Назначение, область применения, классификация

Проходческий комплекс, как правило, состоит из серийных проходческих машин, объединенных технологически и кинема­тически в единую систему, обеспечивающую комплексную меха­низацию всех работ проходческого цикла.

Основной машиной в проходческих комплексах является обычно проходческий комбайн или другая проходческая машина, определяющая главный технологический параметр — произво­дительность комплекса. По этому главному параметру создаются или выбираются из серийных другие машины, составляющие ком­плекс и обеспечивающие производительность (с учетом резерва) по всей технологической цепи.

Машины и механизмы, входящие в проходческие комплексы, связаны по-разному. Так, комплексы оборудования для прове­дения выработок буровзрывным способом представляют собой набор серийных машин, которые лишь функционально связаны между собой и относительно независимо механизируют процессы проходческого цикла. Основной машиной такого комплекса яв­ляется погрузочная или буропогрузочная машина, применяемая в комплекте с удлиненным ленточным перегружателем или кон­вейером. Такой проходческий комплекс (правильнее — комплект оборудования) имеет все недостатки буровзрывного способа про­ведения горных выработок и не решает задачи комплексной меха­низации и автоматизации всех проходческих работ.

В проходческих комплексах, где основной машиной является проходческий комбайн, применяемый с ленточным перегружате­лем и машинами или механизмами для возведения крепи, машины связаны между собой конструктивно и технологически в единую систему.

Проходческие комплексы классифицируют по следующим ос­новным признакам:

способу проведения выработок —буровзрывной, комбайновый;

типу основной машины — с проходческим комбайном, с буро-погрузочной или погрузочной машиной;

виду комбайна — проходческий, нарезной;

типу проходческого комбайна — избирательного или бурового действия;

углу наклона выработок — горизонтальных, с углом наклона до 10, от 11 до 20 и до 35°;

месту установки постоянной крепи — на расстоянии или непо­средственно у забоя;

форме выработки — круглая, арочная, трапециевидная, пря­моугольная, овальная;

сечению выработки — однопутные; двухпутные;

 

виду крепи — анкерная, деревянная, металлическая, тюбин­говая, набрызг-бетон, монолитный бетон;

способу проведения выработки — узким или широким забоем;

назначению выработки — нарезные по углю и сланцам (раз­резные печи, ходки, просеки и т. п.), подготовительные по углю и смешанному забою; основные по породе (полевые штреки, квер­шлаги).

Наиболее сложную задачу представляет создание оборудова­ния для механизации возведения крепи параллельно с работой комбайна, конструктивно и технологически связанного с осталь­ным оборудованием проходческого комплекса. В этой области на­метилось два направления:

первое — установка постоянной крепи на некотором рас­стоянии от забоя вне зоны применяемого проходческого оборудо­вания. Это возможно при устойчивой кровле и применении вре­менной крепи в призабойной зоне проводимой выработки. В каче­стве временной крепи может быть использована анкерная крепь, которую при благоприятных условиях применяют и как постоян­ную. В этих случаях с помощью установленных на комбайне на манипуляторах одной или двух бурильных машин в породах кровли проводимой выработки (а в некоторых случаях и в стенках) бурят вертикальные и наклонные шпуры, устанавливают в них анкеры и подхватывают ими верхняки крепи. Другое решение предусматривает применение в качестве временной крепи двух-стоечных секций гидрофицированной распорно-шагающей крепи, кинематически связанной с проходческим комбайном (см. далее § 4. Проходческий комплекс КН-5). Существуют и другие реше­ния с применением временной крепи (см. далее § 4 и 5);

второе — установка постоянной крепи непосредственно у забоя, что в наибольшей степени способствует поддержанию проводимой выработки.

При проведении горных выработок проходческими щитовыми комплексами механизация возведения постоянной крепи осущест­вляется специальными крепеукладчиками для укладки тюбингов (см. далее § 6).

В проходческих комплексах, как и в проходческих комбайнах, для пылеподавления применяют орошение и пылеотсос, для про­ветривания тупикового забоя — вентилятор местного проветри­вания.

§ 2. Нарезной комплекс КН

Комплекс КН предназначен для механизации проведения на­резных выработок по углю (разрезные печи, просеки, ходки и т. п.) на пологих пластах с углом падения до 18° мощностью от 0,7 до 1,1м, не опасных по внезапным выбросам угля и газа.

В состав комплекса КН (рис. 28.1) входят нарезной комбайн /, скребковый перегружатель 2, скребковый конвейер (или скрепер-

 

ная установка) для доставки разрушенного угля из разрезной печи к штреку и два гидродомкрата передвижения 4 (от серийной крепи «Спутник») с распорными стойками 3 Механизм перемеще­ния комбайна — гидравлический, распорно-шагающий. Комплекс комплектуется системой орошения для пылеподавления и венти­лятором местного проветривания для подачи свежего воздуха по вентиляционным трубам к забою проводимой выработки

Нарезной комбайн комплекса КН имеет сдвоенный кольцевой бар с двухшарнирной режуще-доставочнойцепьк>5, изгибающейся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях Цепь получает вращение от приводной звезды 6, расположенной в вертикальной плоскости сбоку комбайна При работе комбайна бар с помощью двух гидроцилиндров совершает качательные движения от почвы пласта^ к кровле и обратно, обрабатывая пласт на полную мощность но всей ширине проводимой выработки, равной 4 м. Разрушенный баром уголь транспортируется и погружается нижней ветвью режуще-доставочной цепи на перегружатель, а с него — на кон­вейер (или скрепер) и доставляется им по проводимой выработке в штрек, где грузится в вагонетки.

Комбайн комплекса расположен вдоль забоя проводимой вы­работки; он состоит из рамы, электродвигателя мощностью 36 кВт, редуктора, исполнительного барового органа, механизма качания исполнительного органа, расштыбовщика, электроблока и гидрав­лической системы.

 

Соединенные между собой редуктор и рама представляют собой базу, на которой шарнирно закреплен исполнительный орган, ка­чающийся вокруг горизонтальной оси посредством двух гидро-домкратов. В раме под правым рычагом расположен расштыбов­щик с приводом от гидроцилиндра. Качательными движениями в горизонтальной плоскости расштыбовщик удаляет разрушенный уголь из-под бара и этим дает ему возможность опускаться в край­нее нижнее положение.

Средняя скорость подвигания забоя за сутки при применении комплекса КН составляет 8—10 м, при скоростных проходках — Ими максимальная — 27 м. Производительность труда рабочего 1—1,5 м на выход.

§ 3. Проходческий комплекс КС В

Проходческий комплекс КСВ предназначен для комплексной механизации проведения спаренных подготовительных вырабо­ток смешанным забоем с оставлением породы в шахте на пологих пластах мощностью 1,3—1,9 м.

Комплекс КСВ (рис. 28.2) состоит в основном лз серийно изго­тавливаемого оборудования для угольного и дородного забоев. Выемка угля осуществляется очистным комбайном /типа 1ГШ68Б с бесцепной подачей, работающим по челноковой схеме с рамы углового двухцепного скребкового конвейера 2 конструкции ДонУГИ. Особенностью этого конвейера является плавный изгиб под углом 90° в нижнем кутке забоя и расположение приводной головкн S а штреке. Это позволяет комбайну выходить на конце­вые части конвейера и работать без ниш с фронтальной самозаруб­кой. С углового конвейера уголь перегружается на штрековый конвейер 4. Для крепления забоя применяют двухстоечяые секции механизировавши передвижной крепн М87 (М88). Передвижка секций крени я углового конвейера осуществляются гмдродомкра-тами передвижения этой крепи.

Породный забой каждого штрека оснащен однотипным серий­ным оборудованием. Порода в выработке разрушается проходче­ским стреловидным комбайном 6 типа 4ПП-2, а затем погружается и транспортируется комбайном и ленточным перегружателем на пневматическую дробяльво-закладочную установку 5 типа «Ти­тан». С установки 5 порода пневмотранспортом транспортируется по трубам к месту закладки 7 выработанного пространства. В за­висимости от свойств кровли выработанное пространство плотно подбучивается полосами необходимой ширины с оставлением меж­ду ними свободного пространства. Такой способ управления кров­лей способствует хорошему поддержанию и охране выработок.

В систему пылеподавления входят нагнетательное проветри­вание вентилятором местного проветривания, система орошения с подачей воды под давлением непосредственно в зону работы рез­цов и система пылеотсоса.

Опытный образец комплекса КСВ прошел промышленные ис­пытания на шахте «Стахановец» ПО Красноармейскуголь.

 

 

 

 

 

§ 4. Проходческие комплексы с комбайнами избирательного действия

Комплекс КН-5 предназначен для комплексной механизации проведения подготовительных выработок прямоугольной формы сечением в проходке 8—13 м² с углом наклона до +10° как по углю» так и по смешанному забою с присечкой породы (/ < 4).

Комплекс КН-5 (рис. 28.3, а) объединяет: проходческий ком­байн / типа ГПКС со стреловидным исполнительным органом; временную распорно-шагающую механизированную крепь, со­стоящую из центрально-расположенной четырехстоечной секции 2, левой и правой двухстоечных секций 3; крепеукладчик 4 для складирования и подачи верхняков крепи к месту установки и прижатия их к кровле; левую и правую кассеты 5 с рулонами ме­таллической сетки шириной 1,5 м для затяжки кровли; навесное бурильное оборудование 6, состоящее из двух электробуров типа ЭБГП-1 (или другого типа) для бурения по породам кровли верти­кальных и наклонных шпуров перед установкой анкерной крепи под металлический верхняк; ленточный перегружатель 7 от ком­байна ГПКС; гидравлическое и электрическое оборудование; си­стему пылеподавления орошением и пылеотсосом.

Гидросистема комплекса КН-5 обеспечивает:

перемещение исполнительного органа комбайна в вертикальней и горизонтальной плоскостях при обработке забоя;

управление гусеничным ходом;

перемещение комбайна в двух направлениях (вперед и назад) посредством распорно-шагающей подача. При этом центральная секция перемещается, отталкиваясь гидродомкратами передви­жения от рзсшертых в кровлю и почву выработки боковых секций, а бесовые секции подтягиваются после того,, как центральная секция будет расперта и с боковых секций снят распор;

постоянный активный распор крепи без пере движения;

подтягивание посредством гидродомкратов крепеу кладчика к комбайну после его передвижения на шаг, равный 0,5 м, и вы­полнение необходимых операций по затяжке сетки и установке постоянной анкерной крепи.

С помощью крепеу кладчика осуществляется постоянное креп­ление выработки анкерами и верхняками с затяжкой кровли ме­таллической сеткой, которая автоматически разматывается «з рулона по мере перемещения комбайна.

Особенностью комплекса является наличие временной пере­движной механизированной крепи, конструктивно связанной с комбайном, и оборудования для механизации возведения постоян­ной анкерной крепи за комбайном. Благодаря тому, что возведе­ние временной и постоянной крепи совмещено во времени с разру­шением горного массива комбайном, погрузкой и транспортирова­нием разрушенной горной массы, увеличился коэффициент машин­ного времени работы комбайна (0,8—0,9). Комплексная меха­низация проходческих работ важна также тем, что освобождает

 

 

 

рабочего от тяжелого физического ручного труда, заменяя его работой машины.

Комплекс КН-5Н «Кузбасс» (рис. 28.3, б) сходен по устройству с комплексом КН-5 и отличается от него в основном применением вместо гусеничной ходовой части распорно-шагающего гидравли­ческого механизма перемещения / и специального предохрани­тельного устройства от сползания, что позволяет использовать комплекс на наклонных пластах с углом падения до +35°.

Эксплуатация комплекса. При проведении подготовительной выработки комплекс КН-5 устанавливают строго по направлению оси выработки и посредством гидравлического распорно-шагаю­щего устройства подают на забой. Резцовую коронку, закреплен­ную на подвижной стреле, с помощью телескопического устрой­ства внедряют в массив угля или породы (/ < 4) на глубину до 0,5 м. Затем коронка под действием гидроцилиндров подъема и поворота перемещается в вертикальной и горизонтальной плоско­стях, производя полную обработку сечения забоя. Разрушенная горная масса нагребается лапами питателя на скребковый кон­вейер комплекса, а с него по наклонному лотку поступает на кон­вейер 2, расположенный у боковой стенки выработки.

Комплекс обслуживается суточной бригадой, состоящей из сменных звеньев. Сменное звено состоит из пяти рабочих: маши­ниста комплекса и его помощника, проходчика, обслуживаю­щего конвейер, и двух проходчиков по возведению анкерной крепи.

Смена начинается с осмотра рабочего места, профилактического осмотра комплекса и подготовки его к работе (замена резцов, смазка, опробование и т. п.). На этих работах занято два-три человека. Остальные проходчики проверяют состояние крепи, на­ращивают вентиляционный и водяной трубопроводы, загружают крепеукладчик верхняками крепи, подготавливают рулоны сетки для затяжки кровли. Конвейер 2 наращивают через каждые 10 м подвигания забоя.

После окончания подготовительных работ машинист с помощ­ником приступают к выполнению основных работ проходческого цикла, а два проходчика одновременно бурят электросверлом шпуры через отверстия в сетке для установки анкеров. Затем по­средством крепеукладчика подают и прижимают к кровле верхняк из спецпрофиля СВП-17, вставляют в его отверстия анкеры и с помощью электросверла и ключа затягивают на анкерах гайки.

По данным хронометражных наблюдений на шахте «Нагорная» в Кузбассе, где на протяжении последних лет эффективно исполь­зуется несколько описанных выше комплексов, время, затрачи­ваемое на операции «обработка забоя» и одновременно «крепление» при проведении 1 м выработки с применением комплексов распор­но-шагающего типа, составляет в среднем 25—30 мин. На эти же операции при применении комбайнов без распорной временной крепи затраты времени составляют в среднем 50—70 мин. На пере-

 

 

движение и распор секций комбайна при проведении 1 м выработки требуется 3—4 мин.

Преимущества комплексов КН-5 и КН-5Н, а также принятая организация работ и высокая квалификация проходчиков позво­лили достичь высоких технико-экономических показателей: сред­няя скорость проведения выработки составила 27 м/сут и 675 м/мес при производительности труда проходчика 1,8 м/смену. При скоростных проходках показатели еще выше: темпы проходки за 31 рабочий день достигали 2020 м, а максимальные — 66 м/сут и 29 м/смену.

§ 5. Проходческие комплексы с комбайнами бурового действия

Инструмент проходческих комбайнов. В проходческих комбай­нах при механическом способе разрушения горных пород приме­няют два вида инструмента: резцы и шарошки. Резцы применяют для резания угля и пород с / = 6-f-8 и абразивностью 10—15 мг в стреловидных проходческих комбайнах избирательного дейст­вия, а шарошки для разрушения пород с f = 6-4-18 и абразив­ностью 30—45 мг в проходческих комбайнах бурового непрерыв­ного действия.

При работе резца и шарошки действует реактивное результи­рующее усилие по трем взаимно перпендикулярным составляющим (рис. 28.4): Z — для резца усилие резания; для шарошки усилие перекатывания, действующее по касательной к траектории дви­жения и в обратном направлении их движению; Y — для резца усилие подачи; для шарошки напорное усилие, действующее по нормали к траектории их движения и в направлении от забоя, т. е. в направлении, обратном движению; X — боковое усилие отпора, действующее на резец или шарошку перпендикулярно усилиям Z и Y в направлении от забоя.

Эффективность процесса разрушения оценивается удельной энергоемкостью H_w (МДж/м³), которая характеризует количество

 

 

энергии, затрачиваемой на разрушение единицы объема угля или породы, и определяется по формуле

H_w = ZltK

где Z — усилие резания, Н; t — шаг разрушения, мм, h — сред­няя толщина среза (стружки), мм.

Резцы разрушают породу резанием (см. гл. 9), а шарошки раз­давливанием при перекатывании по всей поверхности забоя с при­ложением к осям шарошек напорного и перекатывающего усилий. На шарошках возникает трение качения (вместо трения скольже­ния на резцах) и поэтому они более износостойки, чем резцы, и требуют меньших энергозатрат.

Шарошка (см. рис. 28,5, в) имеет корпус 1 и подшипниковую опору 2, которая устанавливается на исполнительном органе буро­вого комбайна. На одной оси шарошки может быть установлено один, два или три диска. В проходческих комбайнах бурового дей­ствия наибольшее применение получили дисковые шарошки с не­прерывной рабочей кромкой из легированной стали или арми­рованной твердым сплавом (рис. 28.5, а, б), реже — зубчатые (см. рис. 28.5, в). Для разрушения крепких пород применяют штыревые шарошки, у которых по окружности запрессованы штыри из твер­дого сплава.

Основными конструктивными параметрами дисковой шарошки являются: D — наружный диаметр; d — диаметр втулки; ji — угол заострения; г — радиус скругления рабочей части. В танген­циальной дисковой шарошке, работающей по принципу подрез-

 

кого разрушения породы, различают дополнительные параметры: б — угол резания и 7 — задний угол.

Параметрами разрушения породы дисковыми шарошками яв­ляются: h — заглубление за один проход, / — шаг заглубления, И — высота уступа при подрезной схеме разрушения.

При вращении исполнительного органа бурового комбайна шарошки вращаются по концентрическим окружностям относи­тельно его продольной оси, свободно перекатываясь на своих осях. При подаче исполнительного органа на забои диски вдавливаются в породу, раздавливают ее и образуют концентрические щели, а остающиеся между ними целики породы раздавливаются корпу­сом шарошки иод действием усилия подачи.

Комплекс «Союз-19У» предназначен для проведения магистраль­ных, горизонтальных и слабонаклонных (до ±10°) горных вырабо­ток арочной формы большой протяженности диаметром в про­ходке 4,75 м (18,6 м^а) по породам средней крепости и крепким по­родам с / = 6-г-Ю.

Комплекс «Союз-19У» (рис. 28.6) состоит из проходческого комбайна 6 буросого непрерывного действия и прицепного обору­дования к нему: креиемонтажного устройства 9 с краном //, лен­точного перегружателя 10 и прицепных опор 12.

Разрушение породы осуществляется с поверхности забоя ком­бинированным исполнительным органом 2, который состоит из центральной плоской части диаметром 2,4 м (25 % всей площади забоя), оснащенной дисковыми лобовыми шарошками с шагом разрушения 40 мм и периферийной конической 1, оснащенной тангенциальными дисковыми шарошками с шагом разрушения 80 мм. Исполнительный орган вращается с угловой скоростью 0,83 рад/с четырьмя электродвигателями мощностью 640 кВт. Бермовые конические исполнительные органы 14 оснащены тан­генциальными дисковыми шарошками и вращаются с угловой скоростью 1,05 рад/с электродвигателями мощностью по 37 кВт. Порода, разрушенная бермовыми фрезами, сгребается лемехом в расположенную ниже берм выемку 13, образованную основным исполнительным органом.

Основной и бермовый исполнительные органы перемещаются одновременно гидравлическими домкратами. Распорно-шагающий

 

 

гидравлический механизм перемещения состоит из двух жестко соединенных между собой поясов 4 и 7 и вспомогательного распора. Порода, разрушенная исполнительным органом, зачерпывается ковшами, расположенными на окружности исполнительного ор­гана, и через окно 3 в щите выпускается на ленточный конвейер комбайна, с которого поступает на ленточный перегружатель и далее на транспортные средства шахты. Для защиты машиниста от вывалов породы предусмотрено щитовое перекрытие 5, установ­ленное над комбайном.

Крепление выработки осуществляется арочной пятизвенной крепью. Три верхних звена собираются в комплекты (до 30) и под­вешиваются на крепемонтажном устройстве 9, а затем подаются вперед вверх на место установки посредством грузоподъемника 8 Масса комплекса 280 т.

Управление силовым электроприводом производится в ручном и полуавтоматическом режимах. Пылеподавление осуществляется орошением и пылеотсосом. Изготовлена и испытывается опытная партия.

Комбайн КРТ. Проходческий комбайн КРТ (рис. 28.7) пред­назначен для проведения горных выработок арочной формы по породам крепостью f < 8, сечением в проходке 16,5 м², с углом наклона до ±10°.

Исполнительный орган бурового непрерывного действия со­стоит из центрального торового забурника / диаметром 3,6 м с тан­генциальными шарошками, конусного расширителя 2, увеличи­вающего диаметр проводимой выработки до 4,5 м, и двух бермовых фрез 5, которые придают выработке арочную форму. 360

 

 

Порода скалывается с поверхности забоя тангенциальными шарошками в два приема (забурником и конусным расширителем). Это позволяет при сравнительно небольшой мощности главного привода машины (230 кВт) и небольшой массе машины (116 т) проводить выработки сечением 16,5 м² в крепких породах (/ < 8).

Скапливающаяся внизу между забоем и щитом 4 разрушенная горная масса захватывается при вращении исполнительного ор­гана ковшами 3, поднимается вверх и через отверстие в верху щита грузится на конвейер комбайна.

Гидравлическая распорно-шагающая подача 6 комбайна рас­положена на расстоянии 2,5 м от забоя, что сокращает незакреп­ленное пространство.

Техническая скорость проведения выработки до 1,5 м/ч.

На комбайне имеются пылеулавливающая установка и система орошения. Комбайн прошел промышленные испытания и рекомен­дован к серийному производству.

§ 6. Щитовые проходческие комплексы

Щитовые проходческие комплексы предназначены для прове­дения горизонтальных или слабонаклонных горных выработок (коллекторов, тоннелей, подготовительных выработок и др.) в сла­бых грунтах и породах крепостью / = 0,5ч-3, требующих частич­ного или сплошного временного крепления выработки. В угольной промышленности они находят небольшое применение.

Проходческий щит представляет собой передвижную металли­ческую оболочку обычно цилиндрической формы (временная крепь), под защитой которой расположено вспомогательное обо­рудование и осуществляются выемка и погрузка породы в забое, призабойный транспорт и возведение постоянной крепи. Щитовые проходческие комплексы разделяют по диаметру проводимой вы­работки на две основные группы, диаметром, до 5,2 м — для соору­жения коллекторов, подготовительных и капитальных выработок в угольных шахтах и диаметром 5,6 м и более — для сооружений тоннелей метрополитена и др.

Различают две большие группы щитовых комплексов: для про­ведения выработок со сборной крепью и с монолитно-прессованной бетонной крепью.

По степени механизации горных работ различают: 1) частично механизированные щиты, в которых разрушение породы произво­дят отбойными молотками или буровзрывным способом, погрузку породы в забое — погрузочными машинами, а возведение крепи — механизированным способом и 2) механизированные щиты, в кото­рых порода разрушается исполнительным органом с резцами, дис­ками или другим инструментом, а погрузка породы и возведение крепи осуществляются механизированным способом.

Щитовой проходческий комплекс КЩ-5,2Б (рис. 28.8) предназ­начен для механизации проведения капитальных выработок диа­метром 4,7 м в свету для условий Подмосковного угольного бас-

 

 

сейна по Есдсиоскому песку и прослойкам известняка крепостью /< 6.

Комплекс состоит из щита 1 с двумя стреловидными исполни­тельными органами, примененными от проходческого комбайна 4ПП-2, передвижной сборной платформы 6,9 общей длиной 36 м с транспортным и вспомогательным оборудованием. На головной секции платформы смонтирован рольганг 12 с гидравлическим тол­кателем. По монорельсу 4 перемещается тельфер 5 для передачи блоков крепи 11 с тележек на рольганг крепеукладчика. Выдвиж­ные балки 2 предназначены для поддержки блоков крепи во время крепления.

На платформе смонтирована приводная головка 15 погрузоч­ного конвейера, с которого горная масса поступает на ленточный перегружатель 3, а с него — в нерасцепленный состав из десяти Еагонеток 7 с электровозом. На платформе имеются две рельсовые колеи 10, на которых креме состава вагонеток размещены четыре тележки 8 с двумя блоками крепи на каждой. На этой же плат­форме смонтированы четыре гидронасосные станции 13, насос 14 для забойного водоотлива, магнитные станции, пусковой агрегат, пылеотсасывагощая установка и установка для орошения, а также пневматическая рйстворонагнетательная машина для подачи по шлангу песчано-цементного раствора для тампонирования про­странства между крепью и стенками выработки.

 

Раздел шестой

ЗАКЛАДОЧНЫЕ МАШИНЫ