Горные машины

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

В.Г. Лукьянов, В.Г. Крец

ГОРНЫЕ МАШИНЫ И ПРОВЕДЕНИЕ ГОРНО-РАЗВЕДОЧНЫХ ВЫРАБОТОК

Допущено УМО вузов РФ по образованию в области прикладной геологии в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки 130300 «Прикладная геология»

Издательство Томского политехнического университета

2010

УДК 622.002.5.004(075.8) ББК 33.11я73

Л84

Лукьянов В.Г.

Л84 Горные машины и проведение горно-разведочных выработок: учебник / В.Г. Лукьянов, В.Г. Крец; Национальный исследовательский Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010. – 342 с.

ISBN 978-5-98298-574-3

В учебнике рассмотрены технические характеристики и конструкции современныхгорнопроходческихмашиникомплексов, используемыхприразведке месторождений полезных ископаемых, правила их технической эксплуатации и техники безопасности; назначение и классификация горно-разведочных выработок, основные физико-механические свойства горных пород и их влияние на устойчивость выработок. Изложены способы разрушения горных пород, принцип действия бурильных машин, состав и свойства промышленных взрывчатых веществ, способы и средства заряжания шпуров и взрывчатых зарядов. Описаны конструкции крепи, механизация крепления, техника, технология и организация работ по проведению горно-разведочных выработок, последовательность выполненияпроцессовпроходческогоциклаприоднозабойномимногозабойномметодах проходки, вопросы безопасности. Приведены технико-экономические показателиипримерыскоростныхпроходок.

Предназначен для студентов геологических специальностей, инже- нерно-технических работников, занимающихся горным делом, а также может быть полезен слушателям курсов дополнительного обучения на право технического руководства горными и взрывными работами.

УДК 622.002.5.004(075.8) ББК 33.11я73

Рецензенты

Кафедра строительства подземных сооружений и шахт Кузбасского государственного технического университета (зав. кафедрой доктор технических наук, профессор В.В. Першин)

Доктор технических наук, профессор директор Тульского научно-исследовательского геологического предприятия

В.И. Власюк

ISBN 978-5-98298-574-3 © ГОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет», 2010

©Лукьянов В.Г., Крец В.Г., 2010

©Оформление. Издательство Томского политехнического университета, 2010

2

Посвящается Учителю

основателю томской научной школы в области шахтного и подземного строительства Сергею Николаевичу Леонтьеву

ВВЕДЕНИЕ

Вобщем комплексе работ при поисках и разведке месторождений полезных ископаемых горно-разведочные работы занимают важное место, обеспечивая высокое качество и достоверность получаемых геологических данных, особенно в условиях разведки месторождений цветных, редких и благородных металлов. Бывшим Министерством геологии

СССР при разведке месторождений главным образом на стадии детальной разведки ежегодно проводилось около 300 тыс. м горизонтальных горно-разведочных выработок. Такой же объем выработок ежегодно выполнялся и в других отраслях горнодобывающей промышленности.

Сокращение сроков разведки месторождений и ввод их в эксплуатацию выдвигают в качестве одной из главных задач увеличение скорости проведения подземных горно-разведочных выработок. Академик Е.А. Козловский неоднократно указывал на необходимость довести проходку горных выработок скоростными методами до 60 % общего объема. В связи с этим вопрос совершенствования технологии и организации работ приобретает исключительно важное значение.

Организация труда в забоях за последнее десятилетие характеризуется все большим совмещением отдельных процессов во времени и пространстве. Эта тенденция в настоящее время является основой развития организации проходческих работ.

Внастоящее время актуальна народно-хозяйственная задача сокращения сроков и стоимости освоения месторождений твердых полезных ископаемых, разведка которых требует больших объемов подземных горных выработок.

Задача эта успешно решается в части месторождений, подлежащих первоочередному освоению, путем совмещения детальной разведки с промышленным освоением, т. е. сооружения и использования для детальной разведки горно-капитальных и горно-подготовительных выработок (выработок разведочно-эксплуатационного назначения).

Путь этот связан с использованием на этапе разведки части капитальных вложений, предназначенных для строительства предприятий, и может быть оправдан только в отношении наиболее перспективных месторождений, промышленная ценность которых очевидна без детальной разведки. По данным Ю.Т. Смирноваидр. применениеразведочных выработок сэксплуатационными значениями параметров на стадии детальной разведки может

3

дать экономию средств, выделяемых на капитальное строительство горнодобывающихпредприятийреконструируемыхразведочныхвыработок.

Внедрение новой техники и технологии горно-разведочных работ на базе современных достижений науки и техники позволит создать горно-разведочные предприятия нового типа, оснащенные высокопроизводительной горно-транспортной техникой на основе комплексной механизации и автоматизации производственных процессов.

Однако временный характер горно-разведочных работ, их небольшие объемы по сравнению с работами горных предприятий, разбросанность, отдаленность от промышленных центров, производство в труднодоступных районах все еще затрудняют внедрение передовой технологии и механизации.

Работы по производству средств комплексной механизации проведения горизонтальных, наклонных и вертикальных выработок ведутся в направлении создания более совершенных бурильных установок, погрузочных и буропогрузочных машин, крепеукладчиков, транспортных машин, проходческих комбайнов и комплексов.

Если уровень механизации таких проходческих операций, как бурение шпуров и погрузка, можно считать достаточно высоким, то в операциях по креплению горных выработок еще велика доля ручного труда. Мало механизированы и вспомогательные операции.

Авторы учебника разработали и внедрили в производство буропогрузочную машину, крепеукладчики и вагоноперестановщики, защищенные авторскими свидетельствами на изобретение, а также способ возведения крепи устья горной выработки.

Курс «Горные машины и проведение горно-разведочных выработок» изучается после общетехнических дисциплин, дисциплин геологического цикла и имеет целью ознакомить студентов с комплексом работ по технологии и организации проведения горно-разведочных выработок, позволяющих осуществлять проектирование и руководство такими работами.

Главы XVII и XXI написаны А.Д. Громовым.

В конце каждого раздела, в соответствии с требованиями МинобразованияРФкучебнойлитературе, содержитсяпереченьконтрольныхвопросов.

Авторы благодарны рецензентам за сделанные ими замечания и предложения, которые учтены в процессе работы над учебником.

Авторы также считают своим долгом выразить глубокую благодарность за моральную и финансовую поддержку ректору Национального исследовательского Томского политехнического университета доктору технических наук, профессору, академику РАЕН П.С. Чубику и директору Института геологии и нефтегазового дела ТПУ, академику РАЕН А.К. Мазурову.

4

снижая долговечность трущихся деталей. Это обусловливает необходимость не только борьбы с пылеобразованием, но и надежной защиты элементов горной машины от попадания в них пыли и грязи.

Высокая абразивность и твердость горной породы ускоряют износ деталей и узлов горных машин. Следовательно, их необходимо изготовлять из особо прочных и износостойких материалов, изыскивать наиболее рациональные схемы работы элементов исполнительных органов и предусматривать возможность быстрой замены узлов и деталей, подверженных интенсивному износу.

Вследствие попадания крупных кусков, обрушения породы и т. д. возможны внезапные перегрузки, иногда заклинивание рабочего органа. Это предопределяет необходимость проектировать детали горных машин с достаточными запасами прочности, а в трансмиссиях и приводах предусматривать специальные предохранительные муфты. Рабочее место многих горнопроходческих машин непрерывно меняется, поэтому такие машины должны обладать хорошей маневренностью и быть оборудованы устройствами, облегчающими их перемещение в процессе работы с одного рабочего места на другое. Непосредственно влияющие на конструкцию машины требования высокой безопасности при работе на горных машинах и их обслуживании, приобретающие исключительное значение в связи со стесненностью рабочего места, трудностью использования защитной спецодежды, необходимостью изменения положения обслуживающего персонала в процессе работы на машине.

Под землей в условиях недостаточной освещенности, запыленности и стесненности рабочего места горные машины трудно ремонтировать. Доставка их без разборки на поверхность затруднена или просто невозможна, поэтому необходимо, чтобы горная машина состояла из легкосъемных и быстрозаменяемых узлов и деталей.

Типажи и параметрические ряды горного оборудования

В нашей стране действуют единые общегосударственные и отраслевые стандарты на горное оборудование, создаваемое на базе типажей

ипараметрических рядов. Типаж – совокупность машин, представляющая экономически целесообразную и минимально необходимую номенклатуру, полностью обеспечивающую нужды данной отрасли промышленности. При разработке типажей предусматривают максимальную унификацию узлов и деталей. Типоразмер – машина, отличающаяся от аналогичных по конструкции числовым значением главного параметра. Главный параметр машины определяет ее возможности в конкретных технологических условиях. Он наиболее стабилен при усовершенствовании машины и оказывает определяющее влияние на основные

ивспомогательные параметры машины или отдельного узла.

6

Параметрический ряд представляет собой совокупность разных типоразмеров машин по рационально построенному ряду значений главного параметра.

Параметрические ряды с учетом многолетней практики составляют по геометрической прогрессии

где Рп, п – значение и порядковый номер интересующего типоразмера машины в ряде чисел; Р1 – значение первого члена ряда; а – знаменатель прогрессии, определяющий густоту ряда.

Стандартом установлены основные ряды предпочтительных чисел, из которых в горной промышленности используют три – R5, R10, R20. Каждый последующий член основного ряда получают умножением предыдущего на знаменатель прогрессии (R), в котором показателем степени корня (m) является соответствующий показатель основания ряда (5, 10 или 20). Если первый член в ряду принять равным единице, то ряд с основанием 5 выглядит следующим образом: 1; 1,6; 2,5; 4,0; 6,3; 10 и т. д.

Помимо основных применяют и производные ряды, получаемые организованным отбором чисел (каждого второго, третьего и т. д.) или неорганизованным из основного ряда.

Для установления рациональных параметров машин, включаемых в ряд, и оптимальной густоты ряда используют метод техникоэкономического анализа.

Надежность и качество машин. Надежность работы отдельной машины и всего комплекса оборудования имеет важное значение для обеспечения ритмичной и бесперебойной работы. Надежность одной или нескольких одновременно используемых в технологическом процессе горнопроходческих машин – способность выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах. Основные критерии надежности горных машин в соответствии с действующим стандартом – безотказность и ремонтопригодность.

Безотказность – свойство машины сохранять работоспособность без вынужденных перерывов в течение некоторой наработки, т. е. определенной продолжительности работы или выполнение машиной определенного объема работы. Безотказность характеризуется числом отказов п0 в единицу времени или наработкой на отказ Т, представляющей собой среднее значение наработки машины между отказами:

где t – время работы машины; п – число отказов за это время. Если проходческий комплекс состоит из последовательной цепи машин, то

7

п = п1 + п2 + п3 + … + пп,

где п1, п2 ,п3,…, пп – число отказов каждой машины комплекса. Ремонтопригодность – приспособленность машины к предупреж-

дению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей путем проведения технического обслуживания и ремонтов. Ремонтопригодность характеризуется несколькими показателями, в том числе, коэффициентами ремонтопригодности kрем и готовности kгот:

где ТВ – средняя продолжительность восстановления отказа, которая складывается из времени на обнаружение отказа, ожидание ремонта и опробование машины после устранения отказа.

Для оценки надежности комплекса машин в целом пользуются обоб-

щенным показателем надежности, или коэффициентом аварийности:

При оценке качества машин применяют следующие принципы. Устанавливают номенклатуру единичных показателей качества машины, например методом экспертных оценок (опроса специалистов). За единичные показатели качества принимают производительность, мощность, стоимость, надежность, долговечность, степень унификации и др. Устанавливают базовый образец машины, который имеет максимальные параметры, получаемые в машинах этого типа. Показатели качества, выражаемые количественно (м3/ч, руб., кВт и т. д.), называют абсолютными показателями качества. По ним сравнивают машины, сходные по конструкции и с одинаковым основным параметром. Относительные показатели качества выражают отношение абсолютных показателей к значению основного параметра сравниваемых машин одного конструктивного типа (например, к мощности привода, сцепному весу локомотива и т. д.). При применении относительных показателей можно сравнивать машины одного конструктивного типа, но различных типоразмеров.

Для оценки качества машины используют комплексный показатель качества ак. Его находят как сумму произведений единичных удельных показателей качества хi на коэффициенты их весомости ψi:

i=1

Единичные удельные показатели качества определяют как отношение удельных единичных показателей сравниваемой машины к таким

8

же показателям базовой машины, а сами единичные удельные показатели рассчитывают как отношение номенклатурных параметров к функциональному критерию. Например, таким функциональным критерием

для погрузочных машин может быть выбрана техническая производительность (м3/ч).

Коэффициенты весомости единичных удельных показателей, сумма которых должна равняться единице, определяют методом экспертных оценок.

По величине комплексного показателя качества устанавливают катего-

рию качества машины: 0,6…0,69 – вторая; 0,7…0,84 – первая; 0,85…1,0 –

высшая.

Основные сведения о ремонте горных машин. Для предупрежде-

ния износа оборудования и преждевременного выхода его из строя обслуживают и ремонтируют горные машины по заранее составленному плану.

Система планово-предупредительных ремонтов (ППР) предусматривает проведение регулярных профилактических осмотров, технического обслуживания оборудования и периодических его ремонтов.

Профилактические осмотры и техническое обслуживание направ-

лены на обеспечение длительной работоспособности оборудования. Техническое обслуживание включает ежесменный и периодический технический уход. Ежесменный уход проводят в соответствии с инструкцией по технической эксплуатации в начале и конце смены, периодический технический уход – после определенного времени работы машины независимо от ее физического состояния. Периодичность проведения и перечень выполняемых при периодическом уходе работ определяются инструкцией по эксплуатации оборудования.

Ремонт оборудования выполняют для устранения неисправностей и восстановления его работоспособности. В зависимости от вида оборудования и степени его физического износа ремонт может быть малым, средним, текущим или капитальным. Например, для погрузочных и транспортных подземных машин установлены два вида ремонта: текущий и капитальный.

Текущий ремонт направлен на поддержание основных параметров оборудования на допустимом техническом уровне. Предусматривается частичная разборка машин и замена вышедших из строя деталей и узлов новыми или восстановленными. Текущий ремонт оборудования, эксплуатируемого под землей, как правило, выполняется в подземных ремонтных мастерских и может продолжаться несколько суток.

Капитальный ремонт. Предусматривается полная разборка машин на отдельные узлы, их проверка, замена изношенных деталей или узлов и агрегатов новыми или реставрированными. Капитальный ремонт обору-

9

дования проводят в центральных ремонтно-механических мастерских или на ремонтно-механических заводах. Частота ремонтов указана в инструкции по эксплуатации, которую составляет завод-изготовитель.

Физический износ оборудования зависит от времени его фактической работы, поэтому при планировании ремонтов за основу расчетных нормативов принимают 1 машино-ч.

Период времени эксплуатации оборудования от одного капитально-

го ремонта до другого называют длительностью межремонтного цик-

ла, а между двумя другими видами ремонта – межремонтным периодом. Определенный порядок чередования видов ремонта с заданными промежутками времени на протяжении одного межремонтного цикла называют его структурой.

Для основных видов геологоразведочного оборудования приняты типовые структуры межремонтных циклов.

По каждому виду оборудования необходимое число ремонтов nр рассчитывают по формуле

где N – среднее число единиц данного вида оборудования, находящегося в работе; kM – коэффициент машинного времени, показывающий, какую часть от общего времени пребывания оборудования в работе оно находится под нагрузкой или работает вхолостую (например, для двигателей); То – общий фонд рабочего времени для одной единицы оборудования за определенный период времени, например за 1 год, ч; т – число капитальных и других ремонтов, предусмотренных для данного вида оборудования в структуре межремонтного цикла; Тц – длительность межремонтного цикла, машино-ч.

Для каждого вида оборудования с учетом количества эксплуатируемых единиц и структуры межремонтного цикла устанавливают расход запасных частей и материалов, планируют затраты труда.

Все машины и другое оборудование, которое вследствие физического износа по истечении установленного срока работы или другим причинам становится нецелесообразно или невозможно восстанавливать и в дальнейшем использовать, подлежит списанию с баланса предприятия.

Производительность. У горных машин различают теоретическою (расчетную) Q, техническую (паспортную) QT и эксплуатационную (действительную, фактическую) QЭ производительность.

Теоретическая – производительность машины (м/мин, т/ч, м3/ч и т. д.) при непрерывной ее работе, определяемая с учетом типоразмера машины, т. е. зависит только от ее конструктивных параметров.

10