Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Процесс эксплуатации оборудования — это период реализации его эффективности, надежности и степени удобства и безопасности обслуживания, которые в свою очередь определяются необходимыми, достаточными и обоснованными качеством и уровнем всех видов требова ний по конкретному виду оборудования, реализованных с учетом специфики условий его эксплуатации.
Специфика условий и режимов эксплуатации горно-шахтного оборудования (ГШО), предназначенного для добычи полезных ископаемых, проведения горных выра боток и строительства подземных сооружений, обуслав ливается стесненностью рабочего пространства, изменчи востью физико-механических свойств разрабатываемых и вмещающих пород, непостоянством рабочего места при постояном перемещении машин в забое, запыленностью атмосферы и химической активностью шахтных вод, сложностью проведения работ по техническому обслужи ванию и ремонту (ТОР), монтажу и демонтажу оборудо вания и др. Поэтому к ГШО предъявляются достаточно высокие и жесткие требования по безопасности и санитарно-гигиеническим условиям труда, эффективности вы полнения всех рабочих функций при устранении тяжелого физического труда, трудоемкости монтажно-демонтажных работ и работ по ТОР.
Эффективность эксплуатации ГШО обеспечивается также требованиями по его надежности, производитель ности (теоретической, технической и эксплуатационной), степени совершенства схемы его работы, энерговоору женности, технологичности, универсальности, унифика ции, стандартизации, ремонтопригодности и др.
Как уже отмечалось, процесс эксплуатации ГШО -это период реализации его возможностей, заложенных при проектировании, изготовлении и проведении всех ви дов ТОР. В этот период вступают в действие также такие факторы, как условия эксплуатации, правильный выбор режимных параметров, выбор методов диагностирования технического состояния ГШО и системы эксплуатации, уровень квалификации обслуживающего и инженерно-технического персонала, разработка планограмм техно логических циклов на основе современных совершенных методов и средств механизации процессов, режим и каче ство смазки, качество носителей энергии и др.
Целью данного учебника в соответствии с программа ми дисциплин "Эксплуатация горных машин и оборудова ния", для студентов специальности Т 13 "горные инжене ры электромеханики" и "Основы эксплуатации горнных машин и оборудования" для студентов специальнсости ТОб - "горные инженеры-механики" является ознакомле ние студентов с системами эксплуатации, современными подходами и выбору рациональной системы ТОР, расчет ными методами выбора основных режимных параметров горных машин для конкретных условий эксплуатации, методами и средствами диагностирования технического состояния, основными правилами безопасности эксплуа тации и проведения ТОР.
Раздел 1. Выбор оборудования и обеспечение рациональных режимов эксплуатации
1.1. Основные показатели эффективности и безопасности эксплуатации оборудования. Методы и средства их обеспечения.
С позиций эффективности и безопасности эксплуата ции оборудования целесообразно все требования (техно логические, технические, экономические, социальные, специальные) и их показатели систематизировать по трем основным группам (табл. 1):
- обеспечение надежности и эффективности на этапе создания машин и комплексов;
- обеспечение качества системы ТОР и монтажа на этапе эксплуатации по назначению;
- обеспечение безопасности и санитарно-гигиенических условий труда на этапах создания и эксплуатации.
|
Группа требований |
Качественные условия требований |
Основные показатели |
Методы и средства обеспечения |
|
Обеспечение на дежности и эф фективности на этапе создания комплексов |
Уровень надежно сти |
Вероятность без отказной работы |
Анализ опыта экс плуатации |
|
Диапазон условий эксплуатации |
Коэффициент готовности |
Уровень научных, конструкторских решений |
|
|
Совершенство схемы работы |
Коэффициент со вершенства схе мы работы |
Качество изготов ления |
|
|
Уровень технико-экономических показателей |
Энергоемкость процессов |
Квалификация об служивающего персонала |
|
|
Уровень ремонто- и монтажепригодности |
Удельные эксплуа тационные затра ты |
Качество системы эксплуатации техничес-кого обслу живания и ремон та, средства меха низации работ по ТОР |
|
|
Обеспечение каче ства системы тех нического обслу живания. ремонта и монтажа на эта пе эксплуатации по назначению |
Предупреждение отказов |
Целевая функция |
Анализ основных показателей целе вой функции ТОР |
|
Оптимизация сро ков ТОР |
Коэффициент тех нического исполь зования оборудо вания |
Выбор стратегии замены элемен тов системы обо рудования, обес печение запчастя ми |
|
|
Снижение трудо емкости процес сов ТОР, монтажа и демонтажа оборудования |
Время наработки на отказ |
Применение сис темы и средств ди агностики техни ческого состоя ния оборудования |
|
|
Трудоемкость ра бот по ТОР,мон тажу и демонтажу |
Квалификация ре монтного персо нала |
||
|
Удельные эксплуа тационные затра ты на ТОР и мон таж |
Фирменное или централизован ное выполнение работ по ТОР |
||
|
Обеспечение без опасности и санитарно-технических условий тру да на этапах созда ния и эксплуатации |
Соблюдение тре бовании пб и птэ для подземного горного оборудо вания |
Вероятность без опасной работы |
Обеспечение всех заданных по казателей при проектировании |
|
Коэффициент час тоты травматизма |
Соблюдение усло вий эксплуатации и правил безопас ной эксплуатации |
||
|
Показатели санитарно-гигиенических условий тру да по запыленно сти, освещенно сти, вибрации, шу му и т. д. |
Квалификация персонала |
||
|
Доля тяжелого физического тру да |
В таблице 1 в каждой группе требования даны также основные качественные условия требований, основные показатели данной группы требования, методы, средства и этапы их обеспечения и реализации.
Безусловно, количество показателей по каждой груп пе требований может быть значительно расширено исходя из специфики назначения и условий эксплуатации того или иного вида оборудования. Так, например, для меха низированных крепей могут быть внесены показатели ус тойчивости, управляемости, затяжки кровли, силовых па раметров и удельных сопротивлений и др., которые закла дываются при проектировании и изготовлении и реализу ются в процессе эксплуатации. Конечно, все эти показа тели также существенно влияют и на эффективность и на безопасность эксплуатации, но все они косвенно учиты ваются такими обобщенными показателями как вероятность безотказной и безопасной работы, производитель ность комплекса в целом и др.
При этом необходимо отметить, что все приведенные в таблице 1 показатели являются интегральными и каж дый из них определяется большим количеством факторов при их сложной функциональной зависимости. Так, на пример, энергоемкость процесса разрушения пород рез цовым инструментом зависит от геометрических парамет ров резца, параметров и схемы разрушения, физико-ме ханических свойств породы, коэффициента отжима груди забоя и других факторов.
Поэтому при выборе показателей эффективной и без опасной эксплуатации того или иного вида оборудования необходимо стремиться к минимизации их количества при необходимом и достаточном уровне каждого показателя. Задача обеспечения надежной, эффективной и безопас ной работы оборудования в процессе эксплуатации по назначению требует решения двух главных задач:
- выбора рациональных режимных параметров в кон кретных условиях эксплуатации,
- разработки оптимальной стратегии системы техни ческого обслуживания и ремонта, обеспечивающей под держание в процессе эксплуатации заданного уровня ос новных показателей.
Одним из методов определения рациональной стратегии ТОР является выбор и анализ целевой функции системы технического обслуживания и ремонта, которая опреде ляется основными показателями, приведенными в табли це 1. Анализ целевой функции системы ТОР дан в разделе 2.
1.3. ОЧИСТНЫЕ КОМБАЙНЫ
Очистной комбайн — это комбинированная горная машина, которая механизирует технологические операции в очистном забое одновременно по отделению полезного ископаемого от массива пласта и погрузке его на транспортную машину.
Основными функциональными элементами современных комбайнов (рис. 1.1) являются: исполнительный орган /, раз рушающий (отделяющий от массива пласта) полезное иско паемое и грузящий его на забойный конвейер; гидровставка 3 и один или два механизма подачи 8 для перемещения комбай на вдоль линии очистного забоя; привод, состоящий из одного или двух электродвигателей 7, основных (правого и левого) 2 и поворотных (правого и левого) 9 редукторов, передающих крутящий момент от двигателей на валы исполнительных орга нов. Представленная на рис. 1.1 принципиальная конструктив ная схема, относится к комбайну унифицированного ряда РКУ13 и является характерной для большинства современных комбайнов со шнековыми исполнительными органами. При ра бочем ходе комбайна в направлении вектора скорости подачи vn наиболее рациональной по фактору процесса погрузки по лезного ископаемого является схема, когда передний по ходу шнек вынимает уголь у кровли пласта, а отстающий шнек — у почвы пласта. При обратном направлении движения комбай на положение шнеков меняется с помощью гидродомкратов 4, изменяющих угол установки поворотных редукторов относи тельно корпуса комбайна. Домкраты 4 служат также для ре гулирования исполнительного органа комбайна по вынимаемой мощности пласта.
На поворотных редукторах и шнеках установлены форсунки системы орошения. Основные (правый и левый редукторы) со единяются с корпусом электродвигателя шпильками и болтовы ми стяжками.
Комбайн имеет общую плиту 6 и при работе перемещается по ставу забойного конвейера, опираясь на него двумя парами опор 5, расположенных со стороны выработанного простран ства и забойной стороны корпуса комбайна. При этом опоры со стороны выработанного пространства имеют захваты для бо лее надежного соединения с плоскими или круглыми направля ющими, размещаемыми на ставе конвейера со стороны вырабо танного пространства.
Очистные комбайны классифицируют: по мощности и углам падения вынимаемых пластов; ширине захвата исполнительно го органа; конструкции исполнительного органа и системе по дачи- виду энергии для привода комбайнов.
По мощности вынимаемых пластов Япл различают комбай ны для пластов —тонких (Япл<1,2 м), средней мощности (#Пл=1,2—2,5 м) и мощных (Япл>2,5 м).
По ширине захвата В3 исполнительного органа (см. рис. 1.1) различают комбайны узко- и широкозахватные. Первые имеют ширину захвата до 1 м, вторые —более 1 м.
В настоящее время узкозахватными комбайнами оснащены очистные комбайновые комплексы и большинство комплектов забойного оборудования, применяемых на угольных, сланцевых шахтах, а также при добыче калийных солей.
Полезная ширина захвата В3 исполнительных органов узко захватных комбайнов может составлять: 0,5; 0,63; 0,8 и 0,9 м. При выемке мощных пластов на комбайнах применяют испол_-нительные органы с шириной захвата 0,5 м, пластов средней мощности 0,63, 0,9 м, тонких пластов 0,8; 0,9 м.
Широкозахватные исполнительные органы имеют очистные комбайны «Кировец-2К» (Bs = l,65; 1,8 м) и 2КЦТГ, (В3 = = 1,55; 1,6 м), которые еще продолжают выпускаться по зака зам шахт для работы на пластах мощностью 0,55—0,9 м. Эти комбайны работают с почвы пласта в комплекте с разборными или передвижными конвейерами и индивидуальной крепью. ^ В зависимости от угла падения пласта различают комбай ны для пологих и пологонаклонных пластов (с углом падения до 35°), крутонаклонных (36—45°) и крутых (46—90°) пластов. При работе на пологих и пологонаклонных пластах комбай ны должны производить принудительную выгрузку угля из зо ны работы исполнительного органа, а также необходимо при менять механические средства доставки угля из очистного за боя (лавы).
На пластах с углами падения более 35° уголь перемещает ся вниз по очистному забою под действием гравитационных сил.
Исполнительные органы комбайнов по конструктивному ис полнению могут быть: шнековыми, барабанными, корончатыми, дисковыми, цепными и комбинированными.
К исполнительным органам предъявляются следующие ос новные требования:
обеспечение максимально возможной производительности при данных горно-геологических и горнотехнических условиях;
разрушение полезного ископаемого с минимальными энер гоемкостью и степенью измельчения;
осуществление выгрузки полезного ископаемого из зоны ра боты исполнительного органа и погрузки его на доставочную машину (при работе комбайна на пологих и пологонаклонных пластах);
возможность бесступенчатого регулирования по высоте (по мощности вынимаемого пласта
Рис.1.1. Очистной узкозахватный комбайн РКУ13 со шнековым исполнительным органом
полезного ископаемого);
высокие механический КПД, безотказность и долговечность.
В настоящее время на очистных узкозахватных комбайнах наибольшее распространение получили шнековые исполни тельные органы 1 (см. рис. 1.1) с горизонтальной осью вра щения.
Шнек (рис. 1.2) состоит из трубы 4, на которой расположе ны винтовые лопасти 2, несущие кулаки 3 для закрепления в них резцов. Винтовые лопасти осуществляют погрузку отбито го резцами угля на забойный конвейер. Выпускаются шнеки в двух исполнениях, отличающихся направлением винтовых ло пастей, для работы в правом и левом забоях. С забойного тор ца шнека располагается диск (лобовина) 5, на котором уста навливается увеличенное число резцов 1 для обработки кутковой части забоя.
Чтобы осуществить фронтальное внедрение шнеков в уголь ный пласт при зарубке без косых заездов комбайна, в лобови-не шнека выполняются проемы.
В зависимости от горно-геологических условий и других факторов применяют шнеки литой и сварной конструкции; по числу винтовых лопастей (спиралей) и их типу —обычно двух-и трехзаходные с постоянным или переменным шагом навивки лопастей.
Конструктивными параметрами шнековых исполнительных органов являются (см. рис. 1.2): диаметр исполнительного ор гана — Dm (диаметр шнека по концам установленных на нем резцов, м); внутренний диаметр погрузочной лопасти (диаметр ступицы шнека)—dm, м; толщина винта шнека — бш, м; число заходов шнека — N3 (обычно два или три); угол подъема вин та шнека аш — градус; ширина захвата шнека — В3, м.
Преимущества шнековых исполнительных органов: просто та конструкции и достаточно высокая безотказность как самих шнеков, так и систем их подвески и регулирования положения шнека по мощности пласта; возможность осуществления по грузки определенного объема разрушаемого полезного ископае мого без дополнительных погрузочных устройств.
Диаметры шнеков Dm могут составлять: 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000 и 2300 мм.
Все серийно выпускаемые очистные угольные узкозахват ные комбайны для пологонаклонных пластов (за исключением комбайна КА80) имеют шнековые исполнительные органы. Это комбайны: КЮЗ, 1К101У, КШ1КГУ, 1ГШ68, 2ГШ68Б; КШЗМ, 2КШЗ, 1КШЭ, а также комбайны унифицированного ряда —РКУЮ, РКУ13, РКУ16, РКУП20-25.
Наряду со шнековыми применяют также и барабанные ис полнительные органы с горизонтальными и вертикальными ося ми вращения. Барабанные исполнительные органы с горизон тальными осями вращения имеют те же положительные каче ства, что и шнековые органы, кроме одного — у них практиче ски отсутствует погрузочная способность. Поэтому барабаны с горизонтальными осями применяют в комбайнах для работы на крутонаклонных и крутых пластах («Поиск-2», «Темп-1»), где используют гравитационный способ удаления полезного ис копаемого из забоя.
Комбайн КА80 для тонких пологонаклонных пластов (рис. 1.3) имеет два регулируемых по мощности пласта бара бана 2,5 с вертикальными осями вращения, которые симмет рично располагаются по концам корпуса комбайна и обеспечи вают челноковую схему работы с самозарубкой комбайна в пласт по концам очистного забоя.
Недостатки вертикальных барабанов: сложность их конст рукции, связанная с наличием встроенных в барабан гидро домкратов для перемещения в вертикальном направлении верхней части барабанов; низкий КПД привода из-за наличие приводных —режуще-погрузочных цепей 1, 8; низкая, как у всех барабанов, погрузочная способность, требующая обяза тельного применения погрузочных щитков 3, 6 и погрузочного лемеха 10 на забойной стороне рештачного става 11 конвейера. В то же время резцы вертикальных барабанов работают по напластованию угля, что обеспечивает более низкую энергоемкость разрушения, лучшую сортность угля и позволяет комбай ну эффективно работать на крепких и вязких углях. Корпус 12 комбайна, состоящий из редукторов привода исполнительных органов 4, 7 и электродвигателя 5, находится за конвейером (со стороны выработанного пространства).
Цепные исполнительные органы в виде плоского бара с ре жущей цепью, замкнутой в горизонтальной плоскости, приме няют во врубовой машине «Урал-33», а в виде кольцевого бара с режущей цепью, замкнутой в вертикальной плоскости,— в широкозахватном комбайне «Кировец-2К». Наличие сил тре ния скольжения при движении режущей цепи в направляющих ручьях плоского и кольцевого баров вызывают повышенный износ цепей и направляющих рам, что предопределяет их отно сительно небольшую долговечность и низкий (менее 0,5) КПД.
Цепной исполнительный орган в сочетании с буровым корон чатым используют в комбайне 2КЦТГ.
В современных очистных комбайнах цепные исполнитель ные органы играют роль элементов трансмиссий для передачи вращения барабанам (комбайн КА80 для пологих и «Темп-1» для крутых пластов), а также элементов погрузочных (КА80) и зачищающих забой («Темп-1») органов.
Рабочим инструментом исполнительных органов очистных комбайнов являются резцы различной конструкции. Резцы очистных комбайнов подразделяют на радиальные и тангенци альные. Радиальные резцы применяют для разрушения полез ного ископаемого сопротивляемостью пласта резанию Ар до 360 кН/м и устанавливают в резцедержателях (кулаках) ис полнительного органа по радиусу шнека или барабана. При этом ось державки резца перпендикулярна к линии резания. Тангенциальные резцы устанавливаются в резцедержателях под острым углом к радиусу. Они предназначены для отделения угля стружками большого сечения и поэтому применяются на очистных комбайнах при работе на углях не выше средней кре пости (с сопротивляемостью угля резанию до 200— 250 кН/м).
На рис. 1.4 в качестве примеров представлены широко рас пространенные радиальный резец ЗР4-80 (рис. 1.4, а) и танген циальный вращающийся резец типа РКС (рис. 1.4,6).
Основными конструктивными параметрами радиальных рез цов являются: угол заострения б; передний угол 9; конструк тивный задний угол ч и угол резания а = 6+ч; форма передней грани; форма режущей кромки; ширина режущей кромки Ь; радиальный конструктивный вылет резца /р.
Передняя грань может быть плоской, клиновидной (см. рис. 1.4, а) и овальной формы. Наиболее распространены рез цы с плоской и клиновидной передними гранями. Форма режу щих кромок может быть овальной, прямоугольной, клиновид ной и трапециевидной.
Основные конструктивные параметры тангенциальных рез цов типа РКС (см. рис. 1.4, б): диаметр d, угол заострения (конус керна) б, осевой вылет Но и угол атаки г|), определяю щий положение резца относительно траектории движения его вершины.
Резцы изготовляются из высококачественных легированных
сталей ЗОХГСА, 35ХГСА с последующей термообработкой для обеспечения высокой прочности. Для обеспечения высокой твердости и износостойкости рабочих поверхностей резцы ар мируют обычно пластинками или кернами вольфрамо-кобальтового металлокерамического твердого сплава.
Системы перемещения (подачи) очистных комбайнов. Си стемы перемещения предназначены для передвижения комбай нов в процессе работы с необходимым тяговым (напорным) усилием, а также для передвижения при различных маневро вых операциях. Широкое распространение в очистных комбай нах получили системы с гибкими тяговыми органами (цепные и реже канатные), бесцепные системы перемещения и в ряде случаев гусеничные.
Систему перемещения очистного комбайна образуют гибкий тяговый орган или жесткий опорный (рейка), механизм пере мещения и удерживающие устройства.
Механизм перемещения представляет собой вариатор ско рости с редуктором, на выходном валу которого установлена ведущая звездочка, взаимодействующая с круглозвенной цепью, либо специальные зубчатые колеса, которые катятся по рейке, либо канатный барабан (для широкозахватных комбайнов).
В очистных комбайнах применяют встроенные и вынесенные системы перемещения.
Механизм перемещения встроенных систем устанавливается непосредственно в корпусе комбайна. При этом механизм пере мещения и его ведущий элемент (звезда, колесо, канатный ба рабан) движется вместе с комбайном, а тяговый или опорный орган (цепь, рейка, канат) — неподвижен.
Схемы очистных узкозахватных комбайнов со встроенной системой перемещения, передвигающихся по раме забойного скребкового конвейера при помощи цепного тягового органа, показаны на рис. 1.5. Встроенный механизм 2 имеет ведущую 6 и отклоняющую 5 звездочки. Цепь 3 растянута вдоль рештач-ного става забойного конвейера. Ведущая звездочка 6, пере мещаясь по натянутой цепи, заставляет двигаться комбайн в направлении вектора скорости подачи va. Отклоняющие звез дочки 5 в комбайнах 1ГШ68, КШ1КГУ, КШЗМ (рис. 1.5, а), 1КЮ1У, (рис. 1.5,6) кинематически связаны со звездами 6. На участке между звездами 6 я 5 цепь имеет «слабину>, по этому ведущей является та звезда, на которую цепь набегает (в рассматриваемом случае — звезда 6). Звезда 5, с которой цепь сбегает, принудительно выталкивает ее.
При реверсе механизма перемещения функции звездочек меняются.
По концам тяговой цепи могут устанавливаться компенса торы длины цепи 4 (пружинные или гидравлические) для натя жения ее холостой «ветви и вертлюги / для самоцентровки цепи относительно направляющих роликов приводной и отклоняю щей звездочек.
В системах перемещения очистных комбайнов используют цепи классов точности Д и реже С калибром от 14 до 32 мм. Материал цепи — стали марок ЗОХГМА и 25ХГНМА. Для со единительных звеньев используют сталь 40ХНМА. Разрывное усилие цепей достигает 1000 кН.
Рис. 1.6. Бесцепная система перемещения (БСП)
К недостаткам цепных тяговых органов относятся: создание опасной ситуации для рабочих при разрывах цепи и ее попе речных колебаниях; большая амплитуда продольных колеба ний и вследствие этого неравномерная подача комбайна, осо бенно при большой длине цепи (длине забоя); необходимость применения предохранительной лебедки при углах падения пласта 9° и более для предотвращения сползания, комбайна вниз по очистному забою в случае разрыва тяговой цепи, ка нат которой загромождает стесненное рабочее пространство.
Поиски дальнейших путей совершенствования механизмов перемещения очистных комбайнов привели к созданию бесцеп ной системы перемещения (БСП). В БСП (рис. 1.6) тяговая цепь заменена жесткой направляющей 3, выполненной в виде зубчатой 6 или цевочной 7 рейки. Комбайн 2 перемещается по раме 1 забойного конвейера при помощи встроенного движи теля /. По числу элементов движители могут быть двухэле ментными— звездочка 8, цевочная рейка 7 (поз. /" на рис. 1.6) и трёхэлементными—звездочка 4, цевочное колесо 5, зубчатая рейка 6 (поз. /' на рис. 1.6). БСП может иметь также и дру гие различные варианты исполнения — по расположению дви-
Рис. 1.7. Вынесенная система перемещения (ВСП) с механизмом переме щения, установленным на раме приводных блоков конвейера (а) и на вен тиляционном штреке (б)
жителя (со стороны забоя или выработанного пространства) и по расположению приводных элементов 5, 8 (в вертикальной или горизонтальной плоскости).
Преимущества БСП перед системами перемещения с цепны ми тяговыми органами: значительное снижение колебаний ско рости перемещения за счет повышения жесткости опорного ор гана перемещения; повышение безопасности работ в результа те ликвидации тяговой цепи; отсутствие необходимости в пред охранительной лебедке.
Бесцепная система перемещения применяется в комбайнах типов 2ГШ68Б, 1КШЭ, РКУ10, РКУ13, РКУ16, РКУП20-25 и будет реализована в комбайнах КЮ4 и К85. Создается рейка с вертикально расположенными зубьями для мощных комбай нов.
Следует отметить, что БСП комбайнов РКУЮ, РК.У13, РК.У16, РК.УП20-25 и 1КД1Э имеют по два движителя, что су щественно повышает надежность систем перемещения и ука занных типов комбайнов в целом.
Вынесенная система перемещения (ВСП) применяется в очистных узкозахватных комбайнах, работающих на тонких пластах. Механизмы перемещения 1 устанавливаются вне очи стного комбайна на рамах приводных блоков конвейера (рис. 1.7, а) или в прилегающих к очистному забою выработках (рис. 1.7,6). Для этой системы перемещения характерны дви жущийся по очистному забою тяговый орган (цепь 2, канат 3) и один или два неподвижных механизма перемещения.
Применение ВСП позволяет уменьшить длину очистного комбайна, что улучшает его вписываемость в тонкие пласты. Вынесенная система перемещения комбайнов, работающих на крутонаклонных и крутых пластах, состоит из тягово-предохранительной лебедки /, 2 (см. рис. 1.7,6) типа 1ЛГКНМ, уста новленной на вентиляционном штреке. Лебедка объединяет в себе механизм перемещения и удерживающее устройство. Один из канатов 3 лебедки является тяговым, другой — предохрани тельным, обеспечивающим удержание комбайна 4 в случае по рыва тягового.
Область рационального применения узкозахватных комбайнов:
пласты мощностью 0,55—0,8 м — комбайны с буровыми и барабанными исполнительными органами с вертикальной осью вращения;
пласты мощностью 0,8—1,2 м — комбайны с исполнительными органами любых типов, за исключением барабанных с горизон тальной осью вращения;
пласты антрацитов, энергетических углей, где повышенный выход крупных фракций обеспечивает значительный экономиче ский эффект — комбайны с буровыми исполнительными орга нами;
пласты с кливажистыми углями, явно выраженным контактом с боковыми породами, интенсивным отжимом угля, устойчивыми кровлями — комбайны с барабанными исполнительными органами с вертикальной осью вращения;
пласты с неустойчивыми кровлями, неспокойной гипсометрией и значительными колебаниями мощности пласта, где к сортности угля не предъявляют повышенные требования, — комбайны со шнековыми исполнительными органами;
пласты мощностью более 1,2 м — комбайны со шнековыми и буровыми исполнительными органами. Последние рекомендуются при выемке антрацитов и энергетических углей.
§ 7. ЭКСПЛУАТАЦИЯ ОЧИСТНЫХ КОМБАЙНОВ
Высокопроизводительная работа комбайнов, увеличение срока их службы и повышение ресурса могут быть достигнуты за счет научной организации труда, квалифицированного технического обслуживания, осуществления ежесменной проверки техниче ского состояния и соблюдения правил эксплуатации оборудования, систематического проведения ремонтных осмотров и выполнения всего объема работ по текущему ремонту в соответствии с графи ком ППР.
Техническое обслуживание включает в себя следующие виды работ: проверка работоспособности машин и механизмов, а также состояния смазки и пополнение или замену ее при необходимости; замена быстроизнашивающихся элементов без дополнительной разборки или без съема других узлов; укорачивание (удлинение) конвейера; подтяжка болтовых и крепежных элементов; ревизия и ремонт электрической аппаратуры; замена резцов исполнитель ного органа комбайна; заливка масла в редукторы и др.
Работы по техническому обслуживанию оборудования должны выполняться обслуживающим или дежурным персоналом под ру ководством механика участка. Для обслуживания сложных меха-ногидравлических и электронных систем привлекаются квалифи цированные работники специализированных предприятий.
Ежесменная проверка технического состояния и соблюдения правил эксплуатации оборудования осуществляется лицами над зора. По каждому виду оборудования должен быть разработан конкретный перечень деталей и узлов, на которые необходимо обратить внимание при проверке его технического состояния. В случае выявления недостатков принимаются экстренные меры по их устранению. Кроме того, лица надзора проводят инструктаж обслуживающего и дежурного персонала на рабочих местах, а также сообщают об имевших место неполадках и неисправностях машин и механизмов и случаях нарушения правил безопасности и эксплуатации и принимают меры по предупреждению подобных нарушений.
Еженедельный технический осмотр оборудования осущест вляется механиком участка с привлечением дежурного и обслужи вающего персонала, а в случае необходимости и других рабочих участков. На основании данных осмотра принимаются меры по устранению выявленных недостатков, а также по предотвращению возможных неполадок с машинами и механизмами. Объем и вид работ по техническому осмотру определяются соответствующим перечнем по каждому виду оборудования.
Ремонтный осмотр оборудования осуществляется в ремонтно-подготовительные смены и выходные дни ремонтным персоналом под руководством механика участка. Ремонтные осмотры проводят для проверки технического состояния деталей, узлов и машины в целом, уточнения сроков и объемов работ по ремонту и межре монтному техническому обслуживанию, а также для разработки или корректировки графиков ППР с последующим выполнением намеченных мероприятий для поддержания оборудования в рабо тоспособном состоянии.
Текущие ремонты выполняют в ремонтно-подготовительные смены и выходные дни ремонтной бригадой энергомеханической службы шахты с обязательным участием механика, обслуживаю щего и ремонтного персонала участка. При планировании теку щего ремонта определяют сроки плановой замены узлов и деталей.
Правильная организация ППР и соблюдение инструкций по эксплуатации горношахтного оборудования являются решающими факторами в увеличении сроков службы оборудования, улучше нии его сохранности, снижении аварийности.
При получении нового комбайна на шахте необходимо провести следующие работы:
проверить комплектность поставки;
смонтировать комбайн на поверхности;
тщательно опробовать с участием бригады, которая будет на нем работать и подготовить к спуску в шахту.
Перед началом работы машинист и помощник должны принять от предыдущей смены комбайн в исправности и убедиться в нор мальном состоянии забоя.
При работе комбайна необходимо тщательно следить за соблю дением пылегазового режима в лаве. В шахтах третьей категории и сверхкатегорных по газу машинист комбайна и его помощник обязаны иметь автоматический переносной сигнализатор метана.
Машинист должен тщательно следить за исправностью элек трооборудования, взрывобезопасных оболочек, блокировочных устройств, заземления.
В процессе работы необходимо соблюдать следующие основ ные правила:
не включать двигатель при включенном механизме перемеще ния комбайна во избежание перегрузки двигателя;
перед тем, как остановить машину, следует выключить ее ме ханизм перемещения, чтобы дать возможность исполнительному органу сделать несколько оборотов на месте, а затем выключить электродвигатель.
Пользоваться рукояткой включения — выключения редук тора исполнительного органа следует только при небольших обо ротах электродвигателя, после того, как он выключен.
Перед тем, как произвести смазку, осмотр и ремонт комбайна, необходимо рукояткой отключить редуктор исполнительного органа, кнопками «Стоп» — электродвигатели конвейера и ком байна, а рукояткой разъединителя ВРК-20 разомкнуть электри ческую цепь.
Машинист обязан следить за нормальной работой комбайна, не допускать его перегрузки, регулируя для этого скорость переме щения, не допускать присутствия людей около движущихся ча стей комбайна, наблюдать за тем, чтобы у конвейера не было де формированных скребков, которые могли бы задеть за корпус ком байна, а также чтобы рештаки конвейера не раздвигались и не де формировались, во избежание заклинивания опорных лыж ком байна.
Запрещается: производить пуск конвейера откуда-либо, кроме как с пульта управления комбайна; при порыве тяговой цепи включать исполнительный орган; перемещать комбайн назад при вращающемся исполнительном органе и установленном погрузоч ном щитке; использовать комбайн или предохранительную лебедку для выполнения подсобных работ в лаве; отключать средства пыле-подавления; при падении пласта более 9° работать без предохрани тельных устройств; работать на комбайне без резиновых пер чаток.
Необходимо тщательно следить за надежностью крепления конца тяговой цепи и ее исправным состоянием. При этом дефор мированных звеньев быть не должно, а число соединительных звеньев не должно превышать пяти на участке цепи длиной 25 м.
По окончании работы в лаве, если комбайн не передается другой смене, машинист обязан: выключить комбайн и конвейер кнопками «Стоп» и зафиксировать их; поставить рукоятку разъединителя ВРК-20 в нейтральное положение; выключить редуктор привода исполнительного органа; поставить рукоятку механизма переме щения машины в нейтральное положение; закрыть кран ороси тельного устройства; вынуть штепсельную муфту из гнезда; прочно закрепить комбайн; заблокировать магнитный пускатель на штреке.
1.4. УГОЛЬНЫЕ СТРУГИ
Угольный струг — выемочная машина струговой установку в отличие от очистных комбайнов, разрушает уголь резанием с поверхности забоя вдоль линии напластования угля с посто янной или переменной (в зависимости от сопротивляемости уг ля резанию) глубиной резания (толщиной угольной стружки). По способу воздействия рабочего инструмента струга на раз рушаемый массив угольного пласта струги могут быть статическими и динамическими.
В статических стругах передача энергии стругу для разру шения угля резанием осуществляется замкнутой тяговой цепью
привода системы перемещения струга без каких-либо преобра зований.
В динамических стругах подводимая к стругу тем или иным способом энергия преобразуется в ударные импульсы, пере дающиеся на рабочий инструмент струга.
Распространение в СССР и за рубежом получили струги статического действия.
Преимущества струговой выемки:
эффективный способ разрушения угольного пласта резани ем вдоль напластования с глубиной резания, достигающей 100 мм (при слабых углях), в наиболее отжатой зоне уголь-яого пласта — с поверхности забоя. Это обеспечивает доста точно низкую энергоемкость процесса разрушения угля, высо кую сортность добываемого угля при небольшом пылеобразо-вании;
относительная простота и надежность конструкции собст венно стругового исполнительного органа, представляющего собой литой корпус с закрепленными на нем резцами. На дви жущемся струге нет электро- или гидродвигателей, трансмиссий и в забое отсутствуют коммуникации для передачи энергии к движущемуся стругу;
отсутствует необходимость перемещения машиниста стру га вдоль очистного забоя вслед за перемещением струга, что существенно уменьшает физическую тяжесть и напряженность «го труда.
К недостаткам струговой выемки относятся:
неуправляемость процесса обрушения верхней пачки угля, что затрудняет применение совместно со стругами механизиро ванных крепей;
низкий КПД стругов (0,2—0,3) из-за больших потерь на трение струга и тяговой цепи о почву и став забойного конвейера.
Как показывает опыт эксплуатации стругов, их применение наиболее целесообразно на пластах тонких и средней (не бо лее 2 м) мощности. Сопротивляемость пласта резанию должна составлять не более 250 кН/м в стабильной (неотжатой) зоне и ПО—125 кН/м в зоне работы режущего инструмента. Весьма благоприятны для работы стругов пласты угля с кли важем под углом 5—40° к линии забоя и эффективным отжи мом угля под влиянием горного давления; спокойное залегание пласта.
Современная струговая установка СО75М (рис. 1.11) пред ставляет собой систему забойного оборудования, состоящую из струга 15, конвейера 2, гидродомкратов 3 передвижения кон вейера на забой, системы орошения 4, гидро- и электрообору дования. Приводы струга 21 и конвейера / имеют двухскоростные коробки передач, что позволяет получать различные соотношения скоростей движения струга и конвейера и поддержи* вать оптимальный режим работы в различных горно-геологиче-ских условиях.
Тяговая цепь струга 11 в установке СО75М располагается со стороны выработанного пространства и крепится к опорной плите струга 6, перемещающейся по почве пласта под рештач-ным ставом 5 конвейера. Такой струг называется стругом от рывного действия. Для размещения приводов установки слу жат гидрофицированные столы 20, имеющие по две распорные стойки 19.
Опорная плита струга состоит из средней части 14, двух шарнирных проставок 16 и концевых плит 17 с устройствами для крепления концов тяговой цепи. На концевых плитах за креплены также утюги 18 для направления движения струга по рештачному ставу конвейера, резцедержатели 10 для зачист-ных резцов и ограничители толщины стружки 12. На средней части опорной плиты
закреплены нижние поворотные резцедер жатели 9 и наборы проставок 7 с резцедержателем 8. Высота струга регулируется ступенчато изменением числа проставок. Для отведения от забоя резцов, не участвующих в работе, державки связаны между собой цепью 13.
По аналогичной конструктивной схеме (струг снабжен подконвейерной плитой, а тяговые цепи размещены в специальном желобе става конвейера со стороны выработанного пространст ва) выполнены также отечественные установки УСТ2М, СОШ, УСВ2 и «Reishackenhobel» (Германия). В струговых установ ках СН75М и «Gleithobel» (Германия) струги не имеют под-конвейерной плиты и перемещаются по направляющим, распо ложенным вдоль става конвейера с забойной стороны. Тяговые цепи также размещены в желобе с забойной стороны става кон вейера. Такие струги называют стругами скользящего типа и ^они считаются предпочтительными для разрушения углей с по-'вышенной сопротивляемостью резанию (до 300 кН/м) в ста бильной зоне и до 150 кН/м в зоне работы режущего инстру мента).
В настоящее время для шахт серийно выпускаются отечест венными заводами струговые установки: УСТ2М,СОП1, СО75М, ^СН75М и УСВ2, имеющие два привода струга и два привода ? конвейера. Техническая характеристика приведена ниже.
Все струговые установки, техническая характеристика ко торых приведена выше, применяются на пластах с углами па дения: до 25° — при работе по простиранию, до 8° (СОП1 и УСВ2 до 12°) то восстанию, до 5° — по падению. Струговая установка УСВ2 работает совместно с механизированной крепью, остальные как с индивидуальной, так и с механизи рованной.
Установки УСТ2М, СОП1, СО75М, УСВ2 работают с отжи мом рештачного става конвейера от забоя при движении стру га вдоль конвейера в процессе работы, что позволяет стругу регулировать в определенном диапазоне глубину резания (тол щину стружки) в зависимости от изменения сопротивляемости угля резанию и степени износа вставок стругового режущего инструмента.
Особенность струговой установки СН75М — отсутствие от жима конвейерного става при проходе струга, что обеспечивает заданную постоянную глубину резания и дает возможность пе редавать большие напорные усилия, необходимые при выемке крепких углей.
Система орошения во всех струговых установках автомати ческая секционная с форсунками 4, установленными на кон вейере со стороны выработанного пространства (см. рис. 1.11).
По мере перемещения струга форсунки поочередно вклю чаются, а затем выключаются, что уменьшает расход воды и создает более благоприятные условия для работы.
Гидрооборудование установок выполнено на базе насосной станции СНУ5Р или СНТ32, работающих на водомасляной эмульсии.
Электрооборудование струговых установок включает в се бя станцию управления КУВ-350А и аппаратуру АРУС. Элект рооборудование обеспечивает дистанционное управление токо приемниками и заданную последовательность их включения, электрическую защиту, освещение, звуковую сигнализацию и громкоговорящую связь.
Аппаратура АРУС может также осуществлять цифровую индикацию местонахождения исполнительного органа (струга) в забое с указанием направления его движения, а также инди кацию состояния (включено, выключено) основных и вспомо гательных объектов управления.
Кроме указанных струговых установок серийно выпускает ся скрепероструговая установка УСЗ, отличающаяся тем, что в ней отсутствует передвижной забойный конвейер, а уголь в ус ловиях пологих и пологонаклонных (до 35°) пластов доставля ется скрепером. Скрепероструговая установка предназначена для выемки угля из пластов мощностью 0,3—1,2 м с углами падения до 30°.
Привод скрепероструга осуществляется двумя электродви гателями мощностью по 85 кВт.
1.5. МЕХАНИЗИРОВАННЫЕ И ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ КРЕПИ
Механизированная крепь — это горная машина, размещен ная по всей длине очистного забоя, и состоящая из самопере двигающихся секций, механизирующих процессы — крепления очистной выработки, управления кровлей и передвижки на за бой става забойного конвейера или базы комплекса (агрегата) вместе с выемочной машиной.
Механизированная крепь состоит из секций или комплектов (групп взаимосвязанных секций), насосной станции (одной или нескольких), распределительной и контрольно-регулирую щей аппаратуры и гидрокоммуникаций.
Основная функция механизированной крепи — создание со противления опусканию (обрушению) пород кровли в призабойное пространство. По функциональному признаку механизи рованные крепи разделяют на поддерживающие (рис. 1.12, а), поддерживающе-оградительные (рис. 1.12,6), оградительно-поддерживающие (рис. 1.12, в) и оградительные (рис. 1.12, г). Тип крепи можно определить соотношениями величин проек ций поддерживающих La и оградительных элементов LOГ сек ций на горизонтальную плоскость в направлении осевой линии секции.
Секция является самостоятельной структурной единицей ме ханизированной крепи очистного забоя. Она включает в себя следующие основные элементы — гидростойку (или гидростой ки) /, верхнее перекрытие, состоящее из поддерживающей 2 и (или) оградительной 3 частей, нижнее основание 4 один или два гидродомкрата 5 (см. рис. 1.12), располагаемых в основа нии или у перекрытия, и систему управления секцией.
В состав секции могут также входить дополнительно уст ройства силовой связи основания с перекрытием, удержания поверхности забоя в его верхней части, направленного пере движения и устойчивости секции, удержания от сползания забойного конвейера, перекрытия боковых зазоров, активного подпора перекрытия в процессе передвижки секции и др.
У секций поддерживающих крепей отсутствуют огради тельные элементы, воспринимающие вертикальную нагрузку от обрушающихся пород кровли. Защитное ограждение 3 (см. рис. 1.12, а) выполняет в этом случае функцию защиты рабочего пространства от бокового проникновения обрушающихся по род.
Характерная особенность поддерживающих и поддерживающе-оградительных крепей — соединение их гидростоек с под держивающими элементами перекрытия. В оградительно-под держивающих и оградительных крепях гидростойки соединяют ся непосредственно с оградительными элементами.
С позиции применения крепей по мощности пластов механи зированные крепи делятся на три группы: тонкие — 0,7—1,2 м, средней мощности 1,2—2,5 м и мощные 2,5—5 м.
По силовым связям между секциями крепи могут быть комплектными и агрегатированными. Под комплектной крепью понимают такую крепь, в которой две или более секций объ единены (связаны) друг с другом в комплект с помощью гид родомкратов передвижки секций. По месту расположения гид родомкратов передвижки комплектные крепи могут быть с ниж ним (крепи 1М88С, М87УМС для струговых комплексов) и верхним (рис. 1.13), расположением гидродомкратов 3 между секциями 1 и 2 (крепь МКС98).
Секции крепи МКС98 не имеют нижнего основания. Его за меняют индивидуальные круглые опорные плиты 4 гидро стоек.
Независимо от места расположения гидродомкратов связей между секциями комплекты крепи кинематически не взаимо увязаны. Передвижка каждого комплекта (обычно двухсекци онного) осуществляется независимо друг от друга, поэтому та кие крепи не пригодны для дистанционного и автоматического управления.
Основным типом механизированных крепей в настоящее время являются агрегатированные крепи, в которых все секции связаны гидродомкратами передвижения (агрегатированы) со ставом забойного конвейера очистного комплекса или базой агрегата. Передвижение секций агрегатированных крепей ки нематически взаимоувязано, поэтому они пригодны для дис танционного и автоматического управления. Гидродомкраты передвижки имеют, как правило, нижнее расположение и ис пользуются не только для передвижки секций крепи, но и для передвижки конвейера или базы агрегата на забой.
Конструктивные схемы секций агрегатированных крепей с различным расположением и числом гидростоек показаны в табл. 1.3.
Одностоечная схема использована в крепях оградительно-поддерживающего типа: 40КП70, 10КП70, 20КП70, 30КП70. Для рамных двух- и трехрядной схем характерным является расположение гидростоек друг за другом по продольной оси (по длине) секции. Двухрядные рамные секции
применяют в крепях поддерживающего типа МКС98, 1М88, 1М88С, М87УМН, М87УМП и М87УМС, а также в крепях поддерживающе-оградительного типов МК75 и Ml30.
Недостатки рамных секций крепей поддерживающего типа: передача на гидростойки поперечных усилий при передвиже нии без потери контакта перекрытия с породами кровли; недо статочная устойчивость в поперечном направлении перекрытий и секций в целом.
Кустовые секции имеют более высокую поперечную устой чивость Из кустовых секций крепей получили распростране ние двух- трех- и четырехстоечные секции. В первом случае — зто крепи М137А, УКП5, во втором -М144 и в третьем-МКЮЗМ, КД80, 1МТ, 2МТ, М138А и М142.
Кустовые шестистоечные секции, ранее широко распростра ненные в Великобритании, в последние годы заменяются четырехстоечными как более простыми и обладающими теми же
эксплуатационными качествами. Отечественными шестистоечными кустовыми секциями, укомплектованы крепи 2МКДМ («Донбасс-М»). I
Механизированные крепи, секции которых имеют силовую связь перекрытия с основанием, называются щитовыми неза висимо от числа гидростоек в секции.
К щитовым относят крепи оградительно-поддерживающего (рис. 1.14, а) или поддерживающе-оградительного (рис. 1.14,6) типа, у которых перекрытия, состоящие из поддерживающей 1 и оградительной частей 3, и основание 5 секций имеют силовую и кинематическую связь между собой, не только с по мощью гидростоек 2, но также и с помощью шарнирных рыча гов 4.
Все щитовые крепи выполняют только с нижней завязкой, а наличие силовой связи перекрытия с основанием позволяет передвигать секции крепи с активным подпором, разгружая при этом гидростойки от поперечных усилий. Щитовые крепи могут быть одно- и многостоечными. При этом секции огради тельно-поддерживающего типа имеют одну (крепи 10КП70, 2ОКП70Б, ЗОКП70Б и 4ОКП70) или две стойки 2 (крепи УКП5).
Щитовой тип секций является в настоящее время основным, особенно для пластов мощностью более 1 м.
Типовая схема подключения гидростойки к системе гидро привода механизированной крепи и рабочая характеристика гидростойки показаны на рис. 1.15. В поршневую полость П (рис. 1.15, а) гидростойки по магистрали 8—5—6—7 подается рабочая жидкость от насосной станции. Гидростойка начина ет воздействовать на боковые породы с усилием начального распора NH..Р (kH):
где D — внутренний диаметр цилиндра гидростойки, м; рН.С — давление, развиваемое насосной станцией в гидростойке, МПа.
Разгрузочный клапан (гидрозамок) РК отсекает поршне вую полость гидростойки от напорной магистрали 8. Стойка оказывает сопротивление N опусканию кровли. При этом уве личивается давление рабочей жидкости в поршневой полости П гидростойки (линии АВ, рис. 1.15,6), происходит упругое сжа тие рабочей жидкости и упругая деформация цилиндра стойки. В этот период выдвижные части гидростойки опускаются на величину Δhy с одновременным увеличением усилия сопротив ления опусканию пород кровли. На этом участке (линия АВ) гидростойки работает в режиме нарастающего сопротивления. При дальнейшем опускании кровли давление в поршневой по лости Я гидростойки повышается до настроечного давления срабатывания предохранительного клапана ПК и он срабаты вает. Гидростойка начинает работать в режиме постоянного рабочего сопротивления Np.c (линия ВС). Работа предохрани тельного клапана в этом режиме характеризуется давлениями открывания клапана Рот и его закрывания Рзк.
Для контроля давления в поршневой полости стойки слу жит индикатор давления ИД, который компонуется совместно с предохранительным ПК и разгрузочным РК клапанами в одном корпусе 9, образуя стоечный гидроблок, или выносится на рукав высокого давления.
Для разгрузки гидростойки рабочая жидкость под давле нием подается по магистрали 1—2—3—4вштоковую Ш полость стойки и по магистрали 2—2 в разгрузочный клапан РК, от крывая выход рабочей жидкости из полости Я на слив по ма гистрали 7—6—5—8. При этом выдвижная часть гидростойки опускается. Гидростойка может разгружаться полностью с по терей контакта перекрытия с кровлей или частично со снижени ем давления в поршневой полости до заданного предела (до 0,01 МПа) в случае передвижки крепи с активным подпором.
В механизированных крепях в настоящее время применяют предохранительные клапаны трех типов: ЭКП, ОМКТМ, ГВТН10 с номинальными давлениями срабатывания соответ ственно 40, 32 и 50 МПа.
Максимальный расход (л/мин) рабочей жидкости через клапан при давлении 1,25 номинального составляет: 30 — для клапана ЭКП, 15 — для клапана ОМКТМ и 80 — для клапана ГВТН10. Применение предохранительных клапанов с большим максимальным расходом рабочей жидкости уменьшает вероят ность раздутия цилиндров гидростоек при резких осадках кровли.
Рис. 1.15. Схема подключения гидростойки к системе гидропривода механи зированной крепи (а) и рабочая характеристика гидростойки (б)
Стойки одинарной гидравлической раздвижности применяют в крепях, предназначенных для работы на пластах средней мощности и мощных. Коэффициент раздвижности Кр = lр/ lmin, характеризующий отношение длины полностью раздвинутой стойки lр к длине сложенной стойки lmin, составляет обычно для таких стоек 1,32—1,58.
В настоящее время преимущественное распространение во вновь создаваемых крепях получают стойки двойной гидрав лической раздвижности. Они хотя и дороже в изготовлении, но обладают большей эффективностью в эксплуатации из-за лучшей приспосабливаемости к изменениям мощности пласта. Коэффициент раздвижности таких стоек составляет 1,8—2.
В секциях механизированных крепей применяют также гид родомкраты и гидропатроны, которые используют: для пере движения секций крепи и става конвейера, обеспечения устой чивости и направленного движения секций, управления кон сольной частью перекрытия секций (прижатие к кровле или выдвижение).
Основными параметрами механизированной крепи, опреде ляющими условия ее применения и взаимодействия с кровлей, являются: удельное сопротивление крепи, коэффициенты — гид равлической раздвижности гидростойки, начального распора, затяжки кровли. Коэффициент затяжки характеризует отно шение площадей поверхности перекрытий секций и поддержи ваемой кровли.
Техническая характеристика современных механизирован ных крепей приведена в табл. 1.4.
Отличительная особенность крепей М137А и М138А — осна щенность их комплектами устройств автоматизации управления, которые обеспечивают автоматическую индивидуальную и групповую передвижку секций крепи с заданным отставанием передвигаемых секций от комбайна, как с пульта управления установленного на штреке, так и оператором в очистном за бое, а также гарантированный начальный распор секций.
Крепь поддерживающе-оградительного типа Ml30 в отли чие от других агрегатирована по перекрытиям. Перекрытия всех секций, установленных в забое, имеют шпунтовые связи и гидродомкраты передвижки, расположенные под перекрытия ми. Гидростойки секций имеют снизу индивидуальные опорные плиты.
Секции агрегатированной крепи КГУ-Д, предназначенной для работы на крутонаклонных и крутых пластах, последова тельно соединены двумя гидравлическими штангами по основаниям, а домкратами передвижки — с базовыми балками групп секций (по восемь секций в группе).
По расположению вдоль очистного забоя секции крепи могут иметь линейную, шахмат ную и пилообразную схемы расположения.
Линейная схема получила наибольшее расположение и при меняется в очистных комбайновых комплексах. Шахматное рас положение секций применяется обычно в очистных струговых комплексах (комплектные крепи). Недостаток шахматной схе мы— стесненный проход для рабочих между гидростойками секций. Пилообразную схему применяют во фронтальных агре гатах при групповом перемещении секций.
При линейном расположении секций агрегатированных кре пей секции в исходном положении могут быть отодвинуты от конвейера на ход домкрата передвижки (заряженная схема), или могут быть передвинуты вплотную к ставу конвейера, ког да домкраты передвижки сложены («незаряженная схема»).
Расположение по «заряженной схеме» позволяет передви гать секции непосредственно вслед за комбайном или за его пе редним исполнительным органом. Преимущества такой схе мы— возможность применения конвейера с фронтальным или волнообразным способом передвижки и наличие свободной до роги для прохода людей между конвейером и передней стой кой (стойками) секций крепи. Недостатки — увеличенные на длину хода домкрата передвижки ширина бесстоечного призабойного пространства и длина консольной части перекрытия секции.
Расположение секций по «незаряженной схеме» уменьшает ширину бесстоечного призабойного пространства и консольной части перекрытия, но при такой схеме секции могут передви гаться только после передвижки става конвейера. При волно образном способе передвижки конвейера передвижка секций может отставать на 11—15 м от комбайна, что предопределяет значительную площадь незакрепленной кровли.
Применяются следующие способы управления секциями крепи: ручной дистанционный из-под соседней секции (одно- и двусторонний); ручной дистанционный с центрального пуль та, вынесенного на штрек; групповой автоматический; дистан ционно-автоматический с центрального пульта, вынесенного на штрек (крепи М137А и М138А).
Наиболее распространено ручное дистанционное управление из-под соседней секции. В крепях на тонких пластах такая си стема управления выполняется двусторонней.
При линейной схеме расположения секций и последователь ной их передвижке скорость крепления очистного забоя (м2/мин)
, (1.9)
где TC — время перемещения одной секции крепи (включая вре мя снятия распора перед передвижкой и распора секции после ее передвижки), с; lс — шаг установки секций по длине очист ного забоя, м; Sу — величина перемещения секции на забой, м; 60/ TC — число передвинутых секций за 1 мин.
Скорость образования обнаженной поверхности кровли при работе очистной машины (м2/мин)
vобн = BЗvп . (1.10)
где BЗ — ширина захвата исполнительного органа комбайна, м; vп — скорость подачи комбайна, м/мин.
Скорость крепления vкр должна соответствовать скорости обнажения кровли vo6н. Поскольку Sy = B3, то, приравняв выра жения (1.9) и (1.10), получим
. (1.11)
Из (1.11) следует, что требуемая скорость крепления очистно го забоя может быть достигнута при сокращении затрат вре мени на перемещение секции крепи TC и при увеличении шага установки секций lс.
Скорость крепления очистного забоя при фронтальной групповой схеме передвижки секций
, (1.12)
где Nc.гp — число секций в группе.
Гидропривод механизированных крепей является объемным и включает в себя насос постоянной подачи и систему силовых гидроцилиндров, число которых может превышать в комплекте крепи очистного забоя 3000 шт.
Гидростойки, гидродомкраты, гидропатроны и другие гид роцилиндры питаются рабочей жидкостью от одной или двух дистанционно управляемых насосных станций СНУ5, СНУ9 или СНТ32.
Для систем гидропривода механизированных крепей и гид ромуфт в качестве рабочей жидкости применяют водомасляные эмульсии, приготовляемые на базе змульсолов типов «ФМИ-РЖ» и «Витал».
Гидрожидкость «ФМИ-РЖ» представляет собой смесь ми нерального масла, эмульгаторов, ингибиторов коррозии и адсорбционно-активных веществ и применяется в виде 3%-й вод ной жидкости. Эмульсия на основе ингибитора коррозии «Ви тал» используется в виде 2%-го водного раствора.
Повышение условий безопасного труда рабочих при работе современных механизированных крепей обеспечивается: высо кими значениями коэффициента затяжки кровли; применением в крепях гидростоек двойной гидравлической раздвижности, практически полностью исключающих при нормальной работе крепей посадку секций «нажестко»; повышением начального распора секций до 64—80% от их рабочего сопротивления за счет применения новой насосной станции СНТ32 и перемещения секций в процессе работы на забой с активным подпором кровли.
Тенденция развития отечественных и зарубежных крепей, выпускаемых компаниями и фирмами «Галлик Добсон» (Вели кобритания), «Хемшайдт», «Вестфалия», «Клёкнер Бекорит» (ФРГ) «Братство», (Югославия), «Комаг» (Польша) «Мицубиси» (Япония), свидетельствует о том, что основным типом механизированных крепей становится щитовая крепь, имеющая силовую связь основания с перекрытием и обеспечивающая пе редвижку секций крепи с активным подпором. Для нормаль ных условий работы секции щитовой крепи будут в основном двухстоечными, а для тяжелых по обрушаемости пород кров ли — четырехстоечными.
Разработана механизированная двухстоечная щитовая крепь поддерживающе-оградительного типа Ml37 и М137А. Секции крепи могут располагаться в забое по «заряженной» (для ком байновых комплексов) и «незаряженной» (для струговых комп лексов) схемам. В последнем случае крепь может иметь вы движные верхняки.
Для тяжелых по обрушаемости пород кровли Гипроуглемашем разработаны и приняты к серийному производству трехстоечная М144 и четырехстоечные щитовые крепи поддержи вающе-оградительного типа М138, М138А и М142.
Шаг установки секций этих крепей составляет 1,5 м (равен длине рештака става забойного конвейера), а ход гидродом кратов передвижки секций крепи — 0,63 и 0,8 м.
СОСТАВ И РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ КРЕПИ
В сложных горно-теологических условиях, где применение механизированных крепей невозможно или экономически нецелесообразно, исполь зуют индивидуальные крепи.
Индивидуальная крепь состоит из следующих основных эле ментов: забойной стойки, посадочной стойки и верхняка, которые не связаны между собой ни конструктивно, ни кинематически, а только технологически. Совместное использование их в процессе эксплуатации позволяет защищать рабочее пространство и управ лять кровлей. Забойная крепь возводится в призабойном простран стве и предназначена для поддержания кровли с помощью верхняков. Посадочная крепь возводится на границе рабочего и обрушаемого выработанного пространства и предназначается как для поддержания, так и для удержания края обрушаемой кровли на границе с рабочим пространством. Металлические верхняки, опи раясь на забойные и посадочные стойки, непосредственно поддер живают кровлю по всей ширине призабойного пространства.
Одна из основных функций крепи — регулирование опуска ния пород кровли. По характеру взаимодействия стоек с породами кровли различают стойки жесткие и податливые. Податливые стойки могут иметь характеристики с нарастающим и постоянным сопротивлением. На рис. IV. 13 показаны идеальные механические характеристики некоторых типов стоек.
Стойки с жесткой характеристикой в силу их низкой эффектив ности и быстрого выхода из строя в угольных шахтах СССР не применяют (за исключением выкладки костров). Металлические стойки могут иметь характеристики II, III и IV типов.
Таким образом, каждая стойка имеет определенную характе ристику в зависимости от сопротивления Р, препятствующего опусканию пород кровли и вздутию пород почвы, от величины просадки стойки А/.
На рис. IV. 14 дана реальная характеристика податливой ме таллической стойки.
На рис. IV. 13 и IV. 14 обозначены:
НС — начальное сопротивление стойки, которое она набирает при незначительной просадке (ΔlНС) до наступления основного ее рабочего периода. Иногда эту точку характеристики называют конечным установочным сопротивлением;
ДС — допустимое сопротивление стойки при максимально до пустимой величине ее просадки (ΔlДС);
ΔlНС ÷ ΔlДС —рабочая зона характеристики стойки;
PC — разрушающее сопротивление. Обычно принимают ДС = = 0,6 ÷ 0,7 PC.
Некоторые типы стоек имеют механизм, служащий для созда ния предварительного распора – начального установочного со противления стойки.
Зависимости, показанные на рис. IV. 13, являются «идеаль ными» характеристиками стойки. Реальная характеристика в ра бочей зоне имеет пилообразный характер (рис. IV. 14). Наклонные участки реальной характеристики соответствуют моменту просадки на Л/ с уменьшением сопротивления стойки на величину АР. Затем наступает нарастание сопротивления стойки без просадки до того момента, пока давление пород кровли и почвы не превысит сопротивляемости стойки в данной точке ее рабочей характери стики. В гидравлических стойках регулирующим элементом яв ляется предохранительный клапан, диапазоном перепада давления при срабатывании которого и объясняются пики характеристики.
Металлические стойки трения (рис. IV. 15) состоят из корпуса 3, на котором монтируются все детали стоек; выдвижной части /, входящей в корпус и обеспечивающей сокращение высоты стойки под давлением проседающих пород кровли; замка 2, служащего для фиксации выдвижной части стойки после ее установки и создания сил трения (сил сопротивления) при просадке стоики; верхней / и нижней 5 опор, воспринимающих давление пород кровли и почвы и передающих его на остальные элементы стойки. Если выдвижная часть имеет клиновидную форму с углом ко нусности а (см. рис. IV.15), то по мере проседания выдвижной части силы нормального давления и трения возрастают. Конус ность выдвижной части стойки определяет степень крутизны ее характеристики в рабочей зоне. В стойках крутонарастающего со противления уклон выдвижной части находится в пределах от 1 : 100 до 1 : 200, а в стойках пологонарастающего сопротивле ния — от 1 : 200 до 1 : 700. Стойка с уклоном менее 1 : 700 отно сится к стойкам постоянного сопротивления.
Наиболее прогрессивны призабойные гидростойки, которые имеют нагрузочную характеристику постоянного сопротивле ния. Промышленностью выпускаются два вида гидростоек— с внутренней циркуляцией рабочей жидкости и с внешним пи танием.
Гидростойка с внутренней циркуляцией рабочей жидкости (рис. 1.16, а) состоит из рабочего цилиндра 9, выдвижной части 8, поршня 7 со штоком 12, фильтра 2, предохранительно-разгрузочного клапана 4 и клапанно-распределительной систе мы 10 и 11 насоса.
Рис. 1.16. Схемы устройства индивидуальных гидростоек с внутренней цир куляцией рабочей жидкости (а) и с внешним питанием (б)
Полость А выдвижной части заполняется маслом (индуст риальное И-20А или И-30А с добавлением специальных инги биторов, повышаю-щих коррозионную стойкость дета-лей) и служит внутренним резервуа-ром. Раздвижка и распор стойки производятся одноступенчатым порш-невым насосом, приводи мым в действие кривошипным механизмом 5 с помощью руко ятки 6. При движении поршня 7 вверх масло переливается из полости А через клапан 11 в полость Б. Затем при движении поршня 7 вниз клапан 11 закрывается, а клапан 10 открывает ся и рабочая жидкость поступает в полость В и поднимает вверх выдвижную часть 8.
Если давление в полости В превысит величину, на которую отрегулирован предохранительно-разгрузочный клапан 4, то последний срабатывает и жидкость переливается в полость А. Для разгрузки стойки поднимают вверх ручку разгрузочного устройства 3 и выдвижная часть 8 опускается за счет переливания жидкости из полости В в полость А через клапан 4. Масло пополняется через заливное отверстие 1 (закрываемое проб кой) и сетчатый фильтр 2.
Гидростойки с внешним питанием не имеют встроенного на соса. Раздвижка и распор таких стоек осуществляется с по мощью пистолета 1 (рис. 1.16,6), присоединенного к насосной станции. Жидкость при подаче пистолетом 1 через фильтр 11 и клапан 10 поступает в полость А стойки и далее через клапан 9 в рабочую полость Б стойки. При этом перемещается вверх выдвижная часть 7. После окончания распора перекрывается трехходовой кран 2 пистолета 1 и жидкость, поступает в слив ную линию 3 насосной станции. Пистолет отключается от стой ки. Если давление в рабочей полости Б рабочего цилиндра 8 превышает допустимое, то срабатывает предохранительный клапан 4 и обеспечивает необходимую податливость стойки.
Стойка разгружается клапаном 5, который при повороте рычага 6 против часовой стрелки отклоняется влево, в резуль тате чего открывается отверстие для слива жидкости из полос ти Б стойки.
В качестве рабочей жидкости в гидростойках с внешним пи танием используется водомасляная эмульсия с антикоррозион ной и антифрикционной присадками.
ПРОХОДЧЕСКИЕ КОМБАЙНЫ
КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ ТИПЫ
По назначению все проходческие комбайны делятся на две основные группы:
– комбайны для проведения выработок по углю и мягким породам с f < 4-5 (ПУ);
– комбайны для проведения выработок по породе с f >5(ПП).
Конструкция проходческого комбайна в основном определяется его назначением, выбранным способом обработки забоя и типом исполнительного органа.
По способу отработки забоя современные отечественные кон струкции делятся на три типа:
фронтальные, которые обрабатывают одновременно всю пло щадь забоя;
фланговые, обрабатывающие забой снятием слоя породы по всей его ширине или высоте при фланговом или вертикальном переме щении исполнительного органа;
избирательные, которые могут проходить выработки любой формы с селективной выемкой угля и породы. При этом схема обработки определяется горно-геологическими и горнотехниче скими факторами.
Комбайны первого типа могут являться как машинами непре рывного действия, так и цикличного, а второго и третьего — только -цикличного.
Схемы обработки забоя комбайнами этих типов показаны на рис. IV.56— IV.59.
На рис. IV.56 даны_в_озможные варианты обработки забоя комбайнами типа ПКЗ. Основными факторами, влияющими на выбор схемы обработки, в этом случае являются: необходимость селективной обработки; обработка периметра выработки; мини мальное число переключений; работа по напластованию. При этом забой обрабатывается циклами, при заглублении коронки на величину Н с последовательностью перемещений, указанных стрелками на рис. IV.56, а, б, в, г.
Комбайн «Караганда-7/15» может работать и по фронтальной схеме — обрабатывать забой А (рис. IV.57) при непрерывной подаче vn на забой или при цикличной подаче на величину Я с последующим качанием рабочего органа со скоростью сокач из положения / в положение //.
Схемы обработки забоя комбайнами ПК8 (рис. IV.58, а) ПКЮ (рис. IV.58, б) и «Ясиноватец» (рис. IV.59) являются фронталь ными. Комбайны ПК8 и ПКЮ являются машинами непрерывного действия. Комбайн «Ясиноватец» предназначен для работы по породам с f < 8. Его исполнительный орган оснащен лобовыми шарошками и требует очень высоких напорных усилий, имеет домкратный напорный механизм подачи (аналогично комбайнам ШБМ и ТОР) с обеспечением одновременной или попеременной (в более крепких породах) подачи внутреннего ВБ и наружного НБ буров. Являясь фронтальной машиной, но имея домкратный механизм перемещения, комбайн работает циклично при наличии холостого подтягивания корпуса комбайна.
Одним из основных направлений технических поисков по рас ширению области применения проходческих комбайнов, кроме изыскания эффективных способов и средств разрушения крепких пород, является создание конструкций, обеспечивающих работу комбайнов в выработках с углом наклона более ± 15° как по фактору удержания и перемещения комбайна, так и по фактору погрузки разрушенной массы из уклонного забоя. Так, разработан и испы тан комплекс КН5Н, работающий на углах восстания до 35°, выполненный на базе комбайна ГПК, встроенного в специальную механизированную крепь, перемещающую и удерживающую комплекс.
Для погрузки разрушенной горной массы на конвейер ком байна наибольшее распространение в комбайнах избирательно го действия получили погрузочные устройства в виде нагребаю щих лап, в комбайнах бурового действия — шнековые и ковшо вые погрузочные устройства.
Ходовое оборудование проходческих комбайнов предназначе но: для создания напорного усилия на забой при разрушении пород забоя и при погрузке отбитого материала; маневрирова ния комбайна в забое во время работы; транспортирования ком байна при перегонах по горным выработкам.
Применяют гусеничное или шагающее ходовое оборудование. Гусеничное ходовое оборудование обеспечивает высокую манев ренность и мобильность проходческого комбайна. Наибольшее распространение получили двухгусеничные тележки с много опорными гусеницами.
Недостатком гусеничного ходового оборудования является то, что развиваемое напорное усилие зависит от веса комбайна и коэффициента сцепления гусениц с почвой и не превышает по величине собственный вес комбайна.
С ростом нагрузок на коронку стреловидного исполнитель ного органа при расширении области применения комбайнов по крепости разрушаемых пород важное значение приобретает проблема обеспечения устойчивости комбайнов. Опирание ком байна на носок стола питателя погрузочного
Рис. IV.56. Схема обработки забоя комбайнами типа ПК.Ч
Рис. IV.57. Схема обработки забоя комбайном «Караганда-7/15»
Рис. IV,58. Схемы обработки забоя комбайнами IIК8 (а) и ПКЮ (б)
устройства и дом краты-аутригеры, расположенные позади гусеничных тележек, повышают устойчивость комбайна в процессе работы исполни тельного органа без увеличения веса комбайна.
В тех случаях, когда для работы комбайнов требуются боль шие напорные усилия (при работе по крепким породам), при меняется распорно-шагающее гидравлическое ходовое оборудо вание (рис. 2.9, б), которое является ходовым оборудованием цикличного действия.
Перевод комбайнов с шагающим ходовым оборудованием в другие выработки не может осуществляться своим ходом, как комбайнов на гусеничном ходу, и требует дополнительных тран спортных средств.
Проходческие комбайны избирательного действия. Отличи тельные особенности этой группы комбайнов: возможность из бирательной обработки забоя (раздельная выемка полезного ископаемого и породы при проведении выработки по пласту полезного ископаемого с присечкой боковых пород), возможность проведения одним комбайном выработок с поперечными сечениями различной формы и размеров без переналадки ис полнительных органов, а также относительная простота их кон струкции по сравнению с буровыми комбайнами предопредели ли широкое применение этих комбайнов в промышленности.
В настоящее время заводы выпускают комбайны избира тельного действия со стреловидными исполнительными органа ми типов: 1ПКЗР, 1ГПКС, 4ПП2М и 4ПП5. Наиболее массовы ми являются комбайны типа ГПКС.
В базовом исполнении комбайн 1ГПКС предназначен для проведения горизонтальных и наклонных (до ±10°) выработок сечением 6—17 м2 по углю, породе или смешанному забою с присечкой до 50% (по площади сечения выработки) пород, сопротивляемостью одноосному сжатию до 70 МПа, с показате лем абразивности до 15 мг.
Проходческий комбайн 1ГПКС (рис. 2.10) состоит из испол нительного органа, включающего в себя телескопическую стре лу 3 и резцовую коронку 1; ходовой части 11; погрузочного уст ройства 12; гидросистемы 6; электрооборудования 5; пульта управления 7; скребкового конвейера 8, системы пылегашения2.
Исполнительный орган смонтирован на поворотной турели и посредством силовых цилиндров 4 η 13 может перемещаться в горизонтальной и вертикальной плоскостях при обработке за боя. Стрела 3 телескопическая, имеет раздвижность до 500 мм.
Ходовая часть представляет собой самоходную гусеничную· тележку и предназначена для движения, поворотов и разворо тов комбайна. Привод гусениц осуществляется от общего электродвигателя через коническую передачу и кинематические цепи, включающие в себя два рабочих и два тормозных фрик циона.
За ходовой частью размещены гидроцилиндры 10, выпол няющие роль вспомогательных опор-аутригеров, использование которых повышает устойчивость комбайна в процессе работы.
Погрузочное устройство состоит из рамы с закрепленными на ней двумя кинематическими связанными редукторами на гребающих лап, привод которых от скребковой цепи конвейера. Тяговый орган скребкового конвейера представляет собой круглозвенную цепь с установленными на ней штампованными скребками. Концевая часть конвейера может перемещаться гидроцилиндрами 9 в вертикальной и горизонтальной плоско стях.
За рубежом комбайны избирательного действия со стрело видным исполнительным органами выпускаются фирмами «Эйкгофф», «Паурат», «Вейстфалия», «Демаг» (Германия), «Вест-Альпина (Австрия), «Андерсон», «Стрэтклайд» (Великоб ритания). Особенности комбайнов, выпускаемых указанными фирмами, — большие площади сечения проводимых выработок, и, как правило, значительная мощность привода исполнительно го органа.
ПРОХОДЧЕСКИЕ КОМБАЙНЫ С БУРОСКАЛЫБАЮЩИМ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫМ ОРГАНОМ
К комбайнам данного типа относят ПК8, ПК10 и ШБМ. Ком байн ПК8 имеет уравновешенный рабочий орган (рис. IV.64), что обеспечивается правильным выбором конструктивных и режимных параметров наружного 1 и внутреннего 2 буров, имеющих противо положное вращение.
Комбайн ПК10 имеет уравновешенные левый / и правый 2 буры и неуравновешенные центральный бур 3, вращающиеся с переносными скоростями соп, и верхнее отбойное устройство 4 (рис. VI.65, а).
Все буры комбайнов несут специальные державки, прикреп ляемые к планшайбе бура и оснащенные резцовым инструментом для прорезания концентрических щелей. Межщелевые целики разрушаются скалывателями 5 (рис. IV.65, б). Комбайны данного типа разрушают скалыванием до 60% горной массы.
Буроскалывающие исполнительные органы обеспечивают воз можность самоуравновешивания, постоянную глубину резания, лучшую сортность и меньшую энергоемкость процесса разрушения полезного ископаемого и получили значительное распространение как в выемочных, так и в проходческих комбайнах.
Режимные и конструктивные параметры этого органа разруше ния зависят от целого ряда факторов, в том числе от физико-механических свойств пород, условий и параметров разрушения, параметров геометрической формы и схемы набора рабочего инструмента и т. д.
Особенностью исполнительного органа буроскалывающего типа является работа режущего инструмента в относительно глубоких щелях и разрушение межщелевых целиков специальными скалы вателями. Режущие инструменты постоянно контактируют с поро дой и осуществляют ее разрушение в щелях с глубиной резания, обусловленной скоростью движения комбайна на забой. Скалыва-тели же вступают в контакт с межщелевыми целиками лишь при достижении последними определенной высоты. Причем' регулируе мым в процессе работы параметром, существенно влияющим на процесс разрушения ископаемого, является лишь скорость подачи комбайна.
Эффективная работа буроскалывающего исполнительного органа достигается за счет того, что энергоемкость процесса разрушения межщелевых целиков значительно ниже энергоемкости процесса разрушения резанием в глубоких щелях. Так, при разрушении монолитных и вязких калийных руд, имеющих коэф фициент крепости f = 2,7 ÷3,5, энергоемкость процесса разруше ния межщелевых целиков статическими катящимися скалывателями составляет 0,4—1,25 кВтּч/м3, в то время как энергоемкость процесса разрушения резанием в глубоких щелях составляет 7—14 кВтּч/м3.
Рис. 1V.64. Исполнительный орган комбайна ПК8
ПРОХОДЧЕСКИЕ КОМБАЙНЫ С ПЛАНЕТАРНЫМ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫМ ОРГАНОМ
Планетарные исполнительные органы проходческих комбайнов имеют различное конструктивное исполнение, обеспечивающее, как правило, рабочему инструменту два вращательных движе ния — относительное и переносное. При этом исполнительный орган разрушает забой либо прорезанием концентрических щелей и скалыванием межщелевых целиков (по схеме работы комбайнов ПКГЗ, ПКГ4), либо путем резания с открытой поверхности забоя (по схеме ТПК1 или К.7/15).
К планетарным органам разрушения относят и исполнительный орган комбайна ТОР72, разрушающий забой дисковыми шарош ками, работающими в режиме подрезного резания, и исполнитель ные органы комбайнов «Ясиноватец» и «Союз-19».
Исполнительные органы типа ТПК являются плоскопланетар ными, а типа ПКГ и К7/15 — пространственнопланетарными. Последние требуют резцов специальной конструкции, так как применение обычных резцов приводит к работе не только передней, но и боковой гранями, что резко повышает энергетические показа тели процесса разрушения. К достоинствам планетарных органов можно отнести возможность создания сетки пересекающихся резов, что снижает энергоемкость процесса разрушения.
Резцовый инструмент исполнительного органа комбайна К7/15 совершает сложное движение со скоростью ω0 (рис. IV.69, а) по спирали с радиусом Rд при одновременном переносном движении со скоростью ωп, по радиусу тора RТ, при этом получается спираль замкнутая в тор (рис. IV.69, б).
Рис. 1V.69. Траектория движения резцов режущего диска комбайна
а – в плоскости перпендикулярной груди забоя; б – по торовой поверхности
ЩИТОВЫЕ ПРОХОДЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ
Щитовые проходческие ком плексы применяют в сложных горно-геологических условиях, требующих, как правило, сплош ного крепления проводимой выра ботки — в слабых грунтах и по родах, в плывунах или под ними, при неглубоком залегании выра боток под сооружениями, под близкими водоносными горизон тами, при проведении подземных городских трасс различного назначения.
Разнообразие горно-геологических условий и требований к воз водимой крепи обусловили следующие основные технологические схемы щитовых комплексов:
щитовые комплексы, для проходки тоннелей независимо от возводимой крепи, применяемые при работе в устойчивых крепких породах. В неустойчивых мягких породах требуется возведения временной крепи, которая не является опорным элементом для домкратов передвижения щита. Щит должен иметь специальное распорное устройство.
Применение ограничено, так как в таких условиях более целесообразно вести комбайновую или буровзрывную проходку;
щитовые комплексы для строительства тоннелей со сборной крепью.
При работе комплексов в головной части щита 2 (рис. V.38, а) разрабатывается порода вручную или исполнительным органом /, а под защитой его оболочки 3 собирается тоннельная крепь из отдельных чугунных или железобетонных элементов 5. Щит про двигается вперед, упираясь гидравлическими домкратами 7 в торец собранной крепи. Тоннельная крепь в этом случае имеет наружный диаметр меньше, чем наружный диаметр щита, так как необходимо зону сборки крепи перекрыть оболочкой щита и иметь специаль ный зазор 6 для возможности сборки крепи и поворотов щита на криволинейных участках трассы. Пустоты между крепью и сте нами выработки в устойчивых породах обычно заполняют це-ментно-песчаным раствором 4. За проходческим комплексом на некотором расстоянии от забоя, как правило, ведутся гидроизо ляционные работы — чеканка швов между элементами крепи и контрольное нагнетание за нее цементного раствора. Механизмы и устройства щитового комплекса в этом случае должны обеспе чивать разработку породы в забое и ее погрузку в транспортные средства, разгрузку сборных элементов крепи из транспортных средств и подачу их в зону сборки, сборку крепи, прием материа лов для нагнетания и нагнетание цементно-песчаного раствора на крепь, а также продвижение проходческого комплекса вперед по мере образования выработки.
При строительстве тоннелей со сборной крепью, обжатой в по роду (рис. V.38, б), наружный диаметр крепи 8 получается равным диаметру выработки и необходимость в нагнетании цементно-песчаного раствора отпадает. В этом случае комплекс может не иметь устройств для нагнетания цементно-песчаного раствора и приема материалов, необходимых для этой цели, а должен иметь приспособления для обжатия крепи в породу, вставляемые в окна 9, которые впоследствии заливаются монолитным бето ном 10. При выполнении гидроизоляционных работ контрольное нагнетание цементного раствора за крепь остается.
Рис. V.38. Схемы возведения сборной крепи: а — обычной; б — обжатой в породу
Существует несколько схем проведения тоннелей проходче скими комплексами при строительстве тоннелей со сборной крепью, из которых можно выделить схематично несколько характерных (рис. V.39).
Порода (рис. V.39, а) в головной части щита 2 разрабатывается вручную или частично механизированным способом, а ее погрузка на конвейер 4 или непосредственно в одиночные вагонетки 5 осуществляется или вручную, или погрузочными устройствами / щита. Элементы сборной крепи 6 подаются к крепеукладчику 3 по нижнему ярусу. Аппарат 7, заполненный материалами для нагнетания цементно-песчаного раствора за крепь, размещается также внизу.
Порода (рис. V.39, б) в головной части щита разрабатывается механизированным исполнительным органом 12, а ее погрузка осуществляется системой конвейеров 11 в нерасцепленные составы вагонеток 10. Элементы сборной крепи к крепеукладчику и мате риалы к аппарату для нагнетания цементно-песчаного раствора подаются или по верхнему 8, или по нижнему 9 ярусам. В случае, если при строительстве тоннеля в сложных гидрогеологических условиях щит оборудуется герметической перемычкой, отделя ющей кессонную камеру с повышенным давлением воздуха от остальной части комплекса, порода выдается из этой камеры через шлюзовые аппараты.
Порода (рис. V.39, в) в призабойной камере 13 щита, отделен ной герметической перегородкой 14 и заполненной водой или тиксотропным раствором, разрабатывается гидромеханизированным способом или механизированным исполнительным органом, пре вращается в пульпу и удаляется по трубе 16. Вода или тиксотропный раствор подаются в камеру по трубе 15. Элементы сборной крепи и материалы для приготовления цементно-песчаного рас твора могут подаваться к механизмам по верхнему или нижнему ярусам.
Рис. V.39. Схемы комплексов для проведения тоннелей со сборной крепыо:
а — частично механизированным щитом с погрузкой конвейером в одиночные вагонетки; о — с механизированным щитом с подачей элементов крепи по верхнему ярусу; в — со щитом с призабойной камерой, заполненной водой или тиксотропным раствором
Проходческие щитовые комплексы для строительства тоннелей с монолитно-прессованной. бетонной крепью позволяют строить тоннели по технологии, при которой крепь формуется непосред ственно около забоя из бетонной смеси давлением, создаваемым проходческим щитом или дополнительным устройством по мере образования выработки. Бетонная смесь нагнетается в простран ство, ограниченное с наружной стороны оболочкой щита 2 (рис. V.40), с внутренней стороны опалубкой 6, сзади уже готовой тоннельной крепью 5 и со стороны забоя штампом — прессующим кольцом 3. Щит продвигается вперед, упираясь домкратами / через прессующее кольцо и бетонную смесь 4, которая под давлением прижимается к породе, заполняя пространство, освобождае мое оболочкой, и исключая подвижки породы сзади щита. В ре зультате наружный диаметр тоннеля получается равным или несколько большим, чем наружный диаметр щита, а бетонная крепь имеет плотный контакт с окружающим ее породным масси вом. Последнее обстоятельство значительно уменьшает развитие горного давления на крепь, улучшает условия ее статической работы и позволяет даже в подвижных песчаных породах исклю чить появление осадки поверхности земли над тоннелем, которая возникает при сооружении тоннелей со сборной крепью.
Щитовые комплексы для строительства тоннелей с комбиниро ванной крепью применяются в тяжелых инженерно-геологиче ских условиях, в которых из-за возникающих больших нагрузок оправдано возведение комбинированной крепи, сочетающей как сборные элементы, так и монолитно-прессованный бетон. Ком плексы, кроме механизмов для разработки забоя и погрузки породы в
Рис. V.40. Схема возведения монолитно-прессованной бетонной крепи
транспортные средства, одновременно должны включать механизмы и устройства для выполнения операций по возведению как сборной, так и монолитно-прессованной бетонной крепи.
Комплексы выполняются в двух вариантах:
со специальной опалубкой для возведения монолитно-прессо ванной бетонной крепи. Внутренняя крепь из сборных элементов возводится в уложенной монолитной крепи за опалубкой;
крепь из сборных элементов возводится без отставания за щитом и служит опалубкой для монолитно-прессованной бетон ной крепи.
Проходческие щитовые комплексы для строительства тоннелей методом проталкивания сборной крепи (рис. V.41) применяют в мягких породах при сооружении тоннелей сравнительно не большой протяженности под шоссе, железнодорожными путями и т. п. Механизмы и устройства комплекса выполняют операции по разработке породы в забое и погрузке ее в транспортные средства, сборке крепи в монтажной камере и се проталкиванию впе ред. С целью уменьшения трения между наружной поверхностью крепи и породой иногда применяют нагнетание смазывающего раствора за крепь или тонкие металлические волосы, которые разматываются с наружной стороны по мере проталкивания крепи, в результате чего трение крепи о породу заменяется тре нием ее о металл. Наиболее характерными являются следующие примеры.
Крепь 3 (рис. V.41) в головной части жестко соединена с ноже вой секцией 2, оборудованной элеронами 1 для направленного проталкивания. Порода отбирается вручную или частично меха низированным способом и грузится в одиночные вагонетки 4. Крепь устанавливается в монтажной камере 6 и проталкивается домкратной установкой 8 с распределительным кольцом 7. Крепь может проталкиваться по частям с использованием как домкрат ной установки в монтажной камере, так и одной или нескольких промежуточных домкратных установок 5.
По площади поперечного сечения различают щиты малого (до 3200 мм), среднего (3200—5200 мм) и большого (более 5200 мм) диаметров.
По степени механизации различают щиты частично или пол ностью механизированные. В частично механизированных щитах разрушение пород забоя производится подрезными ножами с его зачисткой ручным инструментом, отбойными молотками или буровзрывным способом с последующей погрузкой пород в кон вейерный бункер или специальными погрузочными средствами — нагребающими лапами, ковшовыми машинами, наклонными грей ферами, скребковыми грузчиками и др.
В механизированных щитах разрушение пород забоя произ водится исполнительными органами избирательного или ротор ного типа, конструктивно принципиально не отличающихся от органов разрушения проходческих комбайнов.
При разработке мягких и вязких пород применяются роторные винтовые двух заходные и более планшайбы, оснащенные пластин чатыми подрезными резцами. При разрушении пород с коэффи циентом крепости f = 1 ÷ 3 планшайбы оснащаются стержневыми резцами, а при более крепких породах — шарошечным инстру ментом.
Рис. V.41. Схемы комплексов для проведения тоннелей методом проталкивания крепи:
а — с головной ножевой секцией; б — со щитом
В зависимости от типа и состояния окружающих и разрушае мых пород щиты выполняют с закрытой головной частью, с откры тым забоем и с шандорным креплением. Проведение выработок в плывунах производится под повышенным давлением с приме нением кессонных камер.
1.7. Области применения и выбор типа проходческого щита
Наиболее полное представление о рациональных об ластях применения проходческих щитов, исходя из конструктивно-технологических схем их основных функци ональных элементов, дает классификация щитов /8/, в которой они классифицированы по двум группам при знаков:
I- основным, определяющим область применения щи тов;
II - вспомогательным, определяющим конструктив но-технологические схемы основных функциональных элементов щита.
Проходческие щиты 1. Область применения
1.1. Категория грунтов, пород:
- грунты водонасыщенные, плывуны (В);
- грунты естественной влажности, неустойчивые, сы пучие (Н);
- грунты мягкие малоустойчивые (М);
- грунты устойчивые с коэффициентом крепости f ≤ 5 (У);
- породы скальные устойчивые с коэффициентом кре пости f > 5 (С).
1.2. Форма и диаметр щита, тоннеля, выработки:
- щиты малого диаметра: 0< 3,2 м;
- щиты седнего диаметра: О = 3,2- 5,6;
- щиты большого диаметра: В = 5,6- 10,0;
- щиты для арочных выработок;
- щиты для прямоугольных выработок.
1.3. Угол проведения выработки:
- щиты для горизонтальных выработок;
- щиты для наклонных выработок.
1.4. Длина выработки:
- щиты для выработок длиной > 200-300 м;
- щиты для выработок длиной от 20 до 200м.
2. Конструктивно-технологические схемы основных функциональных элементов.
2.1. Для крепления и удержания забоя:
- выдвижные козырьки (Н, М);
- подвижные поворотные плиты (Н, М);
- шандоры (В, Н);
- диафрагмы (В);
- рассекающие площадки (Н, М);
- роторный исполнительный орган (Н, М).
2.2. Для разработки забоя
2.2.1. Немеханизированные щиты:
- ручная (лопата, отбойный молоток) с рабочими пло щадками (Н, М);
- БВР с рабочими площадками (У, С);
2.2.2. Механизированные щиты:
- механизированная с исполнительными органами;
- роторный: с притру зом (В, Н),
без пригруза (М, У, С);
- планетарный фронтальный:
с пригрузом (В, Н), без пригруза (М, У, С);
- планетарный цикличный (М, У, С);
- стреловидным (Н, М, У);
- экскаваторный (Н, М);
- челюстные механизмы (грейферные) (Н, М);
- ударный (У, С);
- гидромеханизированный (В, Н, М);
- комбинированный.
2.3. Для погрузки разрушенной массы:
- непрерывного действия:
- ковшевой роторный (Н, М, К, С)
- нагребающие лапы (Н, М, У, П);
- шнековый (В, Н, М);
- гидромеханизированный (В, Н, М);
- лопастной барабанный (Н, М, У);
- гравитационная (Н, М);
- цикличного действия:
- ручная (Н, М);
- ковшовый автономный (Н, М, У, С);
- экскаваторный (И, М);
- челюстные механизмы (Н, М, У);
- скребковый (Н, М, У, С).
2.4. Для возведения обделки (крепи):
- комплексы для строительства сооружений со сбор ной крепью (необжатой, обжатой в породу);
- комплексы для строительства сооружений с моно литно-прессованной бетонной крепью;
- комплексы для строительства тоннелей методом
проталкивания сборной крепи
- комплексы для строительства сооружений с комби нированной крепью:
- со специальной опалубкой;
- без специальной опалубки.
Кроме рассмотренных признаков щиты по ОСТ 12.44.250-84 делятся на два типа:
- проходческие щиты механизированные (ПЩМ), в
которых все основные процессы (разработка и погрузка породы в забое транспортирование до перегрузочного конвейера комплекса и крепление тоннеля, выработки)
механизированы;
- проходческие щиты частично механизированные (ПЩ), в которых разработка забоя производится вруч ную, погрузка породы может быть механизирована или производится вручную, креплние тоннеля (выработки) механизировано.
В соответствии с этим же ОСТом условное обозначе ние щита состоит из типоразмера, вида крепи (С - сборная, М - монолитная, К - кольцевая), названия исполнитель ного органа (П - комбинированные площадки, Р - ротор ный, К - качающийся, Э - экскаваторный).
Проходческий щит механизированный диаметром 2100 мм с роторным исполнительным органом для строи тельства тоннелей со сборной крепью - ПЩМ-2.1 СР.
Проходческий щит частично механизированные диа метром 4030 мм для строительства тоннелей с монолит но-прессованной бетонной крепью - ПЩ-4М.
Несмотря на большое классификационное многооб разие механизированных щитов по типам исполнитель ных органов, их можно объединить в две группы: с фрон тальными и избирательными исполнительными органами, в которых можно выделить по две подгруппы основных типов.
Выделим основные достоинства и недостатки ниже указанных типов исполнительных органов, а следователь но, и щитов в целом,
1. Щиты с фронтальными исполнительными органа ми.
Исполнительные органы роторного типа с планшай бой или радиальными лучами, оснащенные резцовым ин струментом, разрушающие забой сразу по всей площади (по полному диаметру) забоя проходимой выработки.
Достоинства: точность круглого контура проходимой выработки; возможность оснащения исполнительного ор гана ковшевыми органами погрузки.
Недостатки: высокая мощность привода, а следова тельно, большие габариты и масса оборудования; необхо димость специального блокоукладчика, увеличивающего длину комплекса; сложность замены рабочего инструмен та.
Исполнительные органы, на водило которых располо жена одна или две коронки, имеют радиальное перемеще ние.
Имеют те же достоинства, что и органы первой группы и, кроме того, могут иметь меньшую мощность привода и доступность к рабочему инструменту.
Недостатки: более сложная кинематика привода ис полнительного органа; цикличность в обработке забоя при снижении, как правило, темпов проходки.
2. Щиты с избирательными исполнительными органа ми. Избирательные исполнительные органы щитов, осна щенные стрелой с конусной коронкой.
Достоинства: возможность проходки выработок раз личной формы и сечений, что, к сожалению, не может быть реализовано в конструкциях современных щитов;
относительно высокая удельная энергетическая оснащен ность рабочего инструмента; простота доступа к инстру менту; хороший обзор забоя, возможность обхода (с по следующим удалением) валунов и других твердых вклю чений.
Недостатки: большой вылет рабочего органа по оси щита, что требует дополнительной длины камеры при зарубке, высокая трудоемкость управления при отсутст вии автоматизированной программы; необходимость в специальном органе погрузки, невозможность работы в породах с высокой налипаемостью.
Избирательные органы щитов с экскаваторным рабо чим органом. Имеют те же достоинства, что и предыду щие, и, кроме того, обеспечивают возможность погрузки из забоя на перегрузочные средства и работы по породам с высокой налипаемостью.
Недостатки: ограниченность области работы сыпучи ми и мягкими породами. Но необходимо отметить, что эта область разработок достаточно широка.
Следует отметить, что имеются разработки по совме щению исполнительных органов с укладчиком крепи у избирательных органов со стрелой и у фронтальных орга нов с водилом и коронками.
Выбор типа проходческого щита
Определяющими условиями выбора типа проходче ского щита являются горно-геологические и горнотехни ческие условия проходки и сооружений подземной ком муникации: диапазон гидрогеологических условии по ка тегории грунтов, их крепости и разнообразию, устойчи вости забоя, обводненности, диаметр и длина выработки, необходимые радиусы разворота, требования по просадке дневной поверхности и др.
Рекомендации по выбору конструктивно-технологи ческих схем основных функциональных элементов про ходческих щитов в зависимости от типа разрабатываемых пород даны в разделе классификации щитов.
При разработке водоносных песков, песчанистых илов, супесей, липких и размокаемых глин без примене ния спецспособов проходки (замораживание, водопони-жение, химзакрепление) возможно лишь применение щи тов с роторным исполнительным органом с глинистогрун-товым, шламовым или пеногрунтовым пригрузом. Из за рубежных конструкций в отечественной практике хорошо зарекомендовали себя щиты фирм "Мицубиси" (Япония) и "Вайс унд Фрайтаг" (ФРГ). В стадии разработки нахо дится отечественный щит КППМ-2,6 В.
Для глинисто-песчаных пород естественной влажно сти и устойчивых пород до Ш категории широко приме няются щиты с экскаваторным рабочим органом в комп лексах КПЩМ-2 , 6Э(в), КПЩМ-2,6Э (н), КПЩМ-3,63 (в), КШЦМ-4Э (в), КТ-5.6Б2, КТ-5,6Д2.
В устойчивых твердых породах и глинах, мергелях с коэффициентом крепости f < 2,0 применяются щиты с ще левым роторным органом (КТ1-5,6) и щиты ПМЩ-3,2Б, КПЩМ-4ПМ со стреловидным исполнительным органом.
В устойчивых породах, мергелях, известняках с f ≤ 5,0 целесообразно применение щитов с роторным рабочим органом (щиты ЩН-1М) или с режущими коронками на стреле или водиле (щиты КТ1-5.6Д2, КПЩМ-4ПМ).
Для освоения новых технологических схем и повы шения уровня механизации проходки станционных и эс калаторных тоннелей созданы механизированные про ходческие комплексы КПЭ-9,5 и КПС-8,5 соответствен но для диаметров выработок 9,5 и 8,5 м.
Необходимо отметить, что в последнее время при проходке коммуникационных выработок и тоннелей, а также станционных тоннелей по устойчивым породам с коэффициентом крепости f < 6,0 стали широко применять ся, особенно в метростроении, отечественные проходче ские комбайны типа ГПКС, 4ПП-2М, 4ПП-5.
В таблицах 15,16 и 17 приведены технические харак теристики различных типов проходческих щитов.
Основными преимуществами щитов со стреловидным исполнительным органом являются: возможность избира тельной разработки забоя, обнаружения и удаления валу нов; хороший обзор забоя; доступность для осмотра и замены инструмента; небольшая величина реактивного момента по развороту щита вокруг его продольной оси. Главным недостатком является трудность управления ра бочим органом, особенно по оконтуриванию выработок,
Кроме того, все эти типы щитов могут применяться лишь в устойчивых породах.
По ОСТ 12.44.250-84 рекомендуется следующее ис пользование различных типов щитов в зависимости от вида грунтов и крепости пород:
Область применения щитов расширяется с использо ванием специальных способов проходки и строительства тоннелей.