Вся электронная библиотека >>>

Содержание книги >>>

 

ВЫСШЕЕ ГОРНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

Шахтное и подземное строительство


Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

 

Часть III. ТЕХНОЛОГИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ И НАКЛОННЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

РАЗРУШЕНИЕ МАССИВА

 

 

Необходимо подчеркнуть, что процесс «разрушение массива» является главным в комбайновой технологии.

Разрушение забоя горной выработки осуществляется исполнительным органом проходческого комбайна.

Буровые комбайны одновременно разрушают породы по всей площади забоя при помощи специального инструмента в виде резцов, штыревых и зубчатых шарошек. Проходческие комбайны бурового типа разделяют на две группы: для проведения горных выработок по углям, солям и мягким породам с / < 4 и для проведения горных выработок по крепким абразивным породам с/= 8 -*• 16. Комбайны этого типа имеют ограниченную область применения на шахтах и рудниках из-за высокой стоимости и значительных затрат времени и труда на подготовительно-заключительные работы.

Конструкция исполнительного органа современного комбайна избирательного действия включает взаимосвязанные составные части (агрегаты, узлы, системы), выполняющие его основное функциональное назначение — разрушение забоя и оформление контура проводимой выработки в определенном диапазоне типоразмеров сечений с режимными параметрами, обеспечивающими техническую характеристику комбайна и безопасность проведения работ в заданных горно-геологических условиях. Основными составными частями исполнительного органа являются: режущая часть (коронки), приводная часть (двигатель, редукторы), несущая корпусная часть (стрела), система подвески с механизмом вертикального и горизонтального поворота стрелы, система орошения и взрывозащиты.

Режущие части исполнительных органов разделяют по конструкции на продольно- и поперечно-осевые коронки, что определяет их разное взаимодействие с разрушаемым массивом. Некоторые зарубежные фирмы—изготовители проходческих комбайнов по заявкам заказчика оснащают их любой режущей частью. Продольными коронками оснащены все отечественные комбайны избирательного действия, и они имеют конусную, сферическую или шнекообразную форму. Продольная коронка вращается вокруг продольной оси стрелы. При этом главное направление поворота стрелы перпендикулярно к оси вращения режущей коронки. Поперечно-осевая коронка, которая имеет форму барабана, сферы или нескольких дисков, вращается вокруг оси, перпендикулярной к стреле. Главное направление стрелы совпадает с направлением оси вращения режущей коронки.

Режущие коронки современных отечественных комбайнов оснащаются поворотными резцами с передним упором типа РГ-401-12; Pr-401-12S; РГ-501-16; Pr-501-i6S; Pr-501-18S и другими, имеющими твердосплавные вставки цилиндрической формы диаметром 12; 15,5; 16; 19,5 мм и грибовидной формы диаметром 12; 16; 18 мм.

Разрушение забоя горной выработки режущей коронкой исполнительного органа комбайна производят заходками. Наиболее сложный момент разрушения — это первоначальное внедрение рабочей коронки в массив, которое в зависимости от крепости горных пород происходит на различную глубину.

 

 

Горно-геологические условия залегания различных пластовых и рудных месторождений позволяют отыскать «слабые» места в забое для того, чтобы произвести «зарубку» в этих местах. После внедрения рабочей коронки в массив осуществляют его разрушение движением исполнительного органа комбайна в вертикальной или горизонтальной плоскостях, в зависимости от крепости горных пород. После первого прохода исполнительного органа создается дополнительная обнаженная поверхность, способствующая более эффективному последующему разрушению массива. При крепких породах рекомендуется перемещение исполнительного органа производить в вертикальной плоскости (сверху вниз или снизу вверх), при этом для разрушения используют собственный вес исполнительного органа или максимальное напорное усилие от гидравлической системы комбайна. Перемещение исполнительного органа в горизонтальной плоскости (слева направо или справа налево) применяют при более слабых породах, что способствует более производительному разрушению, так как в этом случае происходит снижение холостых перегонов исполнительного органа.

При неоднородных забоях, т.е. когда массив состоит из пород, имеющих разную крепость, может быть рекомендована комбинированная схема разрушения, когда менее прочные участки забоя разрушают движением исполнительного органа в горизонтальной плоскости, а более прочные — в вертикальной. При встрече в забое локальных участков с повышенной прочностью пород (например, кварцевые включения) сначала разрушают наименее прочные части забоя, а уже затем, используя собственный вес исполнительного органа, можно с наибольшим эффектом разрушить более прочные участки.

Обработку контура выработки, как правило, производят в последнюю очередь. Однако и при этом необходимо выбирать оптимальную глубину разрушения массива. Недостаточная глубина способствует сильным динамическим ударам резцов по обрабатываемой поверхности, что в значительной степени сказывается на износе режущего инструмента.

В результате исследований процесса разрушения массива горных пород и опыта эксплуатации были определены основные достоинства и недостатки как продольно-осевых, так и поперечно-осевых режущих коронок. Анализ применения и исследований процесса взаимодействия поперечно-осевых режущих коронок с разрушаемым массивом показывает:

1.         Применение поперечно-осевых коронок эффективнее, чем продольно-осевых, при разрушении более прочных и абразивных пород при прочих равных условиях (один тип комбайна, одинаковые горнотехнические условия). Это обусловлено тем, что разрушение породы можно осуществлять при ббльших скоростях резания, чем при работе продольно-осевых коронок, так как путь резцов в контакте с породой в несколько раз меньше, чем вне контакта. Это обеспечивает лучшее охлаждение инструмента и, как следствие, уменьшение интенсивности изнашивания. Далее при горизонтальных заходках поперечно-осевая режущая коронка срезает стружки постоянной толщины, а не серповидные, характерные для продольно-осевых коронок. В результате удельный путь резания, т.е. суммарная длина пути резания всеми резцами, отнесенная к единице объема массива, при .работе поперечно-осевых режущих коронок меньше.

2.         При разрушении пород невысокой прочности, особенно пластичных, применение поперечно-осевых коронок менее эффективно, чем продольно-осевых.

Ряд исследователей считают, что продольно-осевые режущие коронки более перспективны для разрушения пород с пределом прочности до 40 МПа, а поперечно-осевые — свыше 70 МПа. Что же касается диапазона от 40 до 70 МПа, то в этом случае эффективность применения того или другого типа коронки зависит от ряда факторов: хрупко-пластических свойств пород, ихтрещиноватости, слоистости, размеров включений и их количества. При наличии трещиноватости и слоистости в достаточно хрупких породах (соотношение между пределом прочности на одноосное сжатие и растяжение больше 10) более эффективно применение поперечно-осевых коронок.

3.         Применение поперечно-осевых коронок обеспечивает лучшее уда

ление продуктов разрушения, так как они в процессе резания отбрасы

ваются в сторону погрузочного устройства, и большая часть из них по

падает сразу на стол питателя. При этом не происходит дополнительное

измельчение срезанных частиц породы, столь характерное для продольно-осевых режущих коронок, происходящее при перемещении этих частиц вдоль коронки.

Более эффективно происходит и удаление продуктов разрушения, скапливающихся в нижней части груди забоя, да и само их количество значительно меньше.

4.         Выбор рациональных схем размещения резцов на поперечно-осевых коронках более сложен, чем на продольно-осевых, его осуществляют на основе экспериментальных исследований на полноразмерном стенде или макете исполнительного органа. Имеются специальные программы для оценки эффективности схем размещения резцов. Установка последних требует особой тщательности, так как небольшие неточности оказывают существенное влияние на кинематические углы и, как следствие, приводят к неодинаковой нагруженное инструмента, снижению производительности и повышению удельного расхода резцов.

5.         В процессе разрушения массива поперечно-осевой режущей коронкой могут изменяться в достаточно широком диапазоне как вертикальные, так и горизонтальные глубины внедрения в массив (иногда называемые величинами захвата). Это позволяет машинисту комбайна в зависимости от горно-геологических условий выбрать наиболее эффективный режим работы режущей коронки.

При разработке технологических схем разрушения забоя необходимо стремиться, чтобы удельный путь резания (производительное перемещение и холостой ход исполнительного органа) был минимальным. Оптимальные технологические схемы разрушения массива способствуют значительному снижению износа режущего инструмента, повышению производительности комбайна, снижению удельной энергоемкости разрушения, что оказывает в конечном итоге значительное влияние на технико-экономические показатели комбайновой технологии.

Выявленные особенности строения массивов при разработке различных месторождений позволили разработать рекомендации по выбору рациональных схем разрушения, которые охватывают широкий диапазон прочностных свойств пород ( 11.1).

В однородных породах режущую коронку перемещают к направлению трещиноватости (см.  11.1, а, б). При слабых породах кровли выработки разрушение забоя производят сверху вниз или сначала вынимают центральную зону, а затем боковые части (см.  11.1, в, г). При больших сечениях выработки в слабых и слоистых породах сначала оконту-ривают выработку, затем делают вертикальный врез и в последнюю очередь разрабатывают ядро забоя (см.  11.1, д). Если площадь сечения выработки больше зоны действия с одной стоянки комбайна, то сначала отрабатывают одну, а затем оставшуюся часть забоя (см.  11.1, е). По породам с / < 6 применяют схему с двумя врезами в центральной части забоя (см.  11.1, ж). Для точного оконтуривания сечения выработки при обработке забоя вертикальными и горизонтальными резцами по периметру ее оставляют целик толщиной около двух третей диаметра коронки, который разрушают последним (см.  11.1, э). При проведении выработок по смешанному забою направление перемещения режущей коронки совпадает с направлением слоистости пород, выбирая при этом сначала слабый слой, а затем разрушают оставшуюся часть забоя (см.  11.1, и, к).

Максимальная глубина вреза режущей коронки в забой равна 0,5—0,7 ее длины. Ширина реза изменяется от нескольких сантиметров до размеров, равных диаметру коронки. Величину же заходки принимают равной шагу установки крепи. При устойчивой кровле выработки заходка может быть больше шага установки крепи, но не более 2 м.

Как уже было отмечено, во многих зарубежных странах для проведения выработок по углю в большинстве случаев применяют проходческие комбайны с широкозахватным исполнительным органом. В характере взаимодействия широкозахватных (ш н е к о -в ы х или барабанных) исполнительных органов с разрушаемым массивом имеется ряд существенных особенностей, не свойственных продольно- и поперечно-осевым коронкам.

Шнековые (барабанные) исполнительные органы вне зависимости от того, размещены ли они на поворотных стрелах или неповоротных рамах, разрушают забой при вертикальных перемещениях исполнительного органа сверху вниз или снизу вверх.

Шнековые исполнительные органы оснащены однозаходными шнеками с размещением на них или сбоку от них резцедержателей. На барабанных исполнительных органах во многих случаях резцы размещены по односпиральной схеме. Как правило, применяют поворотные резцы фирмы «Кеннаметал» и только на отдельных машинах, например «Доско», — неповоротные.

Разрушение угля (породы) всегда осуществляют в режиме попутного фрезерования. Зарубание исполнительного органа в забой осуществляют в верхней его части, что позволяет при перемещении его вниз создавать большие напорные усилия, используя не только гидродомкраты, но и частично вес комбайна.

У шнековых (барабанных) исполнительных органов все резцы, за исключением кутковых, совершают одинаковый объем работы, они срезают стружки с одинаковым средним поперечным сечением. Резцы, установленные на шнеках (барабанах), работают в более выгодных условиях с точки зрения интенсивности их изнашивания.

При разрушении массива шнековыми (барабанными) исполнительными органами большая часть продуктов разрушения сразу же попадает на погрузочное устройство, в результате чего не происходит их переизмельчение, что существенно снижает удельную энергоемкость процесса по сравнению с продольно- и поперечно-осевыми коронками.

 

К содержанию книги: ГОРНОЕ ДЕЛО: Шахтное и подземное строительство

 

 Смотрите также:

 

Строительные машины    Оборудование для производства железобетонных изделий    Строительные машины   Краны для строительства мостов   Монтаж трубопроводов   Грузовые автомобили    Строительные машины и их эксплуатация