой производительностью из всех выпускаемых в настоящее время в породопогрузочных машин. Она предназначена для работы в выработках больших сечений.

В зарубежной практике наиболее мощная породопогрузочная машина с конвейерной лентой Конвей-100 имеет емкость ковша 0,76 м3 и может с одной установки обслуживать фронт погрузки 9,1 м.