Горнопроходческий щит

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• ПРОХОДЧЕСКИЕ ЩИТЫ
• Виды проходческих щитов
• Принцип работы проходческих щитов
• МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ГИДРОМЕХАНИЗАЦИИ ГОРНЫХ РАБОТ
• Гидромониторы
• Классификация
• Конструкция гидромонитора
• Драги
• Землесосные снаряды
• ПРОХОДЧЕСКИЕ ЩИТЫ
• Горнопроходческий щит (рисунок 1) - это подвижная конструкция, находящаяся в голове строящегося туннеля и обеспечивающая безопасную разработку породы в забое, погрузку ее на внутритуннельный транспорт и возведение крепи (обделки). Проходческие щиты бывают немеханизированные (разработка породы ведется вручную) и механизированные. Проходческие щиты все в большей степени превращаются в проходческие комплексы. Они обычно имеют круглое поперечное сечение, но бывают прямоугольными, эллиптическими, подковообразными, в т. ч. незамкнутыми. По размеру щиты условно разделяют на щиты большого (более 7 м), среднего (от 7 до 5 м) и малого сечения (менее 5м). Выполняются проходческие щиты, как правило, металлическими и могут использоваться в любых горногеологических условиях, однако наиболее эффективны они в мягких грунтах. Проходческие щиты для лучшей управляемости должны обладать необходимой маневренностью, характеризуемой, в частности, отношением длины к поперечному размеру.
• Рисунок 1 - Горнопроходческий комплекс Herrenknecht-10690
• Впервые проходческий щит был применен в Великобритании М.И. Брюнелем при сооружении тоннеля под рекой Темзой (1825г.). С их помощью сооружено большинство тоннелей метрополитенов в Москве, Петербурге, Киеве и других городах.
• Диаметр получаемых тоннелей может варьироваться от 1 до 19 м. Самый большой диаметр, 19 м, у четырёх проходческих щитов, используемых в настоящее время на строительстве железнодорожного Готардского тоннеля в Швейцарии. Для создания тоннелей малого диаметра применяется горизонтальное бурение - длина до 2 км, диаметр до 1,2 м.

Виды проходческих щитов

горнопроходческий щит забой

Немеханизированный щит -- щит, используемый лишь для защиты забоя от обрушения, пока рабочий вручную или с помощью отбойного молотка производит из него выемку грунта.

Немеханизированный щит с кессоном -- щит, применяемый для проходки в водонасыщенных грунтах, когда забой сзади щита перегораживается переборкой, а в образовавшееся пространство с помощью компрессора накачивается воздух (до давления в 2--5 атм), что «отжимает» грунтовые воды вглубь пород и защищает забой от их поступления. Способ весьма эффективен с инженерной точки зрения, но чрезвычайно вреден для здоровья рабочих, поскольку вызывает кессонную болезнь.

Механизированный щит -- щит (вернее, уже комплекс), на котором почти исключён ручной труд, и практически все операции выполняются оператором с пульта управления. Разработка грунта производится за счёт вращающегося на оси щита стального ротора с резцами, после чего грунт подаётся на конвейер, а с него -- на вагонетки. В СССР этот тип щитов был впервые применён в 1949 году.

Механизированный щит с кессоном -- механизированный щит с применением кессонирования забоя.

Механизированный щит с грунтопригрузом -- механизированный щит, в котором разработанный грунт сначала подаётся в герметичную камеру грунтопригруза (в которой давление равно давлению в забое), а из неё удаляется шнековым конвейером. Этот вид щитов применяется в ситуациях, когда нельзя допустить малейшей просадки вышележащих слоёв грунта, а специальные методы проходки тоннелей в неустойчивых водонасыщенных грунтах (замораживание, водопонижение) не оправдывают себя.

Механизированный щит с гидропригрузом -- механизированный щит, в котором разработанный грунт сначала подаётся в камеру гидропригруза, в которую, в свою очередь, под давлением подаётся бентонитовый раствор. Смешиваясь с ним, измельчённый разработанный грунт отводится по трубопроводу на поверхность, где в сепараторе отделяется от бентонита, который возвращается обратно в камеру гидропригруза. Это весьма дорогой, но наиболее современный вид щитов, который в отношении отсутствия просадок вышележащих слоёв грунта ещё более совершенен, чем щит с грунтопригрузом.

Немеханизированные щиты используются для проходки коротких тоннелей (длиной до 1,0-1,5 км) в слабых, раздробленных породах, а механизированные щиты -- при сооружении тоннелей большой протяжённости в однородных породах. Щитовой способ с помощью механизированных щитов обеспечивает высокие темпы проходки. Так, при проходке перегонного тоннеля Санкт-Петербургского метрополитена в протерозойских (кембрийских) глинах была достигнута рекордная скорость проходки: 1250 погонных метров в месяц.

Принцип работы проходческих щитов

При вращении барабан с ячейками подводится к разгрузочному устройству, где материал под действием силы тяжести, а также под давлением сжатого воздуха выдувается вниз в выходной патрубок. Далее струей сжатого воздуха смесь подхватывается и транспортируется по гибким рукавам к соплу, где происходит затворение смеси водой.

Производительность машины по сухой бетонной смеси для укладки монолита за опалубку 10-12 м3/ч, а для набрызга 5-6 м3/ч; максимальная фракция заполнителей смеси для монолита 40 мм, а для набрызга 30 мм; дальность подачи по горизонтали 200 м, а по вертикали 50 м. Общая установочная мощность 15 кВт; давление в гидросмеси 8 хНПа, размеры: длина 3400 мм, ширина 1080 мм, высота в рабочем положении 2300 мм, а в транспортном 1630 мм; масса машины 4,5 т.

Для укладки прессованного бетона рекомендуется применение быстротвердеющих цементов и бетонов повышенной растяжимости за счет введения в их состав волокнистых материалов типа асбеста.

Торкретирование блочных туннелей способом центробежной футеровки и затирка машиной АК. Х ускоряет процесс в 5 раз по сравнению с устройством железобетонной рубашки. Раствор из бункера машины шнеком подается в напорную трубу и, выдавливаясь через продольные щели, попадает на лопатки разбрызгивающей головки, которая, вращаясь с большой скоростью, набрызгивает раствор на внутреннюю поверхность крепи слоем 20-25 мм. При устройстве торкрета большей толщины наносят несколько слоев с суточной выдержкой каждого слоя. Последний слой заглаживается медленно вращающимися лопатками затирочной машины, перемещающейся с помощью лебедки.

Производительность по торкретированию 2 м3/ч средняя скорость отделки туннеля 25-30 м/смену, дальность подачи раствора 100 м, суммарная мощность двигателей 4,5 кВт, габариты машины 2500Х?00Х Х1500 мм, масса 600 кг.

Для немеханизированных щитов прежних конструкций диаметром 2,56м рекомендуется горнопроходческий комплекс вертикального и горизонтального транспорта, состоящий из подземной части и поверхностной шахтной надстройки. Подземная часть состоит из ленточного питателя, перегружателя, двух блоковозов с рольгангом, подвижной технологической платформы, электровоза АК-2у и лебедки. Шахтная надстройка состоит из копра, бокового гидравлического опрокидывателя, двух транспортообменников и двух рельсовых откаточных путей. Технология комплекса позволяет работать, не снижая скорости на трассе длиной до 1 км.

Для опускания и подъема щитов, а также для подъема грунта и подачи тюбингов, растворов и воздуха устраивают шахты горнопроходческим механизированным комплексом «Темп-1» или «Темп-2». Комплекс «Темп-2» состоит из грейфера; аварийного бункера емкостью 12 м3 с пластинчатым питателем, подающим породу через ленточный перегружатель в автомашины; инвентарной крепи из металлических колец; автокрана К-104 и электрооборудования.

Диаметр ствола шахты в проходке 4,3 м, в свету 4 м, глубина до 12 м, скорость проходки 0,8 м/смену, установочная суммарная мощность электродвигателей 13 кВт, масса оборудования 19 т. Бригада состоит из четырех человек.

Для проходки стволов шахт применяется также шахтопроходческий экскаватор ЭШ-1514, созданный на базе элементов экскаватора типа «Беларусь», а для подъема разработанного грунта - кран СПК-Ю00.

Для искусственного замораживания водоносных грунтов рекомендуется передвижная низкотемпературная замораживающая станция ПНС-100, изготовляемая заводом «Компрессор» и смонтированная на двух автоприцепах МАЗ-52224. Установка дает низкотемпературное охлаждение минус 32-37° С через сутки после доставки на место.

Применение щитового способа облегчает выбор трассы подземных коммуникаций, позволяет вести проходку практически в любых грунтах и в любое время года, обеспечивает высокую степень механизации проходческих работ и полную сохранность расположенных над туннелем дорожных покрытий, зданий и сооружений. Основной недостаток этого способа - высокая стоимость проходки.

МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ГИДРОМЕХАНИЗАЦИИ ГОРНЫХ РАБОТ

Гидромеханизация является одним из видов комплексной механизации горных работ, когда все или отдельные производственные операции по добычи полезного ископаемого выполняются с помощью воды. Вода при этом используется для разрушения породы, а в смеси с разрушенной породой представляет удобный для транспортирования продукт (пульпу).

В горной промышленности гидромеханизация применяется при производстве вскрышных работ на карьерах, при добыче полезных ископаемых открытым и подземным способами.

Наиболее эффективна гидромеханизация при разработке несвязных или слабосвязных пород, к которым относят пески, песчано-гравийные смеси.

Для возможности применения гидроотбойки при разработке более крепких пород производится их предварительное рыхление:

- механическое (экскаваторами, бульдозерами);

- буровзрывное;

- гидравлическое (водонасыщение горных пород водой с верхних горизонтов).

Широкое применение гидромеханизация нашла на угольных карьерах. На рудных карьерах объем работ, выполняемых с помощью гидромеханизации, также растет. Наибольшее развитие в горнорудной промышленности гидромеханизация получила на железорудных, карьерах Курской магнитной аномалии (КМА).

Достоинства:

1) простота процесса;

2) снижает количество операций

3) высокая производительность;

4) небольшие капитальные затраты.

Стоимость гидравлической разработки вскрышных пород на угольных карьерах в 2 раза, а рудных - 1,5 - 3,0 раза меньше, чем при экскаваторной выемке с транспортом породы колесным транспортом. Производительность гидродобычи иногда в 2 - 2,5 раза выше, чем при экскаваторном способе.

К недостаткам гидродобычи относятся:

- высокие энергозатраты;

- значительное измельчение продукта;

- усложнение условий разработки в зимний период и др.

Для гидроотбойки применяются насосы и гидромониторы, а для гидротранспорта - самотечное транспортирование по желобам с уклоном не менее 0,03-0,05 и по трубам с нагнетание с помощью землесосов и углесосов.

Гидромониторы

Классификация

По назначению различают гидромониторы:

а) для открытых горных работ;

б) для подземных работ.

Гидромониторы для открытых работ больше по размеру, имеют большой расход воды, работают на меньшие давления по сравнению с гидромониторами для подземных работ.

По технологическим признакам гидромониторы разделяются на:

- врубово-отбойные;

- сливные;

По способу управления различают гидромониторы:

- с ручным управлением;

- с дистанционным управлением;

- с программным управлением.

Наибольшее распространение на карьерах ГОКов получили гидромониторы с ручным управлением. Гидромониторы с дистанционным управлением также применяются на карьерах, но менее надежны, чем ручные. Для них необходимо предусматривать специальные исполнительные механизмы (гидроцилиндры) для разворота гидромонитора и связи пульта управления с гидромонитором (шланги, электрический кабель). Гидромониторы с программным управлением находятся в стадии разработки.

По способу передвижки гидромониторы делятся на:

- несамоходные (передвигаемые вручную, тракторами, лебедками и т.д.)

- самоходные (гусеничные или шагающие)

Большее распространение на карьерах тока получили несамоходные гидромониторы.

По величине создаваемого напора:

- низконапорные (до 10 МПа);

- среднего напора (10-20 МПа);

- высокого напора (40-300 МПа);

- сверх высокого напора (> 300 МПа).

На открытых разработках применяются гидромониторы низкого и среднего напора. Высоконапорные применяются при добыче п.и. подземным способом.

По толщине струи различают гидромониторы:

- с промышленной струей (диаметр насадки 20-40 мм - подземные, 40-100 мм - карьерные);

- с тонкой струей воды ( диаметр отверстия 2мм и давления 20-25 МПа).

Гидромониторы с тонкими струями применяются для нарезания в массиве щелей, с целью его ослабления и применяются на подземных работах.

Конструкция гидромонитора

Рисунок 1 - конструкция гидромонитора дальнего боя с ручным управлением

Рисунок 2 - гидромониторы с дистанционным и автоматическим управлением

Драги

Драгой называется плавучий агрегат, производящий добычу горной массы со дна водоема, её обогащения на промывочных устройствах и удаление пустой породы в отвал.

Драги применяются для добычи из россыпей золота, титана, рутила, а также драгоценных камней.

По конструкции рабочего органа различают драги: - одночерпаковые;

- многочерпаковые;

- землесосные.

По характеру соединения черпаков между собой различают драги:

- с прерывистой цепью;

- со сплошной цепью.

В СССР наибольшее распространение получили драги со сплошной цепью, черпаки которой непосредственно соединяются друг с другом. На разработке валунных россыпей целесообразно применять драги с прерывистой цепью, соединенных черпаков которой производится при помощи промежуточных планок на шарнирах. Емкость черпаков драг составляет 50-500 л, глубина черпания до 50 м.

По способу передвижения:

- канатно-свайные;

- канатные;

По глубине выемки пород ниже уровня воды драги подразделяются:

- мелкого черпания на глубину до 12 м ,

- среднего черпания (h до 18 м )

- глубокого черпания (h > 18 м)

По мощности, которая определяется емкостью черпака q:

- малой мощности (q = 50-100 л.)

- средней мощности (q = 150-250 л.)

- большой мощности (q = 380 - 600 л.)

По роду принимаемой энергии:

- электрические,

- дизельные,

- дизель-электрические.

В настоящее время для разработки рассыпных месторождений наибольшее распространение получили многочерпаковые электрические драги с емкостью черпаков «q» от 50 до 600 л и предельной глубиной черпания h =50 м.

Рисунок 3 - Конструктивная схема многочерпаковой драги

1. Направляющий барабан черпаковой цепи

2. Черпак,

3. Канат для подъема черпаковой рамы

4. Рама черпаковой цепи

5. Передняя мачта

6. Растяжки для удержания передней мачты

7. Дражное помещение,

8. Приводной барабан

9. Канат для подвески и изменения угла наклона отвального конвейера

10. Канат для подъема сваи,

11. Растяжка для крепления задней мачты,

12. Задняя мачта (угол наклона =85°)

13. Свая

14. Завалочный люк

15. Метало промывочная бочка (барабанный грохот)

16. Эфельная колодка

17. Отвальный конвейер

18. Шлюзы,

19. Лебедка для разворота драги влево,

20. Лебедка для разворота драги вправо,

21. Береговой блок

22. Пантон

Землесосные снаряды

Землесосный снаряд - плавучая установка, предназначенная для подводной разработки горных пород.

Землесосный снаряд представляет собой плавучую землеройно-транспортирующую машину непрерывного действия, предназначенную для подводной разработки пород гидравлическим способом. Все его оборудование - грунтонасос, двигатель, всасывающий и напорный трубопроводы, механизмы передвижения, а также вспомогательное оборудование монтируются на понтонах.

Основными частями земснаряда являются:

- понтон;

- рыхлитель;

- всасывающий трубопровод;

- землесос (грунтовый насос);

- напорный трубопровод;

- механизм перемещения;

- силовое оборудование;

- вспомогательное оборудование (лебедки, насосы, компрессоры);

- механизм управления;

- помещение надстройки.

Размещено на Allbest.ru

...