Проходческие комбайны и комплексы оборудования

Проходческие комбайны и комплексы оборудования

Общая характеристика горнопроходческих машин и их классификация

Подготовительные выработки обеспечивают фронт для последующего ведения очистных работ. Различают капитальные выработки, служащие для транспорта основных грузов к участку и от него; штреки, оконтуривающие размеры выемочных столбов по падению пласта, и нарезные выработки, предназначенные для размещения выемочных машин и оборудования, предшествующие началу ведения очистных работ. На пластах крутого падения в качестве нарезных выработок используются восстающие, либо сбойки. Вентиляционные, откаточные штреки и нарезные выработки, как правило, проводятся по полезному ископаемому, либо с частичной подрывкой боковых пород. Подготовительные выработки могут быть одно- и двухпутевые. Подготовка выработок может производиться буровзрывным способом, комбайнами и комплексами, механизирующими технологические операции в призабойном пространстве, включающие и возведение крепи.

Проходческие комбайны механизируют процессы отделения горной массы от забоя, её погрузки, транспорта, проведения водосточных канавок, частичной механизации установки крепи. Кроме исполнительного и погрузочного органов комбайны имеют механизм перемещения и средства борьбы с пылью.

Проходческие комбайны состоят из

исполнительного органа;

погру- зочно-транспортного оборудования;

механизма перемещения и вспомогательного оборудования. Вспомогательное оборудование включает средства для борьбы с пылью, а также устройства для проведения водосточных канавок,

обуривания забоя, механизации установки верхняков крепи и т. д. По назначению различают проходческие комбайны и щиты; комплексы

проходческого оборудования; нарезные машины; машины и оборудование для проведения восстающих выработок.

По области применения: машины, работающие по углю, породе и смешанному забою.

По форме сечения проводимых выработок: круглой, арочной, прямоугольной, трапециевидной, а также любой формы в зависимости от требований паспорта проведения выработок и технологии.

По способу обработки забоя различают комбайны непрерывного действия, подготавливающие выработки заранее заданной формы и размеров; цикличного или избирательного действия, обрабатывающие забой последовательно по заданной программе.

По конструкции исполнительного органа: комбайны бурового и ро- торно-планетарного типов; машины избирательного действия с фрезерной головкой соответственно круглой, конусной, овальной и других форм; машины с качающимся исполнительным органом барового либо корончатого типов; комбайны с исполнительным органом ударного действия и машины

специального исполнения. В свою очередь комбайны бурового типа могут быть одноосевые, соосные и параллельно осевые. Комбайны с роторнопланетарным исполнительным органом делятся на плоскостные и пространственного исполнения.

По типу погрузочно-доставочного органа различают комбайны: скребково-цепные, шнековые, шнековые с нагребающими лапами, ковшевые.

По ходовому оборудованию комбайны могут быть: гусеничными, распорно-гусеничными, шагающими, а также перемещающимися по монорельсу.

По средством борьбы с пылью: с орошением забоя, с отсосом пыли и комбинированные.

Принципы конструкции исполнительных органов проходческих комбайнов

Исполнительный орган проходческого комбайна -обеспечивает отделение горной массы от забоя, частичную её погрузку, подготовку водосточных канавок и механизацию ряда других технологических операций. Исходя из ранее принятой классификации, рассмотрим принципы действия основных типов проходческих комбайнов

Принципиальные схемы конструкций исполнительных органов проходческих комбайнов роторного и

роторно-планетарного типов:

а – роторные комбайны; б – роторные соосно-планшайбовые; в – роторно-

планетарные

Комбайны с буровым исполнительным органом роторного типа (ШБМ, ПК-8, ПК10 и др.) имеют вращающуюся планшайбу, на которой закрепляется режущий инструмент. Размеры планшайбы, как правило,определяют сечение проводимой выработки. Исполнительные органы состоят из одной или нескольких планшайб, вращающихся на осях относительно корпуса комбайна. В зависимости от крепости разрушаемых пород исполнительный орган может оснащаться резцами либо шарошками. Резцы прорезают в забое концентрические щели с

оставлением целиков, которые периодически скалываются боковыми гранями режущего инструмента, это снижает энергоёмкость процесса разрушения.

Одноосевые исполнительные органы комбайнов типа ШБМ (рис. , а) имеют одну планшайбу 1, на трёх секторах которой 2 закреплены резцы. Направленность движения комбайна обеспечивает забурник 4, вращающийся

впротивоположную сторону. За счёт этого частично компенсируется крутящий момент основной планшайбы и обеспечивается лучшая направленность движения комбайна. Арочное сечение проводимой выработки достигается за счёт дополнительных бермовых фрез 3, располагаемых в нижней части выработки. Фрезы, выполненные в виде шнеков, кроме разрушения пород перемещают горную массу в среднюю часть выработки в целях её эффективной погрузки специальными ковшами, закреплёнными на вращающейся планшайбе. Контур и сечение проводимой выработки полностью контролируется размерами и профилем исполнительного органа комбайна.

Исполнительный орган комбайна типа ПК-8 с соосным расположением планшайб (рис., б) состоит из наружной 1 и внутренней 5 планшайб, вращающихся навстречу друг другу Встречное вращение планшайб уравновешивает реактивный крутящий момент, за счёт чего обеспечивается лучшая устойчивость и заданная направленность движения комбайна.

Впроходческо-добычных комбайнах типа ПК-10, отрабатывающих полезное ископаемое широкими камерами с оставлением охранных целиков, исполнительный орган имеет три параллельно расположенные планшайбы (рис. , б). Две крайних планшайбы вращаются в одной плоскости, средняя – с опережением относительно них. Оконтуривание верхней части выработки производится дополнительной режущей цепью 6.

Бермовые фрезы 3 обеспечивают прямолинейную форму в нижней части забоя и транспорт разрушенной горной массы на перегружатель, расположенный в

Достоинством комбайнов с роторными исполнительными органами является возможность проведения выработок одновременно на всё сечение, определяемое диаметром планшайбы.

Преимущество комбайнов в простоте конструкции исполнительных и погрузочного органов, размещаемых на одной планшайбе и приводимых в движение от общего привода.

Погрузочный орган состоит из ковшей, размещённых на той же планшайбе. Недостатки комбайна заключаются в неравномерности загрузки и износа резцов, скорость и путь движения которых зависят от их удаления от оси вращения планшайбы. Это же создаёт сложность в равномерности обработки забоя. Ввиду вращения исполнительного органа в одном направлении комбайн типа ШБМ недостаточно устойчив в забое, так как постоянно действующий реактивный момент стремится развернуть комбайн

всторону вращения планшайбы.

Впроходческом комбайне «Караганда 7/15» (рис. 5.1, в) на вращающейся планшайбе 1 закреплены четыре привода с редукторами и режущими дисками 10, армированными резцами. Диски с резцами также совершают пространственное движение относительно планшайбы, обрабатывая забой. Забурник 4 способствует направленности проведения выработок и устойчивости комбайна в забое. Бермовые фрезы 3 оконтуривают выработку. Привод и редуктор, вращающий планшайбу, обеспечивает одновре-

менно возможность её боковых качаний в горизонтальной плоскости, за счёт чего сечение приводимой выработки может регулироваться от 7 до 15 м2.

В целом к достоинствам роторных и роторно-планетарных исполнительных органов проходческих комбайнов относятся:

высокая энерговооружённость и производительность;

простота управления при проведении выработок на полное сечение;

возможность изолирования забоя щитом планшайбы в целях соблюдения санитарных норм по пыли.

Недостатки комбайнов:

сложность регулирования сечения проводимых выработок;

громоздкость конструкции исполнительного органа и ограниченная маневренность комбайна;

необходимость в дополнительных устройствах для оконтуривания сечения выработок.

Особо следует остановиться на комбайнах «Урал-20КС», также относящимся к машинам с планетарным исполнительным органом. Благодаря увеличенной мощности приводов возросли технические параметры машин, так уровень их производительности возрос до 4,0-5,0 т/мин. Это даёт возможность использовать комбайны, как на подготовительных выработках, так и при очистной выемке полезных ископаемых

Рис. . Комбайн «Урал-10KC» (а) и его кинематическая схема (б):

1, 6 – рукояти; 2 –забурник; 3 – резцовый диск; 4 – раздаточный редуктор; 5 – барабан; 7 – щит ограждения; 8 – электродвигатель; 9 – редуктор; 10 – платформа; 11 –

ось; 12 – гусеничный ход; 13 – электродвигатель; 14 – кронштейн; 15 – насосная станция; 16 – лыжа; 17 – система смазки; 18, 20, 23 – цилиндры; 19 – бурильная установка;

21 – концевая секция конвейера; 23 – приводная головка; 24, 25 – соответственно электрический и гидравлический пульт; 26 – бермовый орган; 27 – коническая передача; 28, 41 – цилиндрические передачи; 29 – вал; 30-32, 35, 39, 40 – шестерни;

33, 34, 38, 42, 43 – планетарные передачи; 36 – полый вал; 37 – зубчатая муфта

Разрушение забоя производится дисками 3, подвешенными на подвижных редукторах, что позволяет регулировать сечение проводимой выработки. Планетарные редукторы 41…43 и 37…38 обеспечивают передачу вращения режущим дискам и относительного движения всего исполнительного органа вокруг продольной оси. Оконтуривание выработки произ-

ископаемого и последующей подрывкой боковых пород (рис. 5.3, в). Коническая форма коронки обеспечивает механизированное проведение водосточных канавок, приямок под ножки крепи. С помощью подвижной стрелы возможен подхват верхняка металлической крепи при её установке. В комбайнах этого типа могут использоваться коронки конической, овальной и других форм. Мощные комбайны типов ГПКС и 4ПП-2М имеют гидравлически раздвижную стрелу, за счёт чего обеспечивается возможность проведения подготовительных выработок большого сечения (15 и более метров).

На подвижной стреле исполнительных органов комбайнов избирательного действия возможна дополнительная установка бурового оборудования (см. рис. 5.3, б). Благодаря этому достигается возможность проведения выработок в породах повышенной крепости с выемкой части массива буровой коронкой и отработкой более крепкой его части буровзрывным способом. При этом стрела комбайна выполняет роль манипулятора, механизирую процесс бурения шпуров.

Вусловиях гидрошахт также используются комбайны со стреловидным исполнительным органом («Урал-38» и К56МГ). Они работают как проходческо-добычные машины в коротких забоях, обеспечивая механогидравлический способ добычи на пластах мощностью 0,9-1,8 м. В этом случае погрузка и транспорт полезного ископаемого обеспечивается водой. В условиях проведения подготовительных выработок по углю возможно применение исполнительных органов качающегося типа с плоскими коронками (рис. 5.3, г). При этом высота выработок определяется размерами коронок, а ширина – амплитудой их качания. Наклонное закрепление коронок обеспечивает большую амплитуду в нижней части забоя и получение за счёт этого трапецеобразной формы выработки.

Вусловиях проведения подготовительных выработок по углю, в том числе нарезных, используются комбайны с баровым исполнительным органом. Два и более баров подвижных в горизонтальной или вертикальной плоскостях обеспечивают равномерное разрушение забоя заданного профиля и сечения.

Вкачестве примера на рис. 5.3, д приведена схема конструкции нарезной машины КН-2. Исполнительный орган комбайна имеет два бара 6 и 7, которые огибает общая режущая цепь, приводимая в движение от привода 9 комбайна через звёздочки 8. Верхний бар 7 совершает качательныедвижения относительно нижнего 6, разрушая забой по всей площади за счёт регулирования амплитуды качания. Комбайн используется как нарезная машина при подготовке к выемке новых лав

При проведении выработок в породах повышенной крепости (f>5) используются комбайны с исполнительными органами специальных конструкций. Наибольшее распространение как в отечественной, так и зарубежной практике нашли комбайны, с мощными пневмоударниками, подвешенными на манипуляторах. Так, на базе отечественного комбайна ГПК- 3 на стреле вместо конической режущей головки установлен блок с тремя

ковшевыми с боковой разгрузкой. В комплексах механизируются процессы бурения и установки анкерной крепи и отдельных элементов арочной крепи. Электрооборудование комплекса, как правило, имеет взрывобозопасное исполнение, что обеспечивает его применение в шахтах опасных по газу и пыли.

В качестве примера рассмотрим компоновку и принцип работы комплекса КГВ-1 (рис. 5.5).

Рис. 5.5. Комплекс КГВ

Комплекс состоит из погрузочной машины 1 типа 2ПНБ-2, перегружателя 2, выполненного на базе УПЛ-2М, вагонеток 3 типа ВГ-3.3. Перегружатель обеспечивает непрерывную загрузку до 10 вагонеток. Бурильная установка 5 портального типа. На ней с помощью манипуляторов подвешены три буровых машины 4. Имеется консольный крепёжный полок 9, с которого производится установка элементов арочной крепи 8. Полок 9 может перемещаться относительно рамы установки на расстояние до 5 м. Кроме того, рама имеет возможность передвигаться и в вертикальной плоскости относительно ходовых тележек для обеспечения обмена призабойного оборудования в выработках малого сечения. Портальная бурильная установка 5, перемещается на четырёх ходовых тележках, две из которых выполнены приводными. Конструкция опор перегружателя 2 обеспечивает возможность его перемещения по выработке на взрывобезопасное расстояние от забоя до 20 м.

Крепеустановщик 6 обеспечивает механизированное возведение арочной крепи, а также используется для погрузочно-разгрузочных работ в зоне проведения подготовительной выработки.

Техническая характеристика комплексов с буровзрывным циклом проведения подготовительных выработок приведена в табл. 5.4.

Проходческий комплекс КГВ-2 (табл. 5.4) отличается от КГВ-1 тем, что все его оборудование выполнено на самоходных гусеничных тележках. Для проведения наклонных выработок используются комплексы типа «Сибирь» либо КНВ-18 (табл. 5.4). В этом случае основное оборудование перемещается к забою с помощью восьмикратного гидрополиспаста.

Применение комплексов проходческого оборудования позволяет поддерживать средние темпы проведения подготовительных выработок в интервале 120 и более метров в месяц. При использовании поточного оборудования отдельные проходческие бригады доводят темпы проведения выработок до 500 и 1000 м/мес.

Применение в проходческих комплексах комбайнов взамен буровзрывного цикла позволяет перейти к поточной технологии ведения работ, существенно повысив производительность и темпы проведения выработок в условиях пород с коэффициентом крепости до 4 по шкале проф. М.М. Протодьяконова. В таких комплексах, как правило, используются комбайны с исполнительными органами стреловидного типа, работающие с прицепными, а в ряде случаев, и мостовыми перегружателями на скребковый, или ленточный конвейер. В качестве временной крепи могут использоваться секции передвижной механизированной крепи, либо специальные средства для возведения анкерной крепи. Следом крепеустановшик возводит арочную крепь с укладкой сетки или стекловолоконной ткани взамен железобетонных затяжек.

Таким образом, обеспечивается непрерывный процесс проведения горной выработки, погрузки и транспорта пород, временного и постоянного крепления забоя. В этом случае коэффициент машинного времени использования комбайна может достигать 0,8-0,9, обеспечивая высокие темпы проведения подготовительных выработок

Проходческие щитовые комплексы

Проходческие щиты и комплексы предназначены для проведения подготовительных выработок (тоннелей, коллекторов) в условиях неустойчивых боковых пород с большим диапазоном изменения крепости (от 0,5 до 6 по шкале проф. М.М. Протодьяконова). Они представляют собой подвижную механизированную крепь со специальным проходческим оборудованием, обеспечивающим безопасные условия ведения работ на период проходки выработки до момента возведения постоянной крепи. Щитовые комплексы исключают необходимость возведения временной крепи. При проходке тоннеля щит перемещается на величину заходки, равную шагу возводимой крепи сборной или монолитно-прессованой. Щиты совмещают во времени ряд операций: разрушение забоя, погрузку и транспорт горной массы, возведение монолитной крепи и перемещение оборудования вслед за подвиганием забоя.

Щитовой проходческий комплекс включает в себя

ножеопорное кольцо с домкратами подачи,

выемочно-доставочную машину,

механизмы возведения крепи,

системы гидрокоммуникации и управления.

Вкачестве выемочного органа в щитовых комплексах в зависимости от условий работы могут применяться отбойные молотки и оборудование буровзрывного цикла, а также комбайны роторного, роторно-планетарного или избирательного действия. При проведении выработок в условиях слабых и обводнённых пород возможна работа щитов с кессонной камерой, когда призабойное пространство отделено герметической перегородкой и заполнено водой или тиксотропным раствором. В этом случае исполни-

тельный орган превращает горную массу в пульпу, удаляемую из призабойного пространства по специальной трубе.

Наиболее сложен в щитовых комплексах процесс возведения монолитной крепи, которая определяет устойчивость проводимых выработок и работу всего оборудования. Возможны различные схемы возведения монолитной крепи. На рис. 5.7 приведены наиболее часто применяемые способы ведения работ. Комплексы могут работать и со сборной специальной крепью, за которую по мере её установки нагнетается цементно-песчаный раствор.

Рис. 5.7. Схема работы щитовых комплексов при строительстве тоннелей с монолитной прессованной крепью:

а – с использованием усилий домкратов подачи; б – с распорным кольцом

В случае использования для прессования монолитной

крепи усилием домкратов подачи (рис. 5.7, а) головная часть щита 1 вдавливается в забой, при этом порода подрабатывается простейшими механизмами 2, установленными на подвесных площадках 3. Разрушенная порода грузится и транспортируется конвейером 8 в состав вагонеток 11. Бетонная смесь подаётся за механизированную опалубку 7 по бетоноводу 9 бетоноукладочными машинами 10 и прессуется в замкнутом пространстве 6 реактивными усилиями щитовых домкратов 4, возникающими при продвижении щита вперёд. Давление на бетонную смесь передаётся через прессующее кольцо 5.

Возможен другой вариант возведения монолитной крепи (рис. 5.7, б). Порода разрабатывается механизированным исполнительным органом 12. Передвижка щита осуществляется домкратами подачи, упирающимися в распорное кольцо 13, которое одновременно служит опорой для домкратов 14, прессующих бетонную смесь в пространстве, отделённом от породы оболочкой 15. Бетонная смесь в этом случае прессуется в две стадии: вначале низким давлением под зашитой оболочки 15 в процессе её движения, а затем, после выжимания бетонной смеси из-под оболочки – повышенным давлением. Низкое давление создаётся за счёт сопротивлений передвижению щита и распорного кольца с оболочкой, а повышенное – за счёт упора домкратов 14 в раскреплённое в стены выработки распорное кольцо 13. При этом достигается получение бетонной отделки высокого качества и надёжная устойчивость массива пород за щитом.

Комплексы оборудования для проведения восстающих выработок

При строительстве и реконструкции шахт одним из наиболее трудоёмких видов работ является проходка восстающих. Объём таких работ на