3 Постановлением Государственного комитета Российской Федерации по стандартизации и метрологии от 20 мая 1999 г. N 168 межгосударственный стандарт ГОСТ 26699-98 введен в действие непосредственно в качестве государственного стандарта Российской Федерации с 1 января 2000 г.
4 ВЗАМЕН ГОСТ 26699-85
1 Область применения
Стандарт устанавливает единые технические требования и методы контроля параметров при изготовлении и испытаниях вновь разрабатываемых установок.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 2.601-95 Единая система конструкторской документации. Эксплуатационные документы
ГОСТ 12.2.040-79* Система стандартов безопасности труда. Гидроприводы объемные и системы смазочные. Общие требования безопасности к конструкции
ГОСТ 12.4.051-87* Система стандартов безопасности труда. Средства индивидуальной защиты органов слуха. Общие технические требования и методы испытаний
ГОСТ 2874-82* Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством
* На территории Российской Федерации действует ГОСТ Р 51232-98.
ГОСТ 7502-89* Рулетки измерительные металлические. Технические условия
ГОСТ 15846-79* Продукция, отправляемая в районы Крайнего Севера и труднодоступные районы. Упаковка, маркировка, транспортирование и хранение
ГОСТ 19862-93* Пневмоприводы. Методы измерения параметров
* На территории Российской Федерации действует ГОСТ 19862-87.
Как работает подземная буровая машина
Работая круглосуточно, горняки каждый день вывозят из карьера и подземного рудника более 4500 т сероватых «камней». Чтобы превратиться в чистый цветной металл, руда проходит десятки сложных технологических этапов на разных предприятиях. Ее дробят и измельчают, погружают в воду и сушат, переплавляют и перемешивают, на каждой стадии отделяя еще немного чистой меди от пустой породы и примесей. На одном из последних этапов медь фактически разбирается на отдельные ионы, растворяется в жидкости и собирается вновь с помощью электролиза.
Из той же руды получаются и другие ценные металлы: цинк, свинец, золото, серебро, селен, теллур, индий, галлий, германий, кадмий, висмут. Некоторые полезные вещества, например серная кислота, — побочные продукты производства меди. Выжать из добытой руды все соки — это целое искусство.
Работа в подземном руднике — ад для фотографа и рай для репортера. Здесь обитают механизмы, которых не встретишь при свете дня, и один из них — буровая машина Sandvik DL421, ради встречи с которой мы и спустились в шахту. Она весит 22 т, может бурить отверстия глубиной до 54 м под любым углом и умеет выполнять большую часть работы в беспилотном режиме. «Для нас это феррари», — улыбается наш проводник, заместитель главного инженера по подземным горным работам Дмитрий Данилов. «Видим, она красная», — соглашаемся мы.
Подземный город
Чтобы понять, чем именно занимается в шахте столь продвинутая буровая машина, нужно освежить в памяти, как работает сам рудник. Рудное тело может залегать в толще породы на разной глубине и под разными углами. Оно может иметь любую форму (штоки, пласты, жилы) или вовсе представлять собой множество отдельных гнезд. Для простоты давайте представим себе вертикальный цилиндр.
Сначала руду добывают открытым способом. Из карьера постепенно вынимают как руду, так и пустую породу. Борта карьера строятся уступами, что придает ему весьма узнаваемый облик. Глубина разработки открытым способом имеет свои пределы, которые установлены еще на стадии проектирования, и зависит от формы и глубины залегания рудного тела. К примеру, Сафьяновский карьер в настоящее время разросся до 900 м в диаметре, а его расчетная глубина составляет 265 м.
Для добычи руды с больших глубин строится шахта. Это целый подземный город, обстановкой напоминающий метро, а организацией движения — подземную парковку. «Этажи» в шахте называются горизонтами. Перемещаться между ними можно по наклонным каналам — съездам.
В Сафьяновском руднике горизонты строятся через каждые 20 м. Мы были на 60-м горизонте. Цифра указывает глубину относительно уровня моря. Правда, город Реж, в котором находится наш карьер, расположен на 200 м выше уровня моря, так что на самом деле мы спустились под землю на глубину 260 м.
Весь фокус шахтных работ заключается в том, что человек ни при каких обстоятельствах не должен находиться в очистной камере, откуда, собственно, и достают руду. Поэтому алгоритм добычи выглядит следующим образом. На очередном горизонте описанным выше способом строится бетонированный горизонтальный канал — квершлаг, который считается капитальной горной выработкой. От него идет буровой орт — горная выработка, которая проходит прямо сквозь рудное тело. Ее не бетонируют, но закрепляют специальными шпурами. К концу бурового орта подходит буровая машина и бурит серию скважин, преимущественно вверх и в стороны.
Лекция по дисциплине «Горные машины и комплексы» на тему: «Шахтные бурильные установки»
«Управление общеобразовательной организацией: новые тенденции и современные технологии»
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Шахтные бурильные установки.
1. Общие сведения о шахтных бурильных установках.
Шахтные бурильные установки предназначены для бурения шпуров в породах различной крепости при проведении горных выработок, строительстве тоннелей, а также при ведении очистных работ в рудниках. Шпуры бурят вдоль оси выработки, в кровлю, бока и почву выработки. Бурильные установки полностью механизируют процесс бурения, улучшают санитарно-гигиенические условия работы и частично механизируют процессы заряжания шпуров и крепления, выработки.
Методика экономического расчета при выборе типа бурильного оборудования приводится в рекламных материалах фирм. В основе ее лежит расчет себестоимости бурения при добыче 1 т полезного ископаемого с учетом всех расходов на бурение.
Подробный расчет приведен фирмой «Крупп» (ФРГ) для бурения в условиях гранитного карьера. В основу расчета взято бурение скважин глубиной 3,5 м и диаметром 89 мм. При этом скорость бурения гидравлической машины принята 30 м/ч, а пневматической — 15 м/ч. Расчет ведут исходя из годовой производительности 2 млн. т (740 тыс. м 3 /год), причем на этот объем требуется 6*10 4 м скважин, т.е. 33,3 т/м.
Результаты расчета приведены на графике, из которого следует, что; существует область, в которой применение пневматических машин более, рентабельно, чем гидравлических. Объясняется это тем, что стоимость гидравлической машины в 1,5 раза больше, чем пневматической, хотя у гидравлических машин производительность выше. При малом объеме производства это преимущество не проявляется.
Зависимость стоимости бурения 1 м скважины от заданного годового объема бурения гидравлическим (1) или пневматическим (2) оборудованием
Гидравлическая буровая установкаStopeMaster
Зарубежными фирмами, производящими шахтные бурильные установки, являются: «Атлас Копко» и «Линден Алимак» (Швеция), «Ингерсол Рэнд» и «Гарднер Денвер» (США), «Тамрок» (Финляндия), ЗИГ (Швейцария), «Болер» (Австрия), «Секома» (Франция), «Фуракава» (Япония). Установки гидрофицированы. В качестве бурильных головок используют гидровращатели, пневматические и гидравлические перфораторы.
2. Бурильные машины шахтных установок
Податчики предназначены для перемещения бурильных головок совместно с буровым инструментом с рациональным осевым усилием подачи на забой во время бурения шпуров и возврата их в исходное положение после окончания бурения.
Винтовой податчик постоянной длины – (рис.2) состоит из рамы, верхняя часть которой служит направляющей салазок бурильной головки. Внутри рамы размещен винт, вращающийся от привода. Гайка связана с салазками буровой головки. Приводом вращательное движение винта преобразуется в поступательное передвижение буровой головки. Упор обеспечивает фиксацию буровой машины на забое выработки. Опора буровой штанги обеспечена, соответственно, подвижным неподвижным люнетами. Подвижной люнет ползуном связан с буровой машиной. Для гашения вибрации в салазки встроен амортизатор в виде пакета тарельчатых пружин.
Люнет является важным элементом бурильной машины. Он должен надежно фиксировать штангу, а при ее замене легко раскрываться.
Рис.4. Податчик постоянной длины с гибким тяговым органом и приводом от гидравлического цилиндра: 1- звездочка, 2 – натяжной барабан, 3 – бурильная головка, 4 – салазки, 5 – промежуточный люнет, 6 – рама, 7 – цепь (или канат), 8 – гидроцилиндр.
Податчик постоянной длины с гибким тяговым органом и приводом от гидравлического цилиндра (рис. 4), на переднем конце которого закреплена звездочка, огибаемая цепью, конец которой закрепляется на салазках бурильной головки.
При подаче масла в поршневую полость корпус цилиндра начинает двигаться вперед, подавая бурильную головку вперед с удвоенной скоростью. Вместе с корпусом цилиндра двигаются промежуточный люнет и натяжной барабан . При обратном ходе рабочая жидкость податчика поступает в штоковую полость гидроцилиндра, и корпус цилиндра с помощью цепи, огибающей звездочку, возвращает подвижные части в исходное положение.
Телескопный податчик состоит из двух направляющих балок: нижней и верхней . В процессе бурения бурильная головка перемещается по верхней балке. Суммарный ход подачи складывается из хода подачи головки по верхней балке и хода верхней балки по нижней. При бурении укороченных шпуров верхнюю балку соединяют с нижней фиксатором и длинную буровую штангу заменяют укороченной. Оба люнета жестко соединены каждый со своей балкой.
Имеются аналогичные конструкции телескопических податчиков с винтовым, цепным и гидравлическим приводами.
Рис.6. Схема телескопного гидравлического податчика: 1- верхняя направляющая балка, 2 – нижняя направляющая балка, 3 – гидроцилиндр.
3. Манипуляторы бурильных установок
Важный элемент бурильной установки — манипулятор, который предназначен для перемещения бурильной головки с податчиком в пространстве и ее фиксации в нужных точках для бурения шпуров.
Основными элементами современных манипуляторо в являются: основание, стрела и позиционер. Основание служит для крепления манипулятора к раме установки. Стрела позволяет устанавливать бурильную машину в различные части забоя выработки. Позиционер служит для крепления бурильной машины на манипуляторе, придания ей нужного направления при бурении, а также для раскрепления ее в забое.
В качестве привода манипуляторов служат гидравлические цилиндры, пневматические цилиндры или двигатели с червячными редукторами и винтами. Неоспоримыми преимуществами гидроприводов являются быстрота действия, жесткость установки элементов манипулятора и малые размеры.
К манипуляторам предъявляются следующие требования : высокие скорости перемещения; надежное закрепление бурильной головки в положении для бурения; обеспечение автоматического сохранения параллельности податчика в процессе манипуляций; возможность бурения наклонных шпуров под различными углами, определяемыми технологическими требованиями, и оконтуривающих шпуров с минимальными углами наклона (до 5°) к оси выработки.
Манипуляторы обеспечивают следующие движения бурильной машины :
— перемещение по горизонтали;
— перемещение по вертикали;
— изменение угловой координаты оси инструмента в вертикальной плоскости (наклон бурильной машины);
— изменение угловой координаты оси инструмента в горизонтальной плоскости (поворот бурильной машины);
— перемещение бурильной машины на забой (надвигание и распор);
— вращение бурильной машины, при котором она обращается к стенке выработки своим наименьшим габаритом, с целью максимального приближения оси шпура к контуру выработки.
Эти движения обеспечивают приводы манипуляторов, которые делятся на четыре группы : приводы надвигания (движение бурильной машины на забой), поворота, наклона и вращения.
Известно большое число конструктивных схем манипуляторов и их исполнений.
Для управления манипуляторами и необходимой координации перемещения бурильной машины в систему входят механические и гидравлические кинематические связи.
Механические связи наиболее просто осуществляют по схеме параллелограмма (рис. 7). На кронштейне 1 крепится параллелограмм из элементов 2, 3, 4 и 6. При работе привода 7 элемент 5 перемещается параллельно своему первоначальному положению.
Описанная выше схема может работать и без пилот-цилиндра. В этом случае гидравлическая связь осуществляется последовательным соединением штоковых полостей цилиндров подъема стрелы и наклона податчика. Необходимым условием для соблюдения параллельности движения податчика является соответствие размеров цилиндра наклона податчика размерам цилиндра подъема стрелы.
Приводы вращения современных манипуляторов выполняют по различным схемам, каждая из которых имеет свои особенности. Широко распространена схема (рис. 9), используемая в бурильных установках среднего и большого размеров. Вращение стрелы манипулятора производится гидравлическим цилиндром. При осевом перемещении плунжера вращается колесо и передает момент на стрелу с позиционером.
Машины ударно-вращательного и вращательно-ударного действия.
Бурильные головки ударно-вращательного и вращательно-ударного действия.
Машины ударно-вращательного и вращательно-ударного бурения предназначены для бурения скважин в породах средней крепости и крепких. Бурение этими машинами основано на комбинированном способе разрушения породы, объединяющем основные свойства ударного и вращательного бурения. При этом буровой инструмент в породу внедряется в основном под действием удара, а лучшему скалыванию породы способствует значительный крутящий момент, непрерывно прикладываемый к буровому инструменту мощным вращателем. Вследствие этого в этих режимах появляется возможность значительно уменьшить усилие подачи по сравнению с вращательным способом, что уменьшает истирание бурового инструмента. Кроме того, увеличивается скорость бурения, по сравнению с ударным способом. Машины ударно-вращательного и вращательно-ударного бурения состоят из независимо работающих ударного и вращательного механизмов, смонтированных соответственно в одном корпусе или в разных.
В большинстве ударно-вращательных и вращательно-ударных буровых машин ударные механизмы используют пневматическую энергию, а вращательные и подающие — пневматическую, электрическую или гидравлическую. Основные преимущества ударно-вращательных буровых машин — сохранение энергии удара на буровой коронке независимо от глубины скважины и возможность приложения к буровому инструменту большого крутящего момента. У машин ударно-вращательного бурения, которые обычно применяют для бурения глубоких эксплуатационных и разведочных скважин, ударным механизмом служит погружной пневмоударник, которому через штанги передаются крутящий момент и усилие подачи на забой.
Погружные пневмоударники по принципу работы аналогичны перфораторам, но выполняются без встроенного поворотного устройства, вращаются вместе со ставом штанг, вынесенным вращателем, и работают на воздушно-водяной смеси, что значительно упрощает их конструкцию.
Воздухораспределение в пневмоударниках осуществляется с помощью кольцевых клапанов, как и в пневматических перфораторах, и с помощью золотников по схеме «золотник на поршне».
Вращение пневмоударника и подача его на забой могут осуществляться вращателями и податчиками различного типа.
Бурильная машина вращательно-ударного действия, состоящая из вращательного и ударного механизмов, скомпонованных в одном корпусе, называется бурильной головкой.
Головка БГА-1М состоит из шестеренного пневмодвигателя с редуктором и ударного узла. Вращатель, осуществляющий независимое вращение бура, состоит из пневмодвигателя и трех пар зубчатых колес, передающих крутящий момент с помощью шпинделя хвостовику . Мощность шестеренного двигателя составляет 1,2 кВт, передаточное число редуктора 34,4.
Вода на забой скважины подается через муфту боковой, промывки 9, хвостовик 10 и буровые штанги.
Конструктивная схема бурильной головки БГА-1М используется фирмой «Тарднер Денвер» (США) для своих перфораторов Р-1000 и Р-2000.
Буровой инструмент машин вращательно-ударного бурения состоит из буровых штанг диаметром 30—32 мм и буровых коронок. В отличие от перфораторного бурения коронки, предназначенные для вращательно-ударного бурения, имеют несимметричную заточку. При этом для бурения мягких и ниже средней крепости пород передний угол заточки лезвия принимается 10—15°, для крепких пород — 20—25°. Угол заточки задней грани составляет 45-60°.
Для армирования коронок используют пластинки металлокерамического твердого сплава ВК8В, ВК10КС и ВК11В.
Реферат: Бурильные машины. Проходческие комбайны. Очистные и проходческие комплексы и агрегаты
Название: Бурильные машины. Проходческие комбайны. Очистные и проходческие комплексы и агрегаты Раздел: Рефераты по геологии Тип: реферат Добавлен 04:34:01 23 июня 2011 Похожие работы Просмотров: 4601 Комментариев: 20 Оценило: 7 человек Средний балл: 4.6 Оценка: 5 Скачать
РАЗДЕЛ 1. МАШИНЫ ДЛЯ БУРЕНИЯ ШПУРОВ И СКВАЖИН
Цилиндрическая полость в горной породе диаметром до 75 мм и глубиной до 5 м обычно называется шпуром. Шпур длиннее 5 м и любая цилиндрическая полость в горной породе диаметром более 75 мм называется скважиной. Сам процесс образования цилиндрических полостей в горной породе называется бурением, а машины, осуществляющие этот процесс, называются буровыми.
Шпуры и скважины используют не только для буровзрывных работ. Короткие шпуры могут применяться при установке анкерной крепи. Скважины могут использоваться для дегазации, дренажа, вентиляции, прокладки силовых кабелей, трубопроводов, а скважины большего диаметра (более 500 мм) могут использоваться и как технологические выработки.
В подземных условиях наиболее широкое применение в горной промышленности получил механический способ бурения шпуров и скважин, при котором разрушение горных пород производится буровым инструментом под действием механических усилий, а удаление буровой мелочи производится водой, сжатым воздухом либо воздушно-водяной смесью. При механическом разрушении породы буровой инструмент создает на груди забоя местные напряжения, превышающие предел прочности породы, что вызывает ее разрушение.
В зависимости от характера силового воздействия бурового инструмента на горную породу и схемы его работы механическое бурение может осуществляться следующими способами: вращательным, ударным, вращательно-ударным и ударно-вращательным.
Достоинства вращательного способа бурения: высокая производительность бурения, так как процесс разрушения породы непрерывен; невысокие удельные энергозатраты; относительно низкая запыленность рабочей зоны; отсутствие опасных вибраций машины при работе. К недостаткам данного способа бурения нужно отнести ограничения области применения по крепости и абразивности горных пород.
Шарошечное бурение дает возможность бурить более крепкие породы (f >8) вращательным способом. Однако шарошечные буровые станки пока не получили широкого распространения на подземных горных работах.
Вращательно-ударный способ бурения является комбинированным, сочетающим резание с одновременным приложением к буровому инструменту ударной нагрузки. При вращательно-ударном бурении непрерывно вращающаяся буровая коронка, лезвия которой имеют форму асимметричного клина, внедряется в породу под действием значительного осевого усилия и ударного импульса. Ударная нагрузка способствует более эффективному внедрению режущей кромки коронки в породу, а значительный постоянно действующий крутящий момент производит скалывание основного объема породы передней гранью буровой коронки. В бурильных головках вращательно-ударного действия мощность вращателя значительно превышает мощность ударного механизма. Наиболее эффективно вращательно-ударный способ бурения может быть применен в породах с f = 6-12.
При ударно-вращательном способе бурения на коронку действуют аналогичные силы, что и в выше описанном, но соотношение их принципиально другое. При этом способе бурения внедрение лезвия в породу и разрушение ее основного объема происходит за счет ударного импульса; постоянный крутящий момент вращает буровую коронку и зачищает грудь забоя от гребешков породы, остающихся между соседними лунками выкола, а постоянное, относительно небольшое осевое усилие только прижимает буровой инструмент к забою.
Ударно-вращательное бурение применяют в крепких породах с f = 12-18, но в весьма крепких и абразивных породах происходит интенсивное истирание лезвий буровой коронки.
Горные сверла применяются для бурения шпуров и скважин вращательным способом по углю и горным породам с f 8) ударным, ударно-вращательным и вращательно-ударным способами.
Телескопные перфораторы предназначены для бурения восстающих шпуров снизу вверх при проходке восстающих выработок или шпуров под анкерную крепь. Подача перфоратора на забой осуществляется специальным податчиком (телескопом).
Колонковые перфораторы в том конструктивном исполнении, в котором они применялись ранее, а настоящее время не используются. Их заменили бурильные головки.
По роду используемой энергии перфораторы подразделяются на пневматические, гидравлические и электрические. Электрические перфораторы в горной промышленности пока не нашли применения.
По способу распределения энергоносителя перфораторы можно разделить на три группы: клапанные, золотниковые и бесклапанные, когда распределение энергоносителя производит сам поршень-ударник.
По конструкции механизма поворота бура перфораторы можно разделить на две группы: с автоматическим зависимым и независимым вращением буровой штанги.
По способу очистки шпура от бурового шлама различают перфораторы: с осевой или боковой промывкой шпура водой; с отсосом пыли и с продувкой шпура сжатым воздухом. Последний способ очистки шпура от буровой мелочи санитарными нормами запрещен к использованию в подземных условиях. Однако может быть применен в тех условиях, где невозможно использовать воду (в зоне вечной мерзлоты) или в конце бурения для очистки шпура от бурового шлама и более полного использования глубины шпура.
1.3.1. Переносные перфораторы
Устройство переносного пневматического перфоратора рассмотрим на примере перфоратора ПП63В. Этот перфоратор (рис. 3.7) состоит из цилиндра (корпуса) 3, передней головки 11 и крышки 1. В цилиндре возвратно-поступательно движется поршень-ударник 8. Цилиндр, передняя головка и крышка соединены между собой стяжными болтами 18 с гайкой 17.На крышке 1 имеется штуцер 20, через который подводится сжатый воздух к воздухораспределительному устройству, расположенному внутри цилиндра, а вода подводится через штуцер 21.
Рис. 3.4. Перфоратор ПП63В
Между воздухораспределительной коробкой 2 и крышкой 1 помещено устройство для поворота бура, состоящее из геликоидального стержня6 и храпового кольца14 с собачками15.
По оси перфоратора проходит промывочная трубка 16 и входит в канал хвостовика бура на 60-70 мм. Через эту трубку вода поступает к забою шпура для очистки его от разрушенной породы.
Телескопический перфоратор (рис. 3.5) состоит из двух функциональных узлов, объединенных в единое целое: пневматического телескопического податчика 1 и перфоратора 2. Податчик представляет из себя полый цилиндр, в котором перемещается поршень 8 со штоком 9. Шток оснащен упором 10 для фиксации телескопного перфоратора на опорной поверхности. Для управления подачей на перфораторе имеется рукоятка 7 с кнопкой для сброса сжатого воздуха из телескопа.
Рис. 3.5. Телескопный перфоратор ПТ48А
Для условий, где использование воды для очистки шпура от буровой мелочи затруднено, разработаны и изготовляются однотелескопные и двухтелескопные (УБ2Т-С) перфораторы с пылеотсосом.
1.3.2. Погружные пневмоударники
Для бурения глубоких скважин на рудных шахтах широкое применение нашли погружные пневмоударники. По принципу работы они аналогичны переносным перфораторам, но конструктивно более просты, так как в них отсутствует встроенный механизм поворота. Пневмоударник в процессе бурения находится в скважине, что обеспечивает незначительное изменение энергии удара на буровой коронке при бурении глубоких скважин. Механизмы вращения и подачи пневмоударника вынесены в выработку. Крутящий момент, усилие подачи и энергоноситель (воздушно-водяная смесь) передаются пневмоударнику через став бурильных труб. По способу распределения энергоносителя пневмоударники обычно бывают с клапанным и бесклапанным (поршнем-ударником) распределением.
Пневмоударник (рис. 3.6) состоит из цилиндрического корпуса 2, в котором перемещается поршень-ударник 3, передней головки 8, в которую вставляется буровое долото 9 и фиксируется шпонкой 7 переходника 1. Во время холостого хода поршня-ударника воздушно-водяная смесь поступает через переходник 1 и каналы 5 в переднюю полость 6 корпуса. Из задней полости корпуса 4 в это время происходит выхлоп отработанного энергоносителя через отверстие 11. При рабочем ходе поршня-ударника впуск воздушно-водяной смеси в задную полость корпуса 4 происходит по каналам 10, а из передней полости в в это время происходит выхлоп через отверстия 11. При холостом ходе поршня-ударника после перекрытия выхлопных отверстий 11 по каналам 12 отработанная воздушно-водяная смесь вытесняется в камеру 13, в которой создается давление до 1 МПа. Это давление увеличивает ускорение и энергию удара поршня при рабочем ходе.
Рис. 3.6. Пневмоударник ПП-105-2,2
1.3.3. Установочно-подающие механизмы для переносных перфораторов
Для облегчения труда бурильщика и интенсификации процесса бурения шпуров применяют пневмоподдержки и переносные бурильные установки. Производительное бурение шпуров по крепким породам требует создание осевого усилия до 1200 Н, что бурильщику физически невозможно реализовать. Пневмоподдержки и предназначены для подачи переносных перфораторов и поддержания их на определенной высоте забоя при бурении горизонтальных и наклонных шпуров в горных породах.
Пневматическая поддержка с подвижным штоком (рис. 3.17) при бурении шпура упирается в почву выработки упором, а на выдвижном штоке имеется держатель, к которому крепится перфоратор 1 с буровой штангой 2. При подаче сжатого воздуха в пневмоцилиндр поддержки она начнет раздвигаться с осевым усилием Рос. На оси держателя перфоратора усилие раздвижки пневмоподдержки разложится на вертикальную и горизонтальную составляющие. Вертикальная составляющая будет компенсировать силу веса перфоратора, а горизонтальная составляющая вместе с усилием бурильщика будут создавать усилие подачи перфоратора на забой. По мере бурения шпура пнвмоподдержка будет раздвигаться, а угол ее наклона а уменьшаться (положение П), что приведет к увеличению усилия подачи и уменьшению вертикальной силы.
Облегчает труд бурильщика и переносная бурильная установка УПБ-1А (рис. 3.18). Эта установка состоит из трубчатой рамы 3, по которой перемещаются ползуны 7 канатно-поршневого податчика 5. В нижней части рамы находится удлинитель6 с опорной пятой. В верхней части рамы имеется пневмоцилиндр 2, шток которого осуществляет распор рамы в кровлю и почву выработки. К ползунам 7 крепится кронштейн с канатно-поршневым податчи- ком и перфоратором 1. Перемещение кронштейна с податчиком по раме производится лебедкой 8. На заднем фланце податчика установлен пульт управления9 перфоратором и податчиком. В передней части податчика установлен люнет4 для центрирования буровой штанги.
Рис. 3.18. Переносная бурильная установка УПБ1А
Распорные колонки на сегодняшний день используются в основном для установки буровых станков НКРЮОМА с погружным пневмоударником. Распорная колонна представляет собой трубу с винтовым распором в кровлю и почву выработки. По стойке перемещается кронштейн, который крепится на стойке в нужном положении хомутом. На трубчатом кронштейне также хомутом крепится сам буровой станок.
Колонковые перфораторы, поскольку предназначались не только для бурения шпуров, но и небольших скважин, были более мощными и тяжелыми машинами, чем переносные перфораторы. Они требовали значительных усилий подачи, и бурение ими с рук было невозможно, поэтому их устанавливали на специальные салазки автоподатчиков, которые в свою очередь устанавливались на специальных винтовых распорных колонках, что и определило первоначальное название данного класса перфораторов.
Широкое применение на шахтах самоходной техники привело к тому, что колонковые перфораторы получили распространение на шахтных буровых установках и стали называться «бурильная головка». Отличительной особенностью буровых головок является наличие независимого вращения бура.
Принципиальная схема вращательно-ударной бурильной головки приведена на рис. 3.20. Сжатый воздух от крана управления через штуцер 27, трубку 2, полость 25, каналы задней буксы 4 и продольные каналы цилиндра 6 поступает в расточку 22 передней буксы 7, откуда через проточку на штоке ударника подается в камеру обратного хода 22. В камеру прямого хода 14 воздух проходит через каналы задней буксы 4 и проточку 5 на хвостовике поршня- ударника. Выхлоп сжатого воздуха производится через выхлопное отверстие 13. Ударный механизм закрыт кожухом, который снижает уровень шума. При увеличении усилия подачи амортизатор 3 сжимается, и выпускной клапан 16 открывается полностью.
Вращатель состоит из пневматического шестереночного двигателя 7, трех пар зубчатых колес, передающих через шпиндель 8 крутящий момент хвостовику 10. Мощность пневмодвигателя 1,2 кВт. Вода в бур подается через сальниковую муфту 9.
В настоящее время широкое применение находят гидравлические бурильные головки (гидравлические перфораторы). Это практически новый класс машин для вращательно-ударного и ударно-вращательного бурения шпуров и скважин в крепких породах. Серийное производство гидравлических бурильных головок начинается с 1970 г. В России разработка конструкций гидравлических бурильных головок велась Кузнецким машиностроительным заводом совместно с Карагандинским политехническим институтом. Серийное изготовление гидравлических бурильных головок требует значительно более высокого технического уровня производственной базы и, следовательно, больших капитальных затрат. Отсутствие производственной базы и финансирования сдерживает организацию серийного производства гидроперфораторов в России. Зарубежные фирмы, производящие буровую технику, почти все уже не-сколько десятилетий серийно изготавливают гидроперфораторы.
Рис. 3.21. Конструктивная схема гидравлического перфоратора фирмы «Атлас Копко» (Швеция)
Гидроперфораторы имеют целый ряд преимуществ перед пневматическими перфораторами:
1) повышается в 1,5-2 раза скорость бурения за счет увеличения энергии удара (при равных габаритных размерах и массе давление энергоносителя современного гидроперфоратора 15-25 MПa);
2) уменьшаются в 3-5 раз удельные энергозатраты;
3) увеличивается стойкость бурового инструмента за счет формирования гидроударником более рационального ударного импульса;
4) повышается в 3-4 раза КПД передачи энергии (системы насос- гидроударник по сравнению с системой компрессор-пневмоударник);
5) уменьшается уровень шума в забое на 5-15 % за счет отсутствия выхлопа отработанного воздуха;
6) появляется возможность автоматического обеспечения оптимальных режимов бурения в горных породах с различными физико-механическими свойствами за счет регулирования энергии удара, частоты ударов, частоты вращения и усилия подачи буровой штанги; отсутствие масляного аэрозоля в забое выработки, что улучшает санитарно-гигиенические условия и видимость в забое.
Внедрение на рудниках гидравлического бурового оборудования влечет за собой значительное увеличение первоначальных затрат, но они довольно быстро окупятся за счет высокой производительности бурения и экономии энергии.
1.4. Шахтные бурильные установки
Шахтные бурильные установки нашли широкое применение в горнорудной, угольной и строительной отраслях промышленности для бурения шпуров в породах различной крепости при проходке выработок и добыче полезных ископаемых со шпуровым взрыванием массива горной породы, Шахтные бурильные установки полностью механизируют технологический процесс бурения шпуров.
К шахтным бурильным установкам предъявляются следующие требования: они должны полностью обуривать всю площадь забоя, быть простыми в управлении, быть транспортабельными по выработкам, отвечать требованиям техники безопасности и санитарным нормам по пыли, шуму, освещенности забоя и вибрации, быть во взрывобезопасном исполнении при работе в угольных шахтах.
Шахтная бурильная установка (рис. 3.25) состоит из следующих основных функциональных узлов: бурильной головки 7, податчнка 2, манипулятора 3, пульта управления 4, верхних тележек 5 и гусеничного хода 6. Производители шахтных бурильных установок обычно стремятся унифицировать присоединительные элементы основных функциональных узлов различного конструктивного исполнения, что значительно расширяет область применения конкретного типоразмера буровой установки.
Рис. 3.25. Шахтная бурильная установка СБУ-2М
Габаритные параметры шахтных бурильных установок зависят от размеров проводимых горных выработок и определяются типоразмерным рядом, установленным соответствующим ГОСТом. ГОСТ регламентирует шесть типоразмеров бурильных установок с зоной бурения от 2×2,2 м до 10×9,4 м. Первые три типоразмера шахтных буровых установок применяют обычно при проведении подготовительных выработок, а три последних применяют на очистных работах в рудных шахтах, при строительстве железнодорожных и гидротехнических тоннелей.
Буровые станки для бурения глубоких скважин получили широкое распространение при подземной добыче полезных ископаемых. При подземной добыче более половины всей добываемой руды в странах СНГ отделяется от массива с помощью скважинных зарядов. На рудных шахтах буровые станки используются не только для бурения взрывных скважин на очистных работах, но и для бурения различных технологических скважин (дренажных, вентиляционных, для транспортирования закладочного материала и др.).
Буровые станки применяются также для бурения скважин различного назначения и технологических выработок на угольных шахтах. Специфика горно-геологических и горнотехнологических условий угольных шахт требует использования принципиально отличных по конструкции буровых станков.
Буровые станки можно классифицировать по типу механизма перемещения: несамоходные и самоходные, которые, в свою очередь, можно подразделить на пневмоколесные и гусеничные.
К шахтным буровым станкам предъявляются следующие требования: они должны быть маневренны и транспортабельны по выработкам; отвечать требованиям техники безопасности и санитарным нормам по пыли, шуму, вибрации и освещенности забоя; обеспечивать надежное раскрепление податчика в горной выработке и не допускать его произвольного раскрепления (снижения усилия распора); выдерживать заданное направление бурения (в пределах допустимого) на всю глубину скважины; иметь механизм наращивания и свинчивания буровых штанг; легко и быстро разбираться на транспортабельные узлы, а сами узлы должны иметь высокую ремонтопригодность.
На подземных рудниках СНГ применяется большое количество буровых станков различных конструкций отечественног о и зарубежного производства. Объясняется это чрезвычайно большим разнообразием горно-геологических условий залегания полезных ископаемых и, следовательно, систем разработок. Несмотря на это, шахтные буровые станки являются узкоспециализированными станками и оснащаются более простыми в конструктивном исполнении манипуляторами. Податчики буровых станков по конструкции аналогичны податчикам шахтных буровых установок, но имеют меньшую длину хода и более высокие усилия подачи.
Скважины диаметром до 90 мм и глубиной до 30 м в подземных условиях обычно бурят пневматическими или гидравлическими перфораторами. Скважины большего диаметра и глубины бурят станками с погружным пневмоударником. Небольшой объем бурения скважин диаметром 145-190 мм выполняется шарошечными станками.
До настоящего времени на отечественных рудных шахтах еще достаточно широко применяются несамоходные буровые станки с погружным пневмоударником, вошедшие в практику горных работ в 50-60-х годах прошлого века. Типичным представителем таких станков является буровой агрегат НКР-10ОМА (модификация МПА с пневмоприводом).
Рис. 3.32. Агрегат буровой НКР10ОМА в забое
Став буровых штанг служит для крепления пневмоударника и передачи ему вращательного и поступательног о движения от станка, а также для подвода воздушно-водяной смеси к пнев м оуд арнику.
В последние десятилетия на рудных шахтах большинства зарубежных стран широко внедряется самоходная буровая техника, производство которой в России практически отсутствует.
Для бурения кругового веера скважин большого диаметра (от 105 до 165 мм) на глубину до 180 м фирма «Ингерсолл Рэнд» (США) предлагает компактный самоходный буровой станок СММ-2 (рис. 3.33). Базой этого станка является гусеничный механизм хода 2, имеющий раздельный гидравлический привод гусениц мощностью 10,4 кВт. Гидронасос механизма перемещения приводится в действие пневмодвигателем радиально-поршневого типа, питающегося от шахтной пневмосети давлением 0,62 МПа. В задней части станка размещены гидростанция с пультом управления гусеничным ходом 1 и сидение машиниста.
В передней части бурового станка на поперечной оси крепятся кронштейн (кулиса) 5, на котором смонтирован вращатель, поворачивающий ось податчика 6 на угол 360°. Два гидроцилиндра 3 осуществляют перевод податчика из транспортного положения в рабочее и поворачивают податчик на угол 20°, что дает возможность бурить скважины «под себя». На сварной раме податчика10 находится вращатель 8, который перемещается но раме податчика телескопическим гидроцилиндром с двойной раздвижностью.
В нижней части податчика расположен гидроключ для удержания бурового става при осуществлении спуско-подъемных операций и центратор12, который точно центрирует по оси буримой скважины пневмоударник. При бурении вниз рама податчика надвигается на почву выработки гидроцилиндром 7 и фиксируется башмаком13. Раскрепление податчика в кровлю выработки производится двумя гидродомкратами 9, расположенными по бокам рамы податчика. При изменении направления бурения места раскреиления податчика меняются местами.
Рис. 3.33. Буровой станок СММ-2
Дополнительно проходческие комбайны можно классифицировать по конструкции его основных функциональных органов, габаритам, массе. Так, по массе стреловые комбайны в соответствии с ГОСТ 28599-90 делятся на четыре типоразмера:
Независимо от области применения и конструктивного исполнения проходческие комбайны должны удовлетворять следующим техническим требованиям:
— устойчиво работать с заданной производительностью в требуемых горно-геологических условиях;
— в конструкции комбайна должна быть предусмотрена возможность установки дополнительного навесного оборудования для механизации трудоемких операций проходческого цикла (бурение шпуров и установка анкерной крепи, установка временной штучной крепи и пр.);
— работать в проходческих комплексах с оборудованием для бурения шпуров и установки анкерной крепи, с оборудованием для установки штучной постоянной крепи, с оборудованием для бурения дегазационных и разведочных скважин;
— при работе обеспечивать пылеподавление, уровень шума и вибрации в пределах санитарных норм на рабочем месте машиниста;
— осуществлять дистанционное и автоматическое управление работой и направленностью движения;
— иметь возможно большее число унифицированных узлов и деталей; допускать применение временной передвижной механизированной крепи; разбираться на транспортабельные узлы для спуска под землю и доставки в забой.
Проходческие комбайны избирательного действия со стреловым органом разрушения получили наибольшее распространение в горной промышленности Российской Федерации и за рубежом из-за своей универсальности и относительной простоты конструкции. Такими комбайнами можно проходить выработки любого сечения по форме (арочной, прямоугольной, трапециевидной и др.) и площади сечения (в пределах типоразмера комбайна) без смены органа разрушения или его перенастройки. Стреловыми комбайнами можно проходить горизонтальные и наклонные выработки по углю и смешанному забою с присечкой малоабразивных пород средней крепости в сложных горно-геологических условиях (сбросы, пережимы и утонение пласта, неустойчивая кровля, слабая почва и др.). Конструкция этих комбайнов позволяет достаточно просто производить смену породоразрушающего инструмента и устанавливать временную крепь непосредственно у груди забоя.
Однако применяемые в настоящее время механизмы качания стрелы не могут обеспечить постоянства скорости её перемещения в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а также и усилий подачи на коронке в этих же плоскостях. Изменение скорости поворота стрелы, при постоянной частоте вращения самой коронки, приводит к изменению глубины резания и, следовательно, усилия резания на породоразрушающем инструменте. Повышенная динамичность работы стрелового органа разрушения значительно снижает эффективность и надежность работы комбайна и существенно осложняет обеспечение его устойчивости при работе.
Семейство унифицированных комбайнов 1 ГПКС состоит из базовой модели, которая предназначена для проведения горизонтальных и наклонных (±12°) выработок с погрузкой горной массы на конвейер. При погрузке горной массы в вагонетки базовая модель оснащается дополнительно ленточным перегружателем (модель 1ГПКС-01). Модели комбайнов, предназначенные для проведения выработок по восстановлению (+20°; 1ГПКС-02) и по падению (-25 1 ГПКС-03) с погрузкой породы на конвейер дополнительно оснащаются тягово- предохранительными механизмами, монтируемыми на ведущих звездочках редукторов гусеничного хода. Эти лебедки предназначены для удержания комбайна от сползания при проведении наклонных выработок и, кроме этого, увеличивают усилие подачи комбайна при проходке восстающих выработок.
Схема обработки забоя выбирается машинистом и зависит от крепости породы, состояния почвы и кровли, наличия и расположения твердых включений и других горногеологических и горнотехнических факторов. При выборе схемы обработки забоя желательно учитывать следующие требования:
— при разной крепости породы разрушать вначале более слабую;
— в первую очередь обрабатывать нижнюю часть забоя, так как это облегчает дальнейшее разрушение забоя и погрузку отбитой породы;
— разрушение забоя вести с учетом напластования породы (коронка должна перемещаться вдоль напластования, а не поперек);
— при больших сечениях выработки можно разрушать забой частями (сначала обрабатывается правая часть забоя, а затем левая часть, или наоборот).
Стреловые проходческие комбайны находят широкое применение на шахтах западноевропейских и других зарубежных стран.
Проходческие комбайны с буровым органом разрушения предназначены для проведения подготовительных выработок и очистных работ при камерных системах отработки полезного ископаемого. Форма сечения проводимой выработки может быть арочной или овально-арочной. Комбайны с одним буровым органом или соосными роторами проходят выработку круглого сечения, которая при помощи бермовых фрез доводится до арочной формы. Комбайны с параллельно-осевым расположением буровых органов разрушения проходят выработки овально- арочной формы.
Буровые проходческие комбайны имеют более высокую производительность, чем стреловые комбайны, но они эффективны в эксплуатации только при проведении выработок постоянного сечения в породах с относительно стабильными физико-механическими свойствами и значительной протяженности (около 2000 м).
При проведении выработок по калийным солям и малоабразивным породам средней крепости (f 8) ротор органа разрушения оснащается дисковыми или диско-штыревыми шарошками лобового или тангенциального резания, а комбайн оборудуется распорно-шагающим механизмом подачи и ковшовым погрузочным органом.
В России буровые проходческо-очистные комбайны широко применяются при добыче калийных солей.
Рис. 5.5. Комбайн ПK-8MA
Орган разрушения состоит из внутреннего ротора 11 и внешнего ротора с четырьмя лучами 13, которые вращаются в разные стороны, что дает возможность уравновесить реактивный момент при работе органа разрушения. Четыре луча внешнего ротора оснащены ковшами 14, которые зачерпывают отбитую горную массу в нижней части выработки и подают ее через верхнее окно в щите на передаточный конвейер. На лучах внутреннего и внешнего роторов монтируются державки 12 с тангенциальными резцами. Забурник 16 разрушает центральную часть забоя и крепит внутренний ротор на выходном валу редуктора органа разрушения.
Управление комбайном в горизонтальной плоскости осуществляется гидродомкратами 4 и 19, путем отталкивания от боковых стенок выработки. Комбайн дополнительно может оснащаться бурильной машиной 21 для бурения шпуров под анкерную крепь.
Буровой проходческо-добычной комбайн «Урал-20А» (рис. 5.6) с планетарным органом разрушения состоит из исполнительного органа 7, верхнего отбойного барабана 2, оформляющего кровлю выработки, бермовых шнеков 3, служащих для выравнивания почвы и подрезки углов выработки, гусеничного механизма подачи 4, пылеподавляющей установки 5, пульта управления, электро- и гидрооборудования 7, 8, 9, скребкового передаточного конвейера 10.
Основная масса породы разрушается режущими дисками 11, резцы которых перемещаются в пространстве по циклоидальным кривым. Забурник органа разрушения 12 выполнен в виде дисков, резцы которых описывают циклоидальные кривые в плоскости забоя. Орган разрушения от всего комбайна изолируется щитом ограждения 13. Погрузка отбитой горной массы производится шнеками 14 и скребками передаточного конвейера.
Комбайн дополнительно может комплектоваться бурильной машиной 6 для бурения шпуров под анкерную крепь.
На зарубежных калийных рудниках достаточно широкое распространение получили буровые комбайны «Эймко-Мариетта» компании «Тамрок Коул», которые имеют два или четыре трехлучевых ротора, вращающихся встречно по направлению к продольной оси комбайна.
Проходческо-очистной комбайн «Эймко-Мариетта» 780-AW4 (рис. 5.7) состоит из четырех трехлучевых роторов 1 с погрузочными ковшами, верхнего кольцевого бара 2, оформляющего кровлю выработки, переднего 3 и заднего 5 гидродомкратов управления комбайном в вертикальной плоскости, электроприводов роторов 4, электро- и гидрооборудования 6, переда-точного конвейера 7, нижнего кольцевого бара 8, выравнивающего почву выработки, гидроцилиндра натяжения нижней цепи бара 9, гидроцилиндра подъема и опускания нижнего бара 10 (аналогичные гидроцилиндры имеются и на верхнем баре), гусеничного механизма подачи 11.
В последние десятилетия в зарубежной практике проходка горизонтальных горных выработок на полное сечение в крепких породах буровыми проходческими комбайнами получает все более широкое распространение. По конструктивному и компоновочному исполнению такие комбайны принципиально мало чем отличаются друг от друга. Все различия сводятся в основном к конструктивному исполнению самих роторов, числу распорных устройств, наличию вспомогательного оборудования и т. д.
На рудных шахтах при существующих технологиях добычи значительный объем работ приходится на проведение восстающих выработок. В последние десятилетия в зарубежной практике все более широкое применение при проведении восстающих выработок получают буровые комбайны (станки). Уже более десятка зарубежных фирм выпускает несколько десятков моделей таких комбайнов для бурения восстающих диаметром от 0,6 до 8,5 м по породам с прочностью на сжатие до 280 MПa и на длину до 600 м.
Буровой способ проходки восстающих выработок позволяет осуществить безлюдную проходку; перейти на комплексную механизацию работ; улучшить качественные характеристики выработок и снизить затраты на их крепление; значительно повысить производительность труда и снизить себестоимость проходки.
Рис. 5.9. Схемы бурения восстающих выработок при различных способах установки комбайна
Способ восходящего бурения (см. рис. 5.9, а) заключается в том, что буровой комбайн размещается на верхнем горизонте, с которого бурят пилот-скважину на нижний горизонт, а разбуривание выработки до проектного сечения производят снизу вверх специальным расширителем. Пилот-скважина дает возможность повысить точность проходки восстающей выработки. Эта схема бурения восстающих выработок получила наибольшее распространение в мировой практике.
Когда разработка полезного ископаемого ведется в восходящем порядке, применяются буровые комбайны нижнего расположения с буровыми головками обратного (см. рис. 5.9, в) или прямого хода (см. рис. 5.9, г). При разбуривании выработки сверху вниз требуется увеличивать диаметр пилот-скважины для свободного удаления буровой мелочи и защищать комбайн и горнорабочих от падающей горной породы. Бурение выработки на все сечение снизу вверх требует повышенных напорных усилий и затрудняет выдерживать направленность проходимой выработки. Разбуривать пилот-скважину сверху вниз можно и при расположении комбайна на верхнем горизонте (см. рис. 5.9, б).
Ясиноватский машзавод (Украина) предлагает для проходки восстающих выработок буровой комбайн 2 КВ-А (рис. 5.10). Этот комбайн монтируется в камере и состоит из бурового станка 3, манипулятора 4 для подачи буровых штанг и монтажно-демоптажных работ, плат¬формы для штанг 5, бурового става б, р&збуривателя 7, шкафа управления блока питания 1 и пульта управления 2.
Рис. 5.10. Буровой комбайн 2КВ-А
В зарубежной практике для монтажа бурового комбайна чаще всего в выработке готовят специальную камеру, а сам комбайн собирают и крепят на бетонном фундаменте. Новые комбайны фирмы «Атлас Копко» (Швеция) монтируются на специальной платформе, которая горизонтируется специальными гидродомкратами, что даёт возможность отказаться от бетонного фундамента.
В качестве привода вращателя буровых комбайнов используют гидродвигатели, электродвигатели постоянного тока с тиристорным управлением и реже переменного тока с регулируемой частотой вращения.
Практически все буровые комбайны для проходки восстающих выработок отличаются высокой степенью механизации и автоматизации основных и вспомогательных технологических операций: выбор и поддержание оптимальных параметров бурения в изменяющихся гор-но-геологических условиях, монтаж и демонтаж бурового става и др.
2.5. Нарезные комбайны
Объем проводимых на угольных шахтах нарезных выработок (нарезка лав, просеков и печей различного назначения) хоть и сокращается с внедрением современных систем разработки, но ещё остаётся значительным. Пока проходка нарезных выработок на пологих и наклонных пластах осуществляется буровзрывным способом, а на выбросоопасных пластах с применением отбойных молотков. Таким образом, создание средств механизации нарезных работ (нарезных комбайнов) и сегодня является актуальной задачей.
Нарезные выработки обычно имеют небольшую протяженность (менее 300 м) и малое сечение, что накладывает жесткие ограничения на габариты комбайна. Специфические условия проходки нарезных выработок предъявляют к этим комбайнам и соответствующие требования: иметь небольшие размеры и массу;
— обеспечивать высокие темпы проведения нарезных выработок;
— отвечать требованиям техники безопасности и санитарным нормам по пыли, шумуи вибрации;
— обеспечивать быструю доставку комбайна в забой, монтаж, демонтаж и его переброску в другой забой;
— осуществлять дистанционное управление работой; обладать высокой эксплуатационной надежностью.
Классифицировать нарезные комбайны пока можно по двум признакам:
При разработке конструкций нарезных комбайнов могут использоваться все функциональные узлы горных машин, с их позитивными и негативными конструктивными особенностями, которые справедливы и для нарезных комбайнов. Однако, учитывая специфику работы нарезных комбайнов, нужно обратить внимание на дополнительные ограничения в использовании функциональных органов.
Барабанные и дисковые органы разрушения использовать на нарезных комбайнах крайне затруднительно, так как в этом случае для выгрузки угля из забоя требуется специальный конвейер. Этот конвейер должен находиться в одной (вертикальной) плоскости с органом разрушения, что конструктивно невыполнимо. Предпочтительнее в этом случае, очевидно, применение двух горизонтальных шнеков, транспортирующих отбитый уголь к продольной оси комбайна. В этом случае необходимо решить задачу разрушения угля в центральной части забоя и погрузки всего угля на передаточный конвейер.
Корончатые органы разрушения также затруднительно использовать на нарезных комбайнах, так как и в этом случае затруднена выгрузка угля из забоя и регулировка органа разрушения по мощности пласта.
Пока только баровые органы разрушения, при всех их недостатках, сами осуществляют выгрузку из призабойного пространства отбитого угля и могут регулироваться по мощности пласта.
В качестве механизма перемещения на нарезном комбайне предпочтительнее применять распорно-шагающий. Механизмы перемещения с гибким тяговым органом в этом случае требуют частых перестановок упорной стойки, так как комбайн работает в лоб забоя, и упорную стойку можно ставить только в пределах длины комбайна. Гусеничные механизмы перемеще¬ния имеют большие габариты и массу.
Нарезные комбайны компоновать желательно так, чтобы они имели дополнительную опору в стенки выработки, что увеличивает устойчивость комбайна. Центральная часть комбайна по его продольной оси должна быть свободна, чтобы можно было крепить выработку над комбайном и проще производить замену резцов на органе разрушения.
Рис. 5.11. Нарезной комбайн КН-78
Дальнейшее совершенствование горнопроходческих комбайнов всех типов, очевидно, будет вестись в следующих направлениях:
— расширение области применения комбайнов на более крепкие и абразивные породы за счет совершенствования породоразрушающего инструмента, повышения энерговооруженности органа разрушения, изыскания новых нетрадиционных методов разрушения горных пород (гидромеханического, вибромеханического, физико- механического и др. способов воздействия на забой);
— применение регулируемого привода органа разрушения;
— совершенствование и внедрение автоматизированных систем регулирования режимов разрушения породы и управления комбайна в части контроля за направлением выработки и стабилизации формы поперечного сечения выработки и схемы отработки забоя у стреловых комбайнов;
— оснащение комбайнов средствами технической диагностики состояния наиболее ответственных и нагруженных деталей и функциональных узлов;
— расширение применения гидропривода на погрузочных механизмах с нагребающими лапами, передаточных конвейерах, гусеничных механизмах перемещения;
— оснащение комбайнов дополнительным навесным оборудованием для механизации трудоемких ручных операций технологического цикла проведения выработок;
— повышение надежности и долговечности функциональных узлов и всего комбайна в целом.
РАЗДЕЛ3. ОЧИСТНЫЕ И ПРОХОДЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И АГРЕГАТЫ.
В последние десятилетия в угольной промышленности ведущих угледобывающих стран мира происходят процессы концентрации горных работ и интенсификации подземного производства на базе современных очистных механизированных комплексов.
На шахтах Российской Федерации интенсивно отрабатываются пологонаклонные пласты с использованием комплексно-механизированной технологии очистных работ. Удельный вес комплексно-механизированной технологии в РФ на пологонаклонных пластах составляет 99 %. В подавляющем большинстве в очистных комплексах применяется комбайновая выемка. Только в Восточном Донбассе имеются не более десяти лав, оборудованных струговыми установками. Более высоким уровнем совершенствования очистного оборудования станет создание фронтальных очистных агрегатов для добычи угля без постоянного присутствия людей в очистном забое. Отечественные конструктора являются пионерами в создании этого нового вида очистной техники.
Интенсификация очистных работ требует своевременного воспроизводства очистного фронта, а именно увеличения скорости проведения горных подготовительных выработок. Механизация отдельных операций технологического цикла проведения подготовительных выработок не дает должного эффекта. Только на основе комплексной механизации всех технологических операций проходческого цикла можно существенно увеличить скорость проведения подготовительных выработок и производительность труда проходчиков.
Классификация очистных и проходческих комплексов
Технологии очистных работ и проведения подготовительных выработок объединяют аналогичные основные рабочие процессы: отделение от массива транспортабельных кусков полезного ископаемого или породы; погрузку и доставку отделенной от массива горной породы; крепление обнаженных поверхностей и, кроме этого, управление кровлей в очистном забое. Разнообразие горно-геологических условий залегания полезных ископаемых, нестабильность физико-механических свойств горных пород, многооперационность технологических процессов очистных и подготовительных работ определяют все разнообразие схем и средств механизации в очистном или подготовительном забоях.
1) выемочная машина (В), отделяющая от массива транспортабельные куски горной породы. Это может быть очистной или проходческий комбайны, бурильная машина или установка;
2) доставочная машина (Д или П), транспортирующая или производящая погрузку отделенной от массива горной породы на штрековые транспортные средства. Это может быть лавный конвейер или погрузочная машина;
3) крепь (К), обеспечивающая крепление обнаженного пространства и управления кровлей в лаве. Это может быть механизированная крепь или крепеустановщик.
В общей схеме механизации технологических процессов в очистном забое и при проведении подготовительных выработок эти основные функциональные машины могут быть объединены для совместной работы путем наложения на них технологических, кинематических или конструктивных связей.
Технологическая связь (-) заключается в согласовании технологических параметров обособленных машин для их рационального использования. Это низший уровень связей, когда функциональные машины выполняют операции последовательно без совмещения их во времени.
Кинематическая связь (+) подразумевает объединение технологически согласованных функциональных машин с сохранением ими своей самостоятельности и совмещение выполнения основных технологических операций во времени.
Конструктивная связь (•) осуществляется совмещением технологически согласованных функциональных машин в единую конструкцию так, что они теряют свою индивидуальность и представляют собой единый многофункциональный агрегат.
Используя приведенные выше символы функциональных машин и знаки связей между ними можно записать базовые структурные формулы комплексов:
при наличии кинематических связей
при наличии конструктивных связей
Базовой структурной формулой (8.1) описываются отечественные комплекты оборудования, применявшиеся на первых этапах механизации очистных работ в 50-х годах прошлого века (комплект КМ-9, КМ-9Д, комплект с комбайном 2К-52 и др.). Этой же структурной формулой описывается комплект оборудования, применяемый при классической схеме технологического процесса проведения подготовительных выработок буровзрывным способом (КГ-3 и др.).
Таким образом, путем наложения связей и вырождения функциональных машин получается ряд структурных формул, производных от базовых формул, которые определяют все возможные схемы механизации очистных и подготовительных работ в различных горно¬геологических условиях. Структурная систематизация возможных схем и средств механизации технологических процессов в очистном забое выполнена проф. Солодом В. И.. Данная систематизация выделяет двадцать одну структурную формулу, которые делятся на шесть групп. Каждая группа структурных формул показывает качественный уровень развития схем и средств механизации очистных работ. Аналогичная классификация схем и средств механизации технологических процессов проведения подготовительных горных выработок разработана проф. Хазановичем Г. Ш.
