Материал: Проходческие комбайны и комплексы оборудования

Проходческие комбайны и комплексы оборудования

Общая характеристика горнопроходческих машин и их классификация

Подготовительные выработки обеспечивают фронт для последующе- го ведения очистных работ. Различают капитальные выработки, служащие для транспорта основных грузов к участку и от него; штреки, оконтурива- ющие размеры выемочных столбов по падению пласта, и нарезные выра- ботки, предназначенные для размещения выемочных машин и оборудова- ния, 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 под- рывкой боковых пород. Подготовительные выработки могут быть одно- и двухпутевые. Подготовка выработок может производиться буровзрывным способом, комбайнами и комплексами, механизирующими технологиче- ские 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 погру- зочного органов комбайны имеют механизм перемещения и средства борь- бы 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 ка- навок, обуривания забоя, механизации установки верхняков крепи и т. д.

По назначению различают проходческие комбайны и щиты; ком- плексы проходческого оборудования; нарезные машины; машины и обору- дование для проведения восстающих выработок.

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

По форме сечения проводимых выработок: круглой, арочной, прямо- угольной, трапециевидной, а также любой формы в зависимости от требо- ваний паспорта проведения выработок и технологии.

По способу обработки забоя различают комбайны непрерывного действия, подготавливающие выработки заранее заданной формы и разме- ров; цикличного или избирательного действия, обрабатывающие забой по- следовательно 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; ма- шины 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 роторно- планетарным исполнительным органом делятся на плоскостные и про- странственного 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 моно- рельсу.

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 водо- сточных канавок и механизацию ряда других технологических операций. Исходя из ранее принятой классификации, рассмотрим принципы действия основных типов проходческих комбайнов

П ринципиальные 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, ПК-10 и др.) имеют вращающуюся планшайбу, на которой закрепляется режущий инструмент. Размеры планшайбы, как правило,определяют сечение проводимой выработки. Исполнительные органы со- стоят из одной или нескольких планшайб, вращающихся на осях относительно корпуса комбайна. В зависимости от крепости разрушаемых пород исполнительный орган может оснащаться резцами либо шарошками. Рез- цы прорезают в забое концентрические щели с оставлением целиков, кото- рые периодически скалываются боковыми гранями режущего инструмен- та, это снижает энергоёмкость процесса разрушения.

Одноосевые исполнительные органы комбайнов типа ШБМ (рис. , а) имеют одну планшайбу 1, на трёх секторах которой 2 закреп- лены резцы. Направленность движения комбайна обеспечивает забурник 4, вращающийся в противоположную сторону. За счёт этого частично ком- пенсируется крутящий момент основной планшайбы и обеспечивается лучшая направленность движения комбайна. Арочное сечение проводимой выработки достигается за счёт дополнительных бермовых фрез 3, распола- гаемых в нижней части выработки. Фрезы, выполненные в виде шнеков, кроме разрушения пород перемещают горную массу в среднюю часть вы- работки в целях её эффективной погрузки специальными ковшами, за- креплёнными на вращающейся планшайбе. Контур и сечение проводимой выработки полностью контролируется размерами и профилем исполни- тельного органа комбайна.

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

В проходческо-добычных комбайнах типа ПК-10, отрабатывающих полезное ископаемое широкими камерами с оставлением охранных цели- ков, исполнительный орган имеет три параллельно расположенные план- шайбы (рис. , б). Две крайних планшайбы вращаются в одной плоско- сти, 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 сече- ние, 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 загруз- ки и износа резцов, скорость и путь движения которых зависят от их уда- ления от оси вращения планшайбы. Это же создаёт сложность в равномер- ности обработки забоя. Ввиду вращения исполнительного органа в одном направлении комбайн типа ШБМ недостаточно устойчив в забое, так как постоянно действующий реактивный момент стремится развернуть ком- байн в сторону вращения планшайбы.

В проходческом комбайне «Караганда 7/15» (рис. 5.1, в) на вращаю- щейся планшайбе 1 закреплены четыре привода с редукторами и режущи- ми дисками 10, армированными резцами. Диски с резцами также соверша- ют пространственное движение относительно планшайбы, обрабатывая за- бой. Забурник 4 способствует направленности проведения выработок и устойчивости комбайна в забое. Бермовые фрезы 3 оконтуривают выра- ботку. 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 исполни- тельных органов проходческих комбайнов относятся:

• высокая энергово- оружённость 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 проводи- мых 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 от- носящимся к машинам с планетарным исполнительным органом. Благода- ря увеличенной мощности приводов возросли технические параметры ма- шин, так уровень их производительности возрос до 4,0-5,0 т/мин. Это даёт возможность использовать комбайны, как на подготовительных выработ- ках, 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 по- движных редукторах, что позволяет регулировать сечение проводимой вы- работки. Планетарные редукторы 41…43 и 37…38 обеспечивают передачу вращения режущим дискам и относительного движения всего исполни- тельного органа вокруг продольной оси. Оконтуривание выработки произ- водится специальными приводами М₄ и М₅.

Рис. 5.3. Исполнительные органы комбайнов избирательного действия и качающегося типов

Коронка размещена на подвижном приводе с редуктором 3 стрело- видной формы. Положение режущей коронки вместе со стрелой в про- странстве может изменяться домкратами горизонтальной 4 и вертикальной 2 подачи, благодаря этому обеспечивается возможность последовательной обработки забоя с приложением концентрированных усилий на резцах. При таком разрушении массива обеспечено получение любой формы и се- чения забоя в породах повышенной крепости. Возможна селективная вы- емка с первичной отработкой полезного ископаемого и последующей под- рывкой боковых пород (рис. 5.3, в). Коническая форма коронки обеспечи- вает 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 ис- пользоваться коронки конической, овальной и других форм. Мощные ком- байны 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 избира- тельного действия возможна дополнительная установка бурового оборудо- вания (см. рис. 5.3, б). Благодаря этому достигается возможность проведе- ния 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, меха- низирую процесс бурения шпуров.

В условиях гидрошахт также используются комбайны со стреловид- ным исполнительным органом («Урал-38» и К56МГ). Они работают как проходческо-добычные машины в коротких забоях, обеспечивая механо- гидравлический 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 воз- можно применение исполнительных органов качающегося типа с плоски- ми коронками (рис. 5.3, г). При этом высота выработок определяется раз- мерами коронок, а ширина – амплитудой их качания. Наклонное закрепле- ние коронок обеспечивает большую амплитуду в нижней части забоя и получение за счёт этого трапецеобразной формы выработки.

В условиях проведения подготовительных выработок по углю, в том числе нарезных, используются комбайны с баровым исполнительным ор- ганом. Два и более баров подвижных в горизонтальной или вертикальной плоскостях обеспечивают равномерное разрушение забоя заданного про- филя и сечения.

В качестве 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 при- вода 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 нарез- ная машина при подготовке к выемке новых лав

При проведении выработок в породах повышенной крепости (f>5) используются комбайны с исполнительными органами специальных кон- струкций. Наибольшее распространение как в отечественной, так и зару- бежной практике нашли комбайны, с мощными пневмоударниками, под- вешенными на манипуляторах. Так, на базе отечественного комбайна ГПК- 3 на стреле вместо конической режущей головки установлен блок с тремя пневмоударниками, положение которого в забое, наряду с подвижностью самой стрелы, регулируется дополнительными домкратами. С помощью такого манипулятора пневмоударниками обеспечивается разрушение забоя в любой его точке в породах повышенной крепости.

Разрабатываются конструкции проходческих комбайнов, в которых исполнительный орган не имеет непосредственного контакта с разрушае- мым массивом. Так, Ясиноватским машиностроительным заводом разраба- тывается проходческий комбайн, в котором в качестве исполнительного органа используется импульсный водомёт. Водомёт подвешен на подвиж- ной стреле комбайна типа ГПК и с определённой периодичностью воздей- ствует на забой. Разрушение массива производится струёй воды под боль- шим давлением.

При бесконтактном способе разрушения в качестве исполнительного органа возможно применение лазерного генератора. За счёт концентрации энергии в малом объёме лазер плавит поверхность забоя, обеспечивая про- ведение выработок в породах любой крепости.

Комплексы оборудования для проведения подготовительных выработок

Комплекс проходческого оборудования представляет собой совокуп- ность технологически и конструктивно увязанных машин, обеспечиваю- щих механизацию основных и вспомогательных операций, связанных с со- зданием подготовительной выработки. Эти машины механизируют про- цессы отбойки горной массы, её погрузки и транспорта, а также крепления подготовительного забоя на период работы техники с последующим возве- дением основной крепи. В зависимости от условий в проходческих ком- плексах могут использоваться машины буровзрывного цикла с анкерным креплением забоя, либо проходческие комбайны с секциями передвижной механизированной крепи. Главным определяющим признаком проходче- ских комплексов является кинематическое и технологическое объединение машин в единую систему, обеспечивающую выполнение полного проход- ческого цикла в горной выработке. Основным принципом объединения машин в комплексе является соответствие их параметров по производи- тельности и габаритам, позволяющее оборудованию работать в едином технологическом цикле.

Комплексы для проведения выработок буровзрывным способом со- стоят из

1. бурильной установки, погрузочной машины,

2. крепеустановщика,

3. перегружателя,

4. маневровой и монтажной тележки,

5. электрооборудования и оборудования для борьбы с пылью.

Бурение шпуров производится буриль- ными машинами с длиноходовыми шпинделями, установленными на ма- нипуляторах специальных бурильных установок или погрузочных машин. Погрузка горной массы производится машинами непрерывного действия, либо ковшевыми с боковой разгрузкой. В комплексах механизируются про- цессы бурения и установки анкерной крепи и отдельных элементов арочной крепи. Электрооборудование комплекса, как правило, имеет взрывобо- зопасное исполнение, что обеспечивает его применение в шахтах опасных по газу и пыли.

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

Рис. 5.5. Комплекс КГВ

Комплекс состоит из погрузочной машины 1 типа 2ПНБ-2, перегру- жателя 2, выполненного на базе УПЛ-2М, вагонеток 3 типа ВГ-3.3. Пере- гружатель обеспечивает непрерывную загрузку до 10 вагонеток. Бурильная установка 5 портального типа. На ней с помощью манипуляторов подвеше- ны три буровых машины 4. Имеется консольный крепёжный полок 9, с ко- торого 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 обо- рудования в выработках малого сечения. Портальная бурильная установка 5, перемещается на четырёх ходовых тележках, две из которых выполнены приводными. Конструкция опор перегружателя 2 обеспечивает возмож- ность 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 «Си- бирь» либо КНВ-18 (табл. 5.4). В этом случае основное оборудование пе- ремещается 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 обо- рудования отдельные проходческие бригады доводят темпы проведения выработок до 500 и 1000 м/мес.

Применение в проходческих комплексах комбайнов взамен буро- взрывного 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 комбай- ны с исполнительными органами стреловидного типа, работающие с при- цепными, а в ряде случаев, и мостовыми перегружателями на скребковый, или ленточный конвейер. В качестве временной крепи могут использо- ваться секции передвижной механизированной крепи, либо специальные средства для возведения анкерной крепи. Следом крепеустановшик возво- дит 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 постоянно- го крепления забоя. В этом случае коэффициент машинного времени ис- пользования комбайна может достигать 0,8-0,9, обеспечивая высокие тем- пы проведения подготовительных выработок

Проходческие щитовые комплексы

Проходческие щиты и комплексы предназначены для проведения подготовительных выработок (тоннелей, коллекторов) в условиях не- устойчивых 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 обо- рудованием, обеспечивающим безопасные условия ведения работ на пери- од 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.