Размещено на http://www.allbest.ru

Оборудование для бурения

Буровзрывной способ проведения горных выработок с погрузкой горной массы погрузочными машинами и механизмами или вручную отличается высокой трудоемкостью бурения шпуров, составляющей 20-40% общих трудовых затрат и 50-60% стоимости всех работ при этом способе проведения. горный оборудование бурение очистной струговой

Шпуры -- цилиндрические полости, выполненные в горной породе, глубиной до 5 м и диаметром до 85 мм. Шпуры большего диаметра принято называть скважинами, а длиной более 5 м -- глубокими скважинами. Горные машины, предназначенные для бурения шпуров, называются бурильными машинами и установками.

По способу разрушения горной породы различают механические, физические и комбинированные способы бурения.

Наибольшее распространение получили механические способы бурения. При бурении шпуров или скважин механическим способом горная порода разрушается под действием внешних сил, передаваемых от бурильной машины буровому инструменту, а от него -- непосредственно на породу в забое. При этом порода разрушается инструментом, который перемещается под действием осевой нагрузки (ударной или статической) и крутящего момента. В зависимости от точек приложения и величин этих нагрузок различают четыре способа бурения: ударно-поворотный, вращательный и занимающие между ними промежуточное положение ударно-вращательный и вращательно-ударный.

Ударно-поворотное бурение (рис. 1, а) характеризуется тем, что клиновидный инструмент внедряется в породу под действием значительной ударной нагрузки F_yд, направленной по оси инструмента. При этом осевое усилие F_oc и крутящий момент М_кр очень малы. После каждого удара инструмент отскакивает от забоя шпура из-за упругости породы и инструмента, и последний поворачивается механизмом поворота на некоторый небольшой угол = 10ч20°. Вследствие этого каждый последующий удар наносится на новое место. Под действием ударной нагрузки порода под лезвием бура разрушается в виде борозд 1--1, 2--2, 3--3 и т. д. с толщиной среза h. Остающиеся между бороздами целики породы скалываются под действием горизонтальной боковой составляющей F_б,

где -- угол заострения бура, обычно = 90ч120°. Разрушенную породу удаляют из шпура или скважины промывкой, продувкой или пылеотсосом.

Основное преимущество ударно-поворотного способа бурения -- возможность бурить породы любой крепости. К недостаткам следует отнести периодичность воздействия инструмента на породу, значительное пылеобразование, шум и вибрацию при работе.

Вращательное бурение (рис. 1, б) характеризуется тем, что инструмент под действием значительного осевого усилия подачи и крутящего момента М_кр, двигаясь поступательно на забой, отделяет по винтовой линии срез толщиной h. Ударные нагрузки отсутствуют. При вращательном бурении различают бурение сплошным забоем и кольцевым. В последнем случае в центре забоя скважины остается колонка (керн) неразрушенной породы.

Область рационального применения вращательного бурения -- малоабразивные породы с коэффициентом крепости до f8 (по шкале проф. М. М. Протодьяконова). При более крепких породах инструмент, даже армированный твердым сплавом, быстро изнашивается. Применение инструмента с алмазами, закрепленными на режущих кромках, несколько расширяет эту область. Преимуществами вращательного бурения являются: непрерывность процесса разрушения горной породы, что обеспечивает высокую производительность; отсутствие ударных нагрузок и вибрации Мишины при работе; разрушение породы крупным срезом, что уменьшает пылеобразование и удельный расход энергии. Вращательное бурение получило широкое применение и осуществляется горными сверлами и бурильными машинами различного назначения.

Ударно-вращательное бурение (рис. 1, в) можно рассматривать как ударное бурение с непрерывным вращением инструмента.

Вращение инструмента и удар осуществляются независимо друг от друга. Порода разрушается под действием большой ударной нагрузки F_уд, осевого усилия F_oc и крутящегося момента М_кр. Для ударно-вращательного бурения используются буровые агрегаты, применяемые для бурения скважин диаметром 80-150 мм и глубиной до 70 м в горных породах крепостью f = 8ч20. В агрегате имеется пневмоударник, расположенный на конце бурового става, который подается в скважину и приводится во вращение при помощи станка, расположенного в горной выработке.

Вращательно-ударное бурение (рис. 1, г) характеризуется тем, что порода разрушается под действием значительных по величине осевого усилия F_oc, крутящего момента М_кр и дополнительной ударной нагрузки F_уд, наносимой в процессе бурения механизмом-ударником по хвостовику бурового инструмента. Ударная нагрузка увеличивает глубину внедрения инструмента в породу, что расширяет область применения вращателыю-ударного бурения при работе на неабразивных породах с коэффициентом крепости f = 6ч14.

На открытых горных работах для бурения скважин в породах с крепостью f = 6-18 используется шарошечное бурение. Разрушение породы при этом происходит под действием ударов зубьев шарошек при вращении прижатого к забою инструмента.

При физических способах разрушения на породу воздействуют газами, жидкостью, электрическим током, теплом и другими видами энергоносителя. К этим способам относят взрывное, термическое, ультразвуковое, гидравлическое и электрогидравлическое бурение.

При комбинированном способе горную породу разрушают одновременно механическим и физическим способами.

Одной из самых простых машин вращательного бурения является ручное сверло.

Ручные сверла предназначены для бурения шпуров по углю и породе с коэффициентом крепости f до 4. Сверла подразделяют: по способу подачи бурового инструмента на забой -- с ручной и механической подачей; по роду потребляемой энергии -- на электрические, пневматические и гидравлические; по типу управления -- с непосредственным и дистанционным управлением.

В угольной промышленности применяют ручные электрические сверла, выпускаемые Томским электромеханическим заводом им. В.В.Вахрушева (электросверла ЭР14Д-2М, ЭР18Д-2М, ЭРП18Д-2М) и Конотопским электромеханическим заводом «Красный металлист» (СЭР19М).



Ручное электросверло СЭР19М состоит из асинхронного короткозамкнутого электродвигателя, литого алюминиевого корпуса, промежуточного щитка, обеспечивающего взрывобезопасность корпуса, передней крышки с двухступенчатым цилиндрическим редуктором, шпинделя, камеры с выключателем и крышкой, вентилятора и крышки с окнами для всасывания воздуха.

Дистанционное управление осуществляется с помощью пускового аппарата АП-4, в этом случае однофазный выключатель цепи управления на напряжение 24 В устанавливается в корпусе электросверла, а силовой трехфазный выключатель -- в корпусе понижающего трансформатора.

Электросверло ЭРП18Д-2М отличается от электросверл СЭР19М, ЭР14Д-2М и ЭР18Д-2М наличием принудительной подачи -- небольшой лебедки с канатным барабаном, смонтированной на корпусе сверла.

Ленинградским заводом «Пневматика» выпускаются пневматические ручные сверла СР3 и СР3М, предназначенные для бурения шпуров по углю и мягким породам с коэффициентом крепости f до 4, и сверла СПР13-750М для бурения шпуров по породам с / до 6 с применением пневмоподдержки. Сверла СР3 и СР3М могут быть использованы для бурения дегазационных скважин в угольных пластах.

Пневматические сверла отличаются друг от друга конструкцией редуктора. Сверло состоит из корпуса, пневматического ротационного мотора (двигателя), редуктора, пускового устройства и глушителя шума. Сверла СР3М и СПР13-750 оснащены муфтой боковой промывки. К пневмоподдержке сверло СПР13-750 крепится с помощью специальной вилки. Для бурения дегазационных скважин диаметром до 250 мм применяют винтовые штанги диаметром 120 мм с шагом 120 мм.

К более тяжелым буровым машинам относятся колонковые сверла. Их отличительной особенностью, в сравнении с ручными сверлами, является большая мощность привода, а соответственно и больший вес. В связи с этим для удержания сверла в процессе работы используются специальные поддерживающие устройства («колонки»).

В качестве сравнительно легких машин ударно-поворотного бурения используются перфораторы, работающие на сжатом воздухе. Основными механизмами перфораторов являются ударно-поворотный механизм, предназначенный для нанесения ударов по хвостовику бура и его поворота при обратном движении, и воздухораспределительный механизм, обеспечивающий попеременную подачу сжатого воздуха в переднюю или заднюю полость цилиндра перфоратора. Остановимся на этих механизмах более подробно.

Воздухораспределение в пневматических перфораторах осуществляется посредством клапанов, золотников или непосредственно поршнем.

Клапанное воздухораспределительное устройство (рис. 2) состоит из клапана 3, выполненного в виде кольца, втулки клапана 4 с отверстиями 6, клапанной коробки 2 с отверстиями 7 и крышки 1. Для установки поршня и клапана в исходное положение в крышке клапанной коробки предусмотрено небольшое отверстие 9.

В начале рабочего хода (рис. 2, а) клапан и поршень-ударник 14 находятся в левом положении. При включении пускового крана сжатый воздух поступает через отверстия б и 7 в кольцевое пространство 8 и далее между клапаном и его крышкой в левую полость 10 цилиндра. Под действием сжатого воздуха поршень перемещается вправо. При этом воздух из штоковой полости 12 вытесняется в атмосферу через выхлопное отверстие 11. При дальнейшем перемещении поршень перекрывает выхлопное отверстие, в результате чего воздух, находящийся в штоковой полости, а также в канале 13 и кольцевой полости 5, начинает сжиматься, оказывая давление на клапан слева. При дальнейшем движении вправо поршень открывает выхлопное отверстие и наносит удар по хвостовику бурового инструмента. Так как давление воздуха в поршневой полости 10 при этом резко снижается, то клапан перемещается вправо, соединяя кольцевые пространства 5 и 8,

Рис. 2.

Далее начинается обратный ход поршня (рис. 2, б). Сжатый воздух поступает через канал 13 в штоковую полость 12 цилиндра, в результате чего поршень начинает перемещаться влево, вытесняя воздух из поршневой полости 10 в атмосферу через выхлопное отверстие 11. При дальнейшем перемещении влево поршень закрывает выхлопное отверстие 11, сжимает воздух в полости 10, который будет теперь оказывать давление на клапан справа. Когда поршень откроет выхлопное отверстие 11, давление воздуха в штоковой полости 12, канале 13 и кольцевом пространстве 5 резко снизится; вследствие этого клапан переместится влево. Далее цикл повторится. Особенностью клапанного воздухораспределения является то, что клапан, перекрывающий рабочие каналы, перемещается под действием разности давлений в передней и задней полостях цилиндра.

Клапанное воздухораспределение отличается простотой конструкции, небольшими движущейся массой и поверхностями трения, малым ходом клапана, что обеспечивает высокую скорость его переброски и дает возможность конструировать перфораторы с большим числом ударов поршня. По конструкции клапаны подразделяются на шариковые, мотыльковые (с откидным клапаном), кольцевые и фланцевые.

Золотниковое воздухораспределительное устройство обеспечивает меньший расход воздуха, чем клапанное, имеет больший к. п. д., позволяет получить высокие энергию удара и крутящий момент, но не обеспечивает такой большой частоты ударов, как клапанное. Различают воздухораспределительные устройства со сплошным золотником и цилиндрическим полым, который получил большее распространение.

В последнем случае воздухораспределительное устройство (рис. 3) состоит из втулки 1, золотника 2, коробки 3 и крышки 4. В начале рабочего хода (рис. 3, а) золотник и поршень-ударник 6 находятся в крайнем левом положении. Сжатый воздух поступает по каналам в золотник и через отверстия в крышке -- в полость 5 цилиндра. Под действием сжатого воздуха поршень начинает перемещаться вправо. При дальнейшем движении поршень открывает канал 10, по которому сжатый воздух начинает поступать в левую кольцевую полость золотниковой коробки и передвинет золотник вправо. При дальнейшем движении поршня открывается выхлопное отверстие 9 и поршень наносит удар по хвостовику бурового инструмента. Сжатый воздух из поршневой полости 5 будет выходить при этом в атмосферу через выхлопное отверстие 9.

Далее начнется обратный ход поршня (рис. 3, б). Сжатый воздух будет поступать теперь по каналу 7 в правую полость цилиндра и переместит поршень влево. Когда поршень откроет входное отверстие канала 11, сжатый воздух по нему поступит в правую часть золотниковой коробки и под действием давления на фланец золотника передвинет его влево. Поршень откроет выхлопное отверстие 12, и воздух из правой полости цилиндра 8 поступит в атмосферу. Далее цикл повторится.

Рис. 3.

Отличительной особенностью золотникового воздухораспределения является перемещение золотника под действием давления сжатого воздуха, специально подводимого по дополнительным каналам из основного воздухопровода.

Помимо клапанного и золотникового воздухораспределения применяется еще бесклапанное, которое осуществляется самим поршнем-ударником. Несмотря на простоту конструкции, оно не нашло широкого распространения из-за увеличенного расхода сжатого воздуха и низкого к. п.д.

Ударно-поворотные механизмы зависимого действия осуществляют поворот бурового инструмента при обратном ходе поршня и могут быть конструктивно выполнены с геликоидальной (винтовой) нарезкой на штоке поршня-ударника или с отдельным геликоидальным стержнем, имеющим на конце храповое устройство (рис. 4).

В механизме первого типа (рис. 4, а) при рабочем ходе поршень-ударник 1 движется вправо, не вращаясь. Однако при этом он поворачивает двумя своими геликоидальными вырезами храповую буксу 2. Храповые собачки 3 с пружинами 4 и стержнями 5, закрепленными в корпусе 6 перфоратора, не препятствуют этому. Две прямые выточки 6, имеющиеся на штоке поршня-ударника, заходят в поворотную буксу 7, соединенную торцовыми кулаками с буксой 8, в гнездо которой вставлен хвостовик бура 9. Поворотная букса и бур при этом не вращаются. При обратном ходе храповые собачки 3 запирают храповую буксу 2. В результате этого поршень-ударник поворачивается вместе с поворотной буксой и буром на некоторый угол.

Рис. 4.

Механизм второго типа (рис. 4, б) состоит их храповой буксы 1, закрепленной в верхней части перфоратора, и стержня 2 с геликоидальной нарезкой на конце. Головка стержня имеет две или четыре собачки 3 со стержнями 4 и пружинами 5. Стержень 2 входит в геликоидальную гайку 6, расположенную внутри поршня 7. На штоке поршня имеются шлицы, на которые насажены поворотная букса 8 и соединенная с ней букса 9 с буром 10.

Принцип действия этого устройства такой же, как и у описанного выше. При рабочем ходе поршня-ударника храповые собачки не препятствуют повороту геликоидального стержня 2, вследствие этого поршень-ударник движется вправо, не вращаясь. При холостом ходе храповые собачки запирают стержень 2, в результате чего поршень-ударник вместе с поворотной буксой и буром поворачивается.

Поворотные механизмы независимого действия осуществляют поворот бурового инструмента от отдельного пневмомотора, который передает крутящий момент через редуктор. Это позволяет в 7-10 раз увеличить крутящий момент, исключить поворотное устройство на поршне и штоке и расходовать всю энергию поршня только на удар, что повышает производительность бурения на 30-35 %. Кроме того, имеется возможность более простым способом изменять частоту вращения бурового инструмента и увеличивать глубину скважины до 50 м. К недостаткам независимого вращения бурового инструмента следует отнести увеличение массы перфоратора и усложнение конструкции. Независимое вращение бурового инструмента применено на колонковых перфораторах ПК60 и ПК75.

Для бурения шпуров применяется буровой инструмент (рис. 5) в виде цельного бура или состоящий из буровой штанги и резца или буровой коронки, армированных твердым сплавом. Различают буровой инструмент для вращательного, ударно-поворотного и вращательно-ударного бурения.

Буровой инструмент для вращательного бурения состоит из витых или сплошных буровых штанг и резцов. Буровая штанга состоит из хвостовика, тела буровой штанги, головки с отверстиями для закрепления резца и крепежного штифта.

Штанги изготовляют из стали круглого, ромбического и прямоугольного сечений, с навивкой на них спирального выступа или свивкой буровой стали в виде спирали для выноса буровой мелочи. Размер профиля буровой штанги 3618, 3820, 4018, 4320 мм. Для ручных сверл применяются штанги длиной 1,2 и 3 м, для колонковых -- 0,7-5 м с интервалом 0,7 м.

Буровой резец состоит из корпуса, хвостовика для крепления штанги и перьев, заканчивающихся режущими лезвиями. Между перьями имеется разрыв, называемый раствором. Резцы изготовляют двух- и трехперыми диаметром 41, 44 и 60 мм для бурения по углю и породе. Двухперые резцы применяют при бурении по углю и слабым породам, трехперые -- по более крепким породам.

Корпуса изготовляют из стали, к ним припаивают пластины твердого сплава ВК-6В, ВК-8В или ВУ-15.

Соединение резца со штангой бывает конусное, резьбовое, кулачковое с цилиндрическим хвостовиком и шплинтовое. Резцы подразделяют на углепородные типа РУ, например РУ13М (рис. 5, а) и породные типа РП, например РП42 (рис. 5, б).

Углепородный резец РУ13М предназначен для вращательного бурения по углю сопротивляемостью резанию свыше 150 Н/мм и породам с коэффициентом крепости /<6. Он состоит из стального корпуса, режущая головка которого армирована двумя пластинами твердого сплава. Отверстие диаметром 4 мм на хвостовике резца предназначено дли его закрепления в буровой штанге отрезком проволоки.

Рис. 5.

Породный резец РП42 предназначен для буровых штанг колонковых сверл и бурильных машин при вращательном бурении шпуров с промывкой в породах с f = 5--12. Он состоит из стального корпуса, режущая головка которого армирована двумя пластинками твердого сплава. Конусное отверстие в хвостовике резца предназначено для соединения резца со штангой. Цилиндрическое отверстие, расположенное по оси резца, служит для подвода промывочной жидкости в зону резания.

Для ударно-поворотного бурения используют буровые коронки, выпускаемые Кузнецким машиностроительным заводом. Буровые коронки делятся по числу породоразрушающих лезвий на долотчатые, трехперые и крестовые. Форма твердосплавного вооружения бывает пластинчатой и штыревой.

Буровая коронка состоит из корпуса, изготовляемого из углеродистой инструментальной стали, армируемого твердым сплавом. Для промывки шпура в коронке предусматривается канал (отверстие).

В зависимости от армирования коронок пластинами твердого сплава (П) и штырями (Ш) различают коронки: долотчатые-- (КДП (рис. 5, в) и КДШ); трехперые -- КТП и КТШ; четырехперые крестовые-- (ККП (рис. 5, г) и ККШ); Х-образные -- КХП и КХШ. Обычно для пород с коэффициентов крепости f=12 рекомендуется пластина из твердого сплава ВК-15; при f= 10-12 -- ВК-8 и ВК-8В и при f=10 --ВК-6 и ВК-6В.

Буровые коронки соединяются со штангой с помощью конусного соединения; конусность принимается 1:8. Применяется также соединение штанг с коронками с помощью веревочной резьбы, облегчающей съем коронок со штанги (коронки ККП60-32В и КТШ52-32В).

Более производительными и мощными машинами являются буровые станки. Рассмотрим, к примеру, станок БГА-4.

Станок БГА-4 предназначен, для бурения скважин по углю диаметром 390 и 500 мм с последующим разбуриванием обратным ходом до 850 мм, длиной при наклоне скважины 0--45° до 80 м (при применении шнековых бурильных штанг) и при наклоне 45--90° до 150 м.

Гидрокинематическая схема бурового станка БГА-4 приведена на рис. 6. Она предусматривает передачу вращения от электродвигателя M₁ буровому инструменту через двухскоростной редуктор посредством цилиндрических зубчатых пар 1--2, 3--4, 5--6 или 7--8 и зубчатой муфты 9. От муфты вращение передается шлицевой втулке, которая через шлицевой вал (шпиндель) соединяется с корпусом бурового замка 10. Замок служит для присоединения бурового става. Таким образом достигаются две частоты вращения бурового става -- 75 и 123 об/мин.

Рис. 6.

Замок связан траверсой 11 со штоками двух гидродомкратов подачи 15 и 17 так, что может совершать одновременно вращательное и поступательное (вдоль оси) движения. Масло под давлением от маслостанции поступает в полости этих гидродомкратов через систему маслоприводов 12, 13 или 14, 16. Электродвигатель 18 мощностью 3 кВт через редуктор 19 приводит в действие два шестеренных насоса 20 и 21 общей подачей 35 л/мин. Из маслобака 22 масло подается насосами в гидросистему.

При бурении скважины став перемещается вверх с рабочей скоростью от 0 до 1,3 м/мин. При этом масло от основного насоса 20 через обратный клапан 23 и золотник управления 28 поступает в поршневые полости обоих гидродомкратов подачи 15 и 17. Рабочее давление при этом (около 10 МПа) регулируется предохранительным клапаном 24. Масло из штоковых полостей гидроцилиндров сливается через дроссель 25, которым регулируется скорость подачи бурового става. Управление дросселем осуществляется приводом дросселя, который связан со станцией управления САУБ-У5. При бурении второй насос 21 через открытый золотник 27 сливает рабочую жидкость в маслобак.

Обратный клапан 26 при этом закрывает слив масла от насоса 20.

При разбуривании скважины (рабочая подача вниз со скоростью от 0 до 1,1 м/мин) золотником управления 28 изменяется направление потока масла в гидросистеме. Масло подается в штоковые (верхние) полости гидродомкратов, а сливается из поршневых (нижних).

При маневровой скорости перемещения бурового става вверх (от 0 до 2,8 м/мин) или вниз (от 0 до 4,1 м/мин) оба насоса подают масло в гидросистему через золотник 28 в верхние или нижние полости гидродомкратов. Масло при этом сливается в маслобак через золотник 28, минуя дроссель.

Основным рабочим инструментов буровых станков является буровой став. Рассмотрим более подробно его устройство на примере бурового става станка шарошечного бурения. Буровой став образуют шарошечное долото и буровые штанги, соединенные вместе.

В комплект буровых штанг входят одна концевая штанга и несколько рабочих. Концевая штанга (забурник) устанавливается между долотом и рабочей штангой (рис. 7). Выполняется она из толстостенной трубы 1, в которую с обоих концов вварены вставки 2 и 3, снабженные внутренней конической резьбой и каналами для прохода сжатого воздуха. В гнезде верхней вставки 3 имеется еще коническая резьба 4 меньшего диаметра, служащая для присоединения к штанге шпинделя вертлюга.

Рабочая штанга 5 имеет большую длину и отличается от концевой конструкцией нижнего хвостовика, который выполнен с наружной конической резьбой.

Диаметр штанг принимается на 20--50 мм меньше диаметра долота для удаления буровой мелочи из скважины.

Изготовляются штанги из стальных бесшовных холодно- или горячекатаных труб.

Оборудование для очистных работ. Очистные комбайны и комплексы

В связи с тем, что сейчас наиболее широко распространена узкозахватная выемка, рассмотрим общее устройство узкозахватного очистного комбайна на примере комбайна К103.

Комбайн К103 предназначен для механизации выемки угля в лавах на пластах мощностью 0,6-1,3 с углом падения до 35°, подвигающихся по простиранию и до 10°, подвигающихся по восстанию или падению, при сопротивляемости пласта резанию 300 кН/м.

Комбайн К103 (рис. 8) состоит из правого 1 и левого 6 шнеков, установленных симметрично по концам комбайна на шарнирно закрепленных поворотных редукторах 7 и 12; редукторов 2 и 4 приводов шнеков; двух электродвигателей 3; погрузочных щитков 5 и 13; портала 9; опорной системы; гидросистемы; электрооборудования с органами управления; системы орошения.

Привод исполнительного органа располагается в уступе забоя между шнеками.

Над рештачным ставом забойного конвейера размещаются портал и опорная система комбайна, имеющие малую высоту.

Основные узлы комбайна установлены в цельном корпусе, что позволяет исключить стыки и необходимость применения конических зубчатых передач в приводе, а также уменьшить длину комбайна.

Шнеки исполнительного органа закреплены на поворотных редукторах; по мощности пласта они регулируются гидродомкратами.

Погрузочные щитки комбайна, располагаемые между шнеками и торцами корпуса комбайна, обеспечивают погрузку на конвейер угля от переднего по ходу комбайна шнека.

Комбайн двумя опорами опирается на полку зачистного лемеха забойного конвейера; две другие опоры комбайна охватывают круглую направляющую, закрепленную со стороны выработанного пространства на конвейере. Захваты, расположенные по концам портала, связаны с шарнирным четырехзвенником, обеспечивающим подъем-опускание корпуса комбайна и портала параллельно почве пласта без наклона.

Комбайн вдоль забоя передвигается тяговой цепью 10 калибром 26x92 мм, приводимой при помощи вынесенных систем подачи 8 и 11. Рабочая ветвь тяговой цепи перемещается в верхней части специального желоба конвейера, холостая ветвь -- в нижней части этого желоба.



Рис. 8.

Очистные комбайны работают в составе очистных комплексов, включающих кроме очистного комбайна лавную крепь, крепи сопряжения, забойный конвейер и ряд дополнительных механизмов. Лавная крепь является основным элементом комплекса.

Механизированная гидрофицированная передвижная крепь в процессе взаимодействия с боковыми породами выполняет три основные функции: управление горным давлением (способом обрушения или другим способом), активное поддержание кровли в рабочем призабойном пространстве очистного забоя и защиту его (ограждение) от проникновения обрушенных пород кровли. Кроме того, механизированная крепь в большинстве случаев выполняет также функции пространственного перемещения забойного конвейера очистного комплекса или агрегата в целом и его управления по гипсометрии и в плоскости пласта.

Механизированная гидрофицированная крепь состоит из крепежных секций или комплектов, насосной станции, распределительной и контрольно-регулирующей гидроаппаратуры и гидрокоммуникаций. Секции крепи или комплекты располагаются по всей длине очистного забоя, они активно поддерживают породы кровли в рабочем призабойном пространстве очистного забоя и управляют горным давлением. По мере выемки угля секции крепи передвигаются к забою в определенной последовательности.

Все механизированные крепи по основным функциональным критериям и их взаимодействию с боковыми породами можно разделить на оградительные, поддерживающие и оградительно-поддерживающие. В оградительно-поддерживающих крепях возможно преобладание поддерживающей части (тогда эти крепи называются поддерживающе-оградительными) или, наоборот, оградительной (оградительно-поддерживающие крепи). Соотношение этих функций можно установить величиной проекции поддерживающих и оградительных элементов на плоскость почвы пласта.

Оградительные крепи (рис. 9, а) имеют одну основную функцию -- ограждение рабочего пространства лавы от проникновения в него обрушенных пород кровли. Эти крепи не имеют элементов для поддержания кровли (L_п = 0). Конструктивно они наиболее просты и наименее металлоемки, но имеют ограниченную область применения. Они не исключают проникновения в рабочее пространство пород кровли, обрушающихся по линии забоя пласта. В России применяется только один тип оградительной крепи -- КТУ (на шахтах Кузбасса в 12--15 лавах) при слоевой выемке мощных (6-15 м) пологих пластов для отработки нижнего слоя мощностью 2,4-2,7 м.

Секция оградительной крепи КТУ состоит из основания 1, гидродомкрата 2 для передвижения крепи и конвейера, двух стоек 3 и ограждающего щитового перекрытия 4.

Поддерживающие крепи (рис. 9, б) выполняют две основные функции: управление горным давлением и поддержание кровли в рабочем пространстве лавы. Секции крепи этого типа имеют основание 1 (или другие опорные элементы), от двух до шести гидравлических стоек 2, один или два гидродомкрата передвижения 3, верхнее перекрытие 4 (L_п значительно по величине) и оградительный элемент, выполненный в виде вертикально расположенного щитка 5 (L_ог = 0).

Основное преимущество поддерживающих крепей заключается в том, что они сохраняют устойчивость пород кровли над рабочим пространством и обеспечивают управление горным давлением способом полного обрушения за поддерживающей частью крепи. Поддерживающие крепи получили широкое применение на пластах мощностью менее 1,8 м («Донбасс», МК97, М103, М87УМ и др.).

Рис. 9.

Оградительно-поддерживающие крепи (рис. 9, в) выполняют все три функции: управление горным давлением, поддержание кровли в рабочем пространстве и ограждение его от проникновения обрушающихся пород кровли. Оградительный элемент преобладает над поддерживающим (L_ог > L_п). Крепи этого типа (ОКП и др.) получили широкое распространение в нашей стране и применяются при разработке пологих пластов мощностью 1,8-3,5 м (ОКП) с легкообрушающимися породами кровли.

Секция оградительно-поддерживающей крепи состоит из основания 1, четырехзвенника 2, щитового перекрытия 3 (оградительный элемент), козырька 4 (поддерживающий элемент), одной наклонной гидростойки 5 и гидродомкрата передвижения 6, Основным преимуществом крепей этого типа является небольшая ширина полосы поддерживаемых пород кровли в призабойном пространстве (L_п), что уменьшает нагрузку на крепь, позволяет увеличить ширину секции крепи и улучшить ее устойчивость. Недостатком является сравнительно малое рабочее пространство, что затрудняет размещение оборудования, перемещение людей и проветривание лавы.

Поддерживающе-оградительные крепи (рис. 9, г) выполняют те же функции, что и оградительно-поддерживающие, но поддерживающий элемент у них преобладает над оградительным (L_п > L_ог). Крепи этого типа (1МКМ, МК75, КМ130 и др.) применяются при разработке пологих пластов мощностью 1,4-3,2 м как с легко обрушающимися, так и устойчивыми породами кровли.

Секция крепи 1МКМ, например, состоит из основания 1, четырехзвенника 2, щитового перекрытия 3 (ограждающий элемент), верхнего перекрытия 4 (поддерживающий элемент), двух гидростоек 5 и гидродомкрата передвижения 6.

Основным преимуществом поддерживающе-оградительных крепей перед оградительно-поддерживающими является большее рабочее пространство, позволяющее более удобно расположить оборудование и обеспечить свободный проход для людей.

Рассмотрим общий состав и работу очистного комплекса на примере комплекса 2ОКП.

Оборудование комплекса 2ОКП (рис. 10) имеет: двухшнековый комбайн 3 типа КШ1КГ или 2КШ3; концевое устройство для закрепления конца цепи 5 или тягового устройства 6 (при работе по полиспастной схеме); изгибающийся скребковый конвейер 4 типаСУОКП с кабелеукладчиком 7; механизированную передвижную крепь 2 типа 2ОКП; крепь сопряжения лавы с конвейерным штреком I типа Т6К; предохранительную лебедку 8 (при работе на пластах с падением 9° и выше); электроосвещение 9; гидравлическое и электрическое оборудование, смонтированное на энергопоезде в штреке.

Рис. 10.

Линейная секция крепи комплекса 2ОКП (рис. 11, а) состоит из: основания 1; гидростойки 7 со стоечным гидроблоком 10, в корпусе которого расположены предохранительный и обратно-разгрузочный клапаны; оградительного перекрытия 8; поддерживающего козырька 4 увеличенной (по сравнению с ОКП) длины; траверс 11 и 9, образующих шарнирный четырехзвенник; двух гидродомкратов передвижки 12 (вместо одного у ОКП), которыми можно осуществлять разворот секции в плоскости пласта; гидродомкрата 6 для выравнивания положения секций с гидрозамком 5; блока управления с распределителем 2 при управлении с соседней закрепленной секции; блока отсекателей 3. Секции крепи обладают большей несущей способностью (по сравнению с ОКП) и снабжены противоотжимным щитком для крепления верхней части забоя. Эффективно применяются на очистных комплексах 20КП противоотжимные щитки местной навесной конструкции (рис. 11, б). К козырьку 1 секции крепи прикреплен гидродомкрат 2 с противоотжимным щитком 3, который может занимать три положения: I -- для подхвата и удержания кровли в призабой-ной зоне вслед за выемкой угля комбайном до передвижки секции; II -- при удержании от обрушения верхней части забоя с активным подпором; III -- нейтральное положение. Применяются и другие конструкции противоотжимных щитков.

Технологическая схема выемки угля комбайном может быть челноковая или односторонняя. В исходном положении конвейер придвинут к забою, стойки секций крепи располагаются от конвейера на расстоянии, равном шагу передвижения (0,5 или 0,63 м), комбайн самозарубился в пласт угля или заведен в нишу. Вслед за проходом верхнего шнека комбайна производятся разгрузка и передвижка к конвейеру секций крепи с активным подпором или без него. Конвейер в это время удерживается в неподвижном состоянии гидродомкратами передвижения соседних распертых секций. Секции передвигаются вслед за выемкой последовательно или через одну при устойчивой кровле. Управление передвигаемой секцией в целях безопасности осуществляется с соседней неподвижной распертой секции. Передвижка рештачного става производится с его изгибом («волной») на расстоянии 8-12 м от комбайна, либо фронтально по окончании выемки комбайном полосы угля.



Рис. 11.

Струговые установки

Предпочтительной областью применения струговых установок являются очистные забои длиной до 300 м на пластах мощностью 0,4-2 м с углом падения до 25° при сопротивляемости пласта резанию до 250 кН/м.

Струговая выемка предусматривает отбойку угля от массива и погрузку его на забойный конвейер в бесстоечном призабойном пространстве. Массив угля стругом разрушается в зоне, отжатой горным давлением, с толщиной среза до 15 см. Вдоль забоя струг перемещается при помощи бесконечной круглозвенной тяговой цепи, на забой подается гидродомкратами, установленными вдоль струговой установки. Уголь на конвейер грузится корпусом движущегося струга одновременно с отбойкой угля.

Применяемые струговые установки по компоновке оборудования и назначению разделяются на скреперо-струговые, скреперо-струготаранные, струговые установки, также струговые комплексы и агрегаты.

В зависимости от конструкции и взаимной увязки с забойным конвейером различают струги: с опорной подконвейерной плитой, с наклонной направляющей (скользящие струги) и многоопорные струги.

Недостатки стругов с опорной подконвейерной плитой -- большие затраты энергии на перемещение опорной плиты по почве пласта (до 75% общей мощности привода струговой установки).

Струги скользящего типа этим недостатком не обладают. Устойчивость таких стругов в поперечной плоскости пласта обеспечивается дополнительной опорой и направляющей, установленной на борту конвейера со стороны выработанного пространства.

Работы по созданию многоопорных стругов проводятся с целью обеспечения выемки угля струговой установкой по всей мощности пласта.

Режущий инструмент стругов состоит из почвенных (НП1 и НП2) и опережающих (НО и НОТ) ножей, почвенных, нижних, средних, опережающих и подрезных резцов. В специальные гнезда в корпусах резцов устанавливаются армированные пластинками твердого сплава режущие вставки, которые по мере износа заменяются.

В настоящее время для пластов мощностью 0,5-2 м выпускаются серийно четыре струговые установки 1СОП (УСТ2М), С075М, СН75М и УСВ-2, техническая характеристика которых приведена ниже.

Струговые установки 1СОП, С075М и УСВ-2 с подконвейерной плитой и могут быть отнесены к установкам отрывного действия; струговая установка СН75М скользящего действия с опорой на забойную часть конвейера с тяговыми цепями, размещаемыми в ней в специальных направляющих. Основные узлы струговых установок С075М и СН75М унифицированы между собой.

Общую компоновку стругового комплекса рассмотрим на примере установки СО75. Струговая установка СО75 предназначена для выемки угля в очистных забоях длиной до 200 м, разрабатывающих пласты мощностью 0,55-1,4 м с углом падения до 25° и сопротивляемостью пласта резанию до 2,5 кН/см. При этом непосредственная кровля пласта должна быть не ниже средней устойчивости.

Установка СО75 (рис. 12) состоит из струга 5, бесконечной тяговой цепи 3, размещенной с выработанной стороны конвейера 9 в закрытом желобе, двух приводов 8 а 11 струга, двух приводов конвейера 2 и 7, двух гидрофицированных столов 1 и 6, размещаемых в конвейерном и вентиляционном штреках, линейных гидродомкратов 10, электро- и гидрооборудования, секционной системы орошения 4.

Стол, гидрофицированный, состоит из сварных и гидравлических сборочных единиц и предназначен для размещения и закрепления приводов струга и конвейера, удержания и передвижки приводов вслед за подвиганием очистного забоя, а также для регулирования положения приводов в зависимости от угла разворота относительно прилегающей выработки и угла падения пласта.

Приводы струга и конвейера унифицированы. Исполнительный орган струговой установки СО75М состоит из двух крайних плит, двух промежуточных и средней, являющейся основанием. К крайним плитам со стороны выработанного пространства очистного забоя крепятся концы тяговой цепи, а к основанию с забойной стороны -- два утюга, предназначенные для направления движения струга по конвейерному ставу, два резцедержателя ,для нижних подрезных резцов и два ограничителя стружки (среза). На основании закреплены также нижние поворотные резцедержатели и набор проставок (с резцедержателями). Струг имеет два типа резцов, армированных твердым сплавом: нижние и верхние подрезные и остальные с конусным хвостовиком.

Струг перемещается вдоль забоя, снимая стружку угля, толщина которой регулируется сменными ограничителями, закрепленными на струге. Прижатие струга к забою и перемещение конвейера вслед за проходом струга производятся гидродомкратами, установленными вдоль конвейера.

Рис. 12.

Перемещаясь вдоль забоя и снимая стружку угля, струг отжимает конвейерный став. Вследствие этого гидродомкраты совершают обратный ход и вытесняют рабочую жидкость из гидродомкратов в магистраль низкого давления, откуда через предохранительный клапан насосной станции жидкость сливается в маслобак. После прохода струга линейные гидродомкраты передвигают конвейер к забою.

Конструкцию стругового органа рассмотрим на примере струга СН75 (рис. 13).

Струговая установка СН75М, скользящего типа, предназначена для механизации выемки и доставки угля на пластах мощностью 0,65--1,4 м с самообрушающейся верхней пачкой с углами падения до 25° при подвигании очистного забоя по простиранию, до 8° -- по восстанию, до 5° -- по падению; при сопротивляемости пласта резанию до 300 кН/м в неотжатой зоне и 150 кН/м в зоне работы резцов струга, при кровле не ниже средней устойчивости. Установка может применяться в комплексе с индивидуальной или механизированной крепью.

Струговая установка СН75М в значительной мере унифицирована с установкой СО75М и имеет одинаковую с ней конструкцию приводов струга и конвейера, тяговых цепей струга и конвейера, рештаков, крепи сопряжения, электро- и гидрооборудования, системы орошения, а отличается расположением приводов струга и тяговой цепи (со стороны забоя) и иным конструктивным выполнением средней части конвейера и исполнительного органа -- струга.

Исполнительный орган (струг) установки СН75М (рис. 13) имеет основную раму 1 с захватами для перемещения по трубам наклонных направляющих конвейера. На раме симметрично расположены левая 2 и правая 4 резцовые головки, а между ними посередине выдвижной резцедержатель 3, за счет выдвижения которого высоту струга можно регулировать в пределах 0,53--0,8 м. Резцовые головки связаны между собой регулировочной стяжкой 5. Струг имеет только два типа режущего инструмента. Рабочая ветвь струговой цепи, расположенная под наклонной плитой конвейера в ее нижней части, присоединяется к стругу крюком, выполненным заодно с захватом рамы. Перемещается струг по наклонным плитам и трубчатым направляющим, закрепленным в их верхней части.

При движении струга практически отсутствует отжатие («дыхание») конвейерного става и поэтому заданная толщина стружки постоянна. Струговая установка СН75М -- скользящего типа, позволяет создавать большие напорные усилия для разрушения более крепких углей.

Струговая выемка в настоящее время используется сравнительно редко. Однако необходимо учитывать, что после отработки балансовых запасов угля в мощных и средней мощности пластах в будущем возникнет необходимость отработки тонких пластов, сегодня считающихся нерентабельными. Так как струги наиболее эффективны на тонких пластах в длинных лавах, на наш взгляд этот способ выемки угля в будущем имеет перспективы стать одним из основных.

Оборудование для проходки

Для проходки подготовительных выработок широко используются проходческие комбайны. Проходческие комбайны предназначены для проведение горных выработок по углю и породам средней крепости. Проходческие комбайны классифицируют по следующим основным признакам:

· по крепости разрушаемого массива -- для работы по углю и слабой породе с прослойками и просечками слабых пород с коэффициентом крепости f?4, для работы по породам средней крепости с f = 4-8 и по крепким породам с f?8;

· по назначению и области применения -- для проведения основных однопутевых и двухпутевых подготовительных выработок по полезному ископаемому и по смещенному забою;

· по способу разрушения забоя исполнительным органом -- избирательного (циклического) действия с последовательной обработкой забоя и бурового (непрерывного) действия с одновременной обработкой всей поверхности забоя;

· по-площади сечения проводимой выработки -- до 6 м², 6-8, 8-12 и более 12 м²;

· по форме сечения проводимых выработок -- круглая, арочная, трапециевидная;

· по способу погрузки -- с исполнительным органом ковшовым, скребковым, с нагребающими лапами;

· по способу передвижения -- гусеничный, колесный, шагающий, гибкий тяговый орган;

· типу привода -- электрический, пневматический, электрогидравлический, гидравлический.

Проходческие комбайны с избирательными исполнительными органами преимущественно применяют в сложных горных геологических условиях, а также при необходимости изменения в широком диапазоне величины и формы сечения выработок и раздельной выемке горного массива.

Буровые проходческие комбайны по сравнению с комбайнами избирательного действия применяют в более однородных и крепких горных породах. Процесс проведения выработок этими комбайнами осуществляется непрерывно с высокой производительностью.

Проходческие комбайны должны удовлетворять следующим требованиям: устойчиво работать в существующих горно-геологических условиях с соответствующей технической производительностью; работать в проходческих комплексах с оборудованием для бурения шпуров под штанговую крепь, передовых дегазационных и разведочных скважин и с оборудованием для установки постоянной арочной металлической, железобетонной или деревянной крепи; обеспечивать пылеподавление при работе комбайна до санитарных норм; обеспечивать автоматическое и дистанционное управление работой комбайна; иметь возможно большее число унифицированных узлов и деталей; допускать применение временной передвижной призабойной механизированной крепи; комбайн должен разбираться на транспортабельные узлы для спуска в шахту и доставку к месту работы.

Устройство проходческого комбайна рассмотрим на примере семейства комбайнов ГПКС. Проходческий комбайн 1ГПКС (семейство комбайнов) предназначен для проведения горизонтальных и наклонных горных выработок сечением в проходке 6,0-17 м² по углю, породе (f4) и смешанным забоем с присечкой пород (f5). Абразивность пород при применении комбайнов должна составлять не более 15 мг, кусковатость горной массы не более 300 мм, допускаемое удельное давление на почву 0,09 МПа.

Семейство комбайнов 1ГПКС с большой поузловой унификацией, доходящей до 90%, включает в себя четыре типа комбайнов:

1ГПКС (базовая модель) без ленточного перегружателя для проведения горизонтальных и наклонных (±10°) горных выработок с погрузкой горной массы на забойный конвейер;

1ГПКС-02 без ленточного перегружателя для проведения горных выработок по восстанию (до +20°) с погрузкой горной массы на забойный конвейер;

1ГПКС-03 без ленточного перегружателя для проведения горных выработок по падению (до -25°) с погрузкой горной массы на забойный конвейер;

1ГПКС-01 с ленточным перегружателем для проведения горизонтальных выработок с погрузкой горной массы на средства рельсового транспорта.

Комбайны 1ГПКС-02 и 1ГПКС-03 комплектуются барабанами с канатами, устанавливаемыми на задних осях ходовой части, предназначенными для удержания комбайнов от сползания при проведении наклонных выработок.

Рис. 14.



Основные унифицированные узлы комбайнов семейства 1ГПКС: исполнительный орган, погрузочное устройство с центрально расположенными скребковым конвейером, прицепной ленточный перегружатель и пульт управления. Гидравлическая и электрическая системы и средства пылеподавления максимально унифицированы. Различные модели комбайнов создаются путем добавления к базовой модели 1ГПКС нескольких узлов и сменного оборудования.

Каждый из семейства проходческих комбайнов 1ГПКС состоит из стреловидного исполнительного органа 3 (рис. 14) с резцовой коронкой 1 (или резцовой барабанной головкой 1), установленного на поворотной раме (турели) 5; ходовой части 6; погрузочного устройства, включающего в себя приемную часть с нагребающими лапами (питатель) 12 и центрально расположенный скребковый конвейер 11 с поворотной разгрузочной консолью; гидросистемы; электрооборудования 8 (электродвигатели, пульт управления); крепеподъемника 2 с гидроцилиндром. Гидросистема состоит из гидроцилиндров 4 и 7 перемещения исполнительного органа соответственно в вертикальной и горизонтальной плоскостях, опорных 10, телескопического перемещения исполнительного органа, подъема и опускания питателя, также из шестеренного насоса и гидроаппаратуры управления и контроля 9.

Комбайны 1ГПКС-02 (рис. 15, а) и 1ГПКС-03 (рис. 15, б) оснащаются тяговопредохранительным устройством, выполненным в виде двух барабанов 5 с канатом 2.

Технологические схемы проведения горных выработок комбайнами семейства 1ГПКС в основном идентичны. Комбайн устанавливается по оси горной выработки и с помощью опорных гидроцилиндров 6 распирается в почву. Включается исполнительный орган, который направляется в левый или правый нижний угол забоя; с помощью гидроцилиндров телескопического перемещения резцовая коронка или барабанная головка внедряется в горный массив на глубину 35-500 мм (в зависимости от крепости горных пород) и затем путем перемещения исполнительного органа забой обрабатывается по всей площади.

Рис. 15

Горная масса погружается нагребающими лапами питателя на скребковый конвейер с подъемно-поворотной консолью и далее перегружается им на различные средства транспорта.

После обработки забоя исполнительный орган устанавливается в исходное положение и цикл повторяется.

При проведении восстающих наклонных горных выработок комбайном 1ГПКС-02 ( см. рис. 15, а) впереди него в специально подготовленную канавку укладывается балка 1, которая прижимается первыми катками гусениц ходовой части. При слабых почвах выработки балка может дополнительно крепиться с помощью анкеров 3 или распорных стоек, устанавливаемых на конце балки (на рис. 2, а не показано).

Комбайн с помощью предохранительных (страховочных) цепей 4 крепится с двух сторон в балке 1, находящейся под последними катками гусениц ходовой части. Отключаются барабаны 5, при этом канаты 2 сматываются с них и крепятся крюками к передней балке 1. Включаются барабаны и комбайн подается на забой. Скорость движения гусениц и канатов уравнивается муфтой предельного момента, благодаря автоматическому отсоединению барабанов от приводной звезды и при превышении усилия в тяговых канатах 30 кН.

При подходе комбайна к забою ходовая часть отключается, комбайн распирается в почву опорными гидроцилиндрами 6 и забой обрабатывается по технологической схеме, приведенной выше.

Тяговые канаты к следующей балке перекрепляются после прижатия последними катками гусениц балки 1 (см. рис. 15, а). При этом должны быть нагружены опорные гидроцилиндры и комбайн прикреплен цепями к балке (предохранительные цепи 4 постоянно закреплены на ходовой части комбайна).

При проведении наклонных выработок комбайн 1ГПКС-03 прикрепляется к предохранительной цепи 8 (см. рис. 15, б и а), которая присоединена к специальной платформе, расположенной не более 150 м (по восстанию) от комбайна. Платформа крепится в выработке специальными металлическими стойками. Комбайн на уклоне удерживается цепью через прицепное устройство 7, тяговые канаты 2 барабанов 5.

При движении комбайна по уклону вниз тяговые канаты свиваются с барабанов, при этом предохранительная цепь закреплена на поперечной балке 1 (число остающихся на барабане витков каната должно быть не менее двух).

После этого комбайн останавливается, свободный конец предохранительной цепи закрепляется замком 3; освобождается предохранительная цепь от поперечной балки; отключаются барабаны; переносится балка 1 к комбайну на расстояние, равное длине канатов, и на ней замком 4 закрепляется предохранительная цепь. Включаются барабаны, отсоединяется от комбайна страховочный конец предохранительной цепи и комбайн снова передвигается вниз по уклону.

Движение комбайна вверх по уклону продолжается до его подхода к поперечной балке. Операции по закреплению цепей и переноске поперечной балки аналогичны описанным выше; тяговые канаты навиваются при движении комбайна вверх на барабаны.

Комплексная механизация проходческих работ эффективно осуществляется проходческими комплексами. На угольных шахтах широко используются комбайновые проходческие комплексы КСВ, КН-5, КН-5Н «Кузбасс», «Союз-19У».

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

Рис. 16.

Комплекс КСВ (рис. 16) состоит в основном из серийно изготавливаемого оборудования для угольного и породного забоев. Выемка угля осуществляется очистным комбайном 1 типа 1ГШ68Б с бесцепной подачей, работающим по челноковой схеме с рамы углового двухцепного скребкового конвейера 2 конструкции ДонУГИ. Особенностью этого конвейера является плавный изгиб под углом 90° в нижнем кутке забоя и расположение приводной головки 3 в штреке. Это позволяет комбайну выходить на концевые части конвейера и работать без ниш с фронтальной самозарубкой. С углового конвейера уголь перегружается на штрековый конвейер 4. Для крепления забоя применяют двухстоечные секции механизированной передвижной крепи М87 (М88). Передвижка секций крепи и углового конвейера осуществляются гидродомкратами передвижения этой крепи.

...