Основные типы горных машин, используемых при проходке горных выработок

Nbsp; Горная выработка — сооружение в недрах Земли или на её поверхности, созданное в результате ведения горных работ и представляющее полость в массиве пород Горное давление — силы, возникающие в массиве, окружающем выработку, являющиеся функцией литостатической нагрузки, физико-механических свойств пород и др. Горизонтальные горные выработки — штольни, штреки, квершлаги, рассечки, орты Горная крепь – искусственное сооружение, возводимое в подземных выработках для предотвращения обрушения горных пород и сохранения необходимых площадей сечений выработок, а также для управления горным давлением Грейфер– погрузочная машина с пневматическим забирающим органом Горизонт – совокупность выработок, расположенных на одном уровне и предназначенная для осуществления разведки или выемки полезного ископаемого Вертикальные горные выработки — ствол шахтный, ствол шахтный слепой, восстающий, шурф. Восстающий –вертикальная или наклонная горная выработка, проводимая по восстанию залежи (пласта) и предназначенная для разведочных целей, спуска породы, полезного ископаемого, передвижения людей, проветривания, подачи энергии и воды Зумф -водосборник вертикального ствола Квершлаг –разведочная выработка, не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность, проведенная по вмещающим породам вкрест простирания месторождения и используемая для разведочных целей Крепь специальная конструкция, предназначенная для сохранения горной выработки Клеть — подъёмный сосуд в виде платформы, укрепленной на каркасной раме; оборудована крышей и дверцами. В клетях осуществляется спуск и подъём людей, вагонеток с горной породой и других грузов. Комбайн проходческий – комбинированная горная машина, предназначенная для механизированного проведения горных выработок и выполняющая не менее двух основных проходческих операций – разрушение горной породы и погрузку её на транспортные средства Орт –выработка, не имеющая непосредственного выхода на поверхность и проведенная вкрест простирания месторождения (при крутом и наклонном падении) Охранные целики — не выработанные участки руды, служащие для поддержания очистного (выработанного) пространства горных выработок. Бывают междукамерные, междуэтажные, барьерные целики. Перфораторы — ударно-поворотные буровые машины, работающие на сжатом воздухе. Породный массив — связный участок земной коры, в пределах которого локализуются напряжения и деформации, обусловленные наличием горных выработок и нагрузками, возникающими от разрушающих воздействий в процессе добычи полезного ископаемого. Рудничный (шахтный) подъём — перемещение горных пород, материалов, оборудования и людей по стволам шахт. Осуществляется с помощью подъёмных устройств (бадьи, клети, скипы) Скип– представляет собой металлический ящик, чаще всего призматической формы, шарнирно укреплённый на подвесной раме. Скипы бывают неопрокидные и опрокидные. Загрузка скипов производится из загрузочных бункеров Скреперные установки, скреперы – используются для транспортирования горной массы при проведении горизонтальных выработок различного назначения. Скреперы имеют различную конструкцию (гребковые, коробчатые) и работают с использованием скреперных блоков и собственно скреперов, захватывающих горную массу Шпур — цилиндрическое отверстие в горной породе, проходимое буровыми машинами и перфораторами. Предназначены для помещения в них взрывчатого вещества при буро-взрывном методе проходки горных выработок Врубовые шпуры – взрываются первыми, предназначены для создания дополнительных поверхностей обнажения за счет образования в забое углубления — вруба Камера – горная выработка, имеющая при сравнительно больших поперечных размерах небольшую длину и предназначенная для размещения оборудования Консервация горных выработок – комплекс работ и мероприятий по обеспечению сохранности горных выработок, осуществляемых по окончании горно-разведочных работ или их приостановке на длительный срок с целью повторного использования выработок Крепление горных выработок –работы по возведению, перестановке, ремонту горной крепи в выработке. Машины для бурения шпуров– пневматические бурильные машины – перфораторы, колонковые перфораторы, телескопные перфораторы, бурильные установки Отбойные шпуры — предназначены для отбойки горной породы в направлении вруба Оконтуривающие шпуры — взрываются последними и предназначены для придания выработке запрограммированной формы. Шахтный ствол –вертикальная (или наклонная) выработка, имеющая непосредственный выход на поверхность и предназначенная для вскрытия месторождения. Ствол оборудуется подъёмной машиной или лебедкой Шахтный ствол слепой- вертикальная выработка, не имеющая непосредственного выхода на поверхность и предназначенная для обслуживания разведочных работ Штольня– разведочная выработка, проведённая к месторождению с поверхности горизонтально или с незначительным подъёмом, имеющая непосредственный выход на поверхность Штрек– выработка, проведенная по простиранию наклонно залегающего месторождения или в любом направлении при горизонтальном её залегании. Штрек полевой –штрек, проведённый по вмещающим породам Карьер –открытая выработка, обширная по площади, не имеющая явно выраженной длины и ширины, служит для изучения закономерности залегания пород и (или) добычи полезного ископаемого Шурф вертикальная, реже наклонная подземная выработка, проводимая с земной поверхности с целью геологического изучения или разведки полезных ископаемых (иногда и для их добычи) и оснащенная подъёмными устройствами Классификации горных пород (при проведении горных выработок)

Основные типы горных машин, используемых при проходке горных выработок

Рассечка — выработка, не имеющая выхода на земную поверхность, проводимая из других выработок для установления границ оруденения вкрест простирания.

Способы проходки горных выработок –механизированный с применением специальных землеройных машин, вручную с применением шанцевого инструмента, с применением буровзрывных работ, с использованием специальных методов проходки

Специальные способы проходки горных выработок –с замораживанием или цементацией забоя, с водопонижением, с использованием забивной крепи

Способы проходки восстающих –проходка с применением подвесных полков и с применением подвесных клетей

Схемы вентиляции горных выработок –нагнетательная, всасывающая и комбинированные схемы

Технологическая схема (проходческий цикл) выполнения горных работ – последовательность выполнения горных работ за одну смену

Дата добавления: 2018-02-28 ; просмотров: 305 ; Мы поможем в написании вашей работы!

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОХОДКИ И КРЕПЛЕНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

Анализ состояния и тенденций развития комбайновой проходки

Начиная с 80-х годов прошлого столетия на шахтах развитых стран за счет выполнения целого комплекса организационно-технических мероприятий (концентрации горных работ, рациональной подготовки шахтных полей и др.) наметилась тенденция сокращения объемов проведения выработок. В большинстве ведущих угледобывающих стран на первый план вышла комбайновая проходка, а буровзрывным способом проходится не более 50% подготовительных выработок. В США, Великобритании и Польше комбайновый способ проведения подготовительных выработок составляет 60–80% от общего объема.

Среди проблем, стоящих перед угольной промышленностью Украины и напрямую влияющих на динамику добычи угля, наиболее острой остается ускорение темпов проведения подготовительных выработок. Без ее решения невозможно обеспечить своевременную подготовку фронта очистных работ. Эта же проблема не менее актуальна и для других угледобывающих стран СНГ.

За последние три года в Украине показатели объемов проведения всех выработок не только стабилизировались (на уровне 685–695 км в год, в том числе вскрывающие и подготавливающие – 535–545 километров), но даже наметился их некоторый рост. Хотя, по сравнению с 1995 годом, годовой объем проведения всех выработок сократился в 1,45 раза, а вскрывающих и подготавливающих – в 1,38 раза. В то же время объемы проведения выработок проходческими комбайнами выросли с 231 км в 1998 г. до 256 км в

2003 г. Начиная с середины 90-х годов уровень проведения выработок проходческими комбайнами постоянно повышался, увеличившись с 31,1% в 1995 году до 45,5% в 2003 году. Положительная тенденция увеличения объемов проведения выработок проходческими комбайнами должна сохраниться, составив к 2005 году 340–350 км (53–55% от общего объема).

Сохранится и наметившийся с 1997 года стабильный рост средних скоростей проведения выработок всеми типами комбайнов (к 2005 году достигнув 105–110 м/месяц). Будет продолжаться процесс вытеснения комбайнов легкого типа (1ГПКС, КСП21, КСП22) комбайнами среднего и тяжелого типов (П110, П220, КСП32, КСП42, КПД, КПУ), удельный вес которых в общем парке проходческих комбайнов к 2005 году достигнет 65–70%.

Необходимо отметить, что за последние 6 лет в Украине наметились определенные сдвиги в области создания проходческих комбайнов. Парк действующих машин пополнился новыми моделями: П110 и П220 производства ЗАО «Новокраматорский машиностроительный завод» и КСП21, КСП22, КСП32, КСП42 (модернизированные варианты проходческих комбайнов 1ГПКС, 4ПП2М, 4ПП5) производства ОАО «Ясиноватский машиностроительный завод». Однако технический уровень новых и, тем более, модернизированных комбайнов существенно отстает от современных требований, особенно в части таких показателей, как гарантийный ресурс разрушенной породы, расчетный ресурс основных узлов (так у комбайнов ЗАО «Новокраматорский машзавод» эти показатели – 18 тыс. м 3 и 10000 часов, у комбайнов ОАО «Ясиноватский машиностроительный завод» – 16 тыс. м 3 и 5000 часов, а необходимо как минимум 24–26 тыс. м 3 и 20000 часов, соответственно), эксплуатационная надежность, ремонтопригодность, расширение функциональных возможностей, обеспечение требований безопасности и промышленной санитарии (прежде всего по фактору запыленности), возможность комплексного решения всех вопросов проходческого цикла.

Первый шаг в создании «Донгипроуглемашем» новых проходческих комбайнов П110 и П220 подтвердил правильность стратегического направления по созданию в Украине проходческой техники, соответствующей мировому уровню, позволяющей резко увеличить темпы проведения выработок. Проходческие комбайны П110 и П220, доля которых в 2000 году в общем парке составляла всего лишь 8,6%, обеспечивали в течение 5 лет средние скорости проведения выработок в 1,6–1,8 раза выше, чем в среднем по отрасли, чем во многом определили наметившийся с 1997 года общий рост скорости проведения выработок всеми типами комбайнов.

Для выполнения прогнозируемых в 2005 году на уровне 340–350 км объемов проведения выработок комбайнами, при сокращении их общего парка до 420–430 единиц, средние скорости проведения выработок комбайнами должны возрасти до 110 м/мес.

Для решения поставленных задач «Донгипроуглемаш» считает необходимым в кратчайшие сроки насытить рынок конкурентоспособными не только на внутреннем, но и на мировом рынке моделями проходческих комбайнов и комплексов на их основе; т. е. оборудованием, с помощью которого удалось бы обеспечить существенное повышение безопасности и улучшение условий труда проходчиков, резкое сокращение сроков и повышение качества подготовки фронта очистных работ, ускорение строительства новых горизонтов и шахт.

Основные базовые модели создаваемых специалистами «Донгипроуглемаша» комбайнов это:

• проходческий комбайн среднего класса КПД;
• проходческий комбайн тяжелого класса КПУ;
• проходческий комплекс для проведения выработок с анкерной крепью КПА.

Комбайны и комплексы будут оснащаться системами пылеотсоса и высоконапорного орошения, средствами механизации возведения арочных и анкерных крепей, системами диагностики.

Проходческий комбайн КПД

Первым представителем типоразмерного ряда комбайнов является комбайн среднего класса КПД.

Проходческий комбайн КПД (табл. 1) предназначен для механизации отбойки и погрузки горной массы при проведении выработок арочной, трапециевидной и прямоугольной форм сечением от 7 до 20 м 2 в проходке с углом наклона 12 ° по углю и смешанному забою с максимальным пределом прочности пород при одноосном сжатии δ_сж 100 МПа (f =7) и абразивностью до 15 мг в шахтах, опасных по газу и пыли (при этом содержание пород с δ_сж=100 МПа должно быть не более 15% площади забоя при суммарной присечке пород не более 75%).

Наименование параметров Ед. изм. Украина Австрия Англия Россия КПД КСП22 П110 4ПП2М КП3 АМ50 RH25 1ГПКС КП20Б Предельная прочность разрушаемых пород МПа 100 70 100 80 80 70 70 80 Суммарная номинальная мощность электродвигателей кВт 285 165,2 195 225 155 165 110 180 Номинальная мощность электродвигателя исполнительного органа кВт 110 75 2Ч55 110 100 82 55 90 Строительная высота по корпусу мм 1500 1600 1400 2100 1645 1920 1500 1300 Масса т 35 28,4 39 45 24 25,4 21 25

По требованию заказчика комбайн может оборудоваться:

• системой высоконапорного орошения давлением до 10 МПа;
• агрегатом обеспыливающим производительностью 320 м 3 /мин;
• двумя бурильными установками для возведения анкерной крепи;
• крепемонтажным устройством для арочной крепи;
• мостовым перегружателем с лентой шириной 800 мм.

В период опытно-промышленной эксплуатации комбайна КПД на шахте «Добропольская» ГП «Добропольеуголь» в 2002 г. им было пройдено более 1500 метров выработок и выполнено 140 м поддирочных работ по восстановлению сечения штрека. Получены положительные результаты устойчивой работы комбайна с темпами 13–17 м/сутки.

Опыт эксплуатации комбайна КПД показал:

• исполнительный орган комбайна КПД имеет более совершенную схему набора режущего инструмента, чем у комбайна П110, что обеспечивает эффективное разрушение породного забоя, особенно по крепким – δ_сж 80–100 МПа (f =6–7) –породам;
• погрузка разрушенной горной массы звездами питателя сводит до минимума ручную зачистку за комбайном;
• высоконапорное орошение обеспечивает эффективное гашение пыли, в 8–10 раз снижая уровень запыленности воздуха у комбайна;
• сборка-разборка отдельных узлов у комбайна КПД в целом менее трудоемка, чем у комбайнов П110;
• аппаратура управления и диагностики обеспечивает удобное для обслуживающего персонала визуальное отображение состояния основных узлов, систем и блоков комбайна.

Проходческие комбайны КПД в настоящее время эксплуатируются на шахтах «Добропольская» ГП «Добропольеуголь», «Холодная Балка » и им. Кирова ГП «Макеевуголь», «Родинская» ГП «Красноармейскуголь», «Молодогвардейская» и «Самсоновская-Западная» ГП «Краснодонуголь» и др.

Проходческий комбайн КПУ

Еще одним представителем типоразмерного ряда является комбайн тяжелого класса КПУ.

Проходческий комбайн КПУ (табл. 2) предназначен для механизации отбойки и погрузки горной массы при проведении выработок арочной, трапециевидной и прямоугольной форм сечением от 9 до 30 м 2 в проходке с углом наклона 12 ° по углю и смешанному забою с максимальным пределом прочности пород при одноосном сжатии δ_сж80–120 МПа (f =8) и абразивностью до 15 мг в шахтах, опасных по газу и пыли (при этом содержание пород с δ_сж =120 МПа должно быть не более 30% площади забоя при суммарной присечке пород не более 75%).

Наименование параметров Ед. изм. Украина Австрия Англия Германия КПУ КСП32 П220 П110 4ПП2М КП3 АМ75 RH45 ET210-Q Предельная прочность разрушаемых пород МПа 100 100 120 100 80 100 120 120 Суммарная номинальная мощность электродвигателей кВт 370 190 305 195 225 287/342 300/400 360 Номинальная мощность электродвигателя исполнительного органа кВт 160 110 2Ч110 2Ч55 110 160/200 150/200 200 Строительная высота по корпусу мм 1600 1900 1500 1400 2100 1450 1500 2300 Масса т 70 45 50 39 45 50 50 53

В настоящее время опытно-промышленная эксплуатация комбайна КПУ ведется на шахте «Южнодонбасская №3» ГП «Донецкуголь».

Проходческий комбайн КПУ

Для сокращения времени бурения шпуров проходческие комбайны нового поколения КПД и КПУ оснащены двумя бурильными установками, расположенными непосредственно на раме исполнительного органа комбайна. Оригинальная конструкция бурильных установок позволяет оперативно устанавливать их в рабочее или транспортное положение, возводить анкерную крепь в кровлю и бока выработок высотой от 2 м и выше.

Удобство управления бурильными установками при бурении как вертикальных, так и наклонных шпуров, возможность одновременной работы двух установок в сочетании с высокой производительностью комбайна по разрушению забоя позволяют обеспечить сокращение проходческого цикла в 2,7–2,8 раза по сравнению с достигнутым сегодня уровнем.

Лучшие зарубежные аналоги уступают комбайнам КПД и КПУ по показателям энерговооруженности в 1,3–1,5 раза, по области применения (крепость разрушаемых пород)– в 1,2–1,3 раза, по строительной высоте – в 1,2–1,4 раза.

Проходческие комбайны рассмотренного типоразмерного ряда практически полностью покрывают весь диапазон горно-геологических условий шахт, где возможно применение стреловидных проходческих комбайнов. Их широкое внедрение позволит существенно увеличить темпы проведения проходческих выработок и ускорить ввод лав под современные очистные комплексы, значительно снизить долю ручного труда, создать более комфортные и безопасные условия труда для горнорабочих.

Перспективы анкерного крепления выработок

Одним из условий эффективной и безопасной работы при проведении подготовительных выработок на шахтах Украины является обеспечение их устойчивости при минимальном расходе крепящих материалов. Крепи, выполненные из тяжелых профилей специального проката (арочная крепь), в условиях значительного напряженного состояния горного массива не обеспечивают необходимой устойчивости и безремонтного поддержания выработок. Их возведение является плохо поддающимся механизации трудоемким процессом. Материалоемкость крепей снижает технико-экономические показатели проходки и, в значительной степени, сдерживает темпы проведения выработок.

За последние годы все большее распространение в угольной и горно-рудной промышленности получает анкерная крепь, повышающая устойчивость горных выработок и позволяющая увеличить темпы ведения подготовительных работ при экономии средств на их поддержание.

Применение анкерной крепи на шахтах стран с развитой угледобывающей промышленностью позволило в 5–10 раз уменьшить расход металлопроката, бетона, леса; в 3–5 раз повысить производительность работ при креплении выработок; в 2–3 раза повысить темпы проходки; вдвое сократить затраты на крепление и поддержание крепи в рабочем состоянии во время эксплуатации. Химическое анкерование позволяет пересмотреть технологию очистных работ и перейти от цикличной выемки угля в длинных комбайновых забоях к практически непрерывной, поточной добыче и тем самым снизить трудоемкость очистных работ на 25–35%.

Первый в Украине опыт применения химического анкерования при проведении выработок накоплен шахтами «Россия», «Павлоградская», «Красноармейская-Западная №1». На примере этих шахт была подтверждена эффективность химического анкерования в условиях украинских шахт.

Вместе с тем применение ручных колонковых установок в качестве основного средства для возведения анкерной крепи не позволило достичь высоких показателей проходки (5–12 м/сутки), характерных для забоев зарубежных шахт. Средние темпы составили 2,5–3 м/сутки при 10–12 устанавливаемых анкерах на 1 м выработки (из них 4–6 анкеров в бока).

Для существенного снижения трудоемкости возведения анкерной крепи, обеспечения устойчивых темпов проходки 600–800 м/месяц «Донгипроуглемашем» создается базовая модель проходческого комплекса КПА.

Проходческий анкеровальный комплекс КПА (табл. 3) предназначен для механизации отбойки и погрузки горной массы при проведении горизонтальных и наклонных до 120 выработок с плоской кровлей, сечением от 13,5 до 21 м 2 в проходке по углю и смешанному забою с максимальным пределом прочности пород до δ_сж=70 МПа (f =5), со средствами возведения анкерного крепления в шахтах, опасных по газу и пыли.

Наименование параметров Донгипро-углемаш Джой Фест-Альпине Джеффри ЦНИИ-подземмаш КПА 12СМ18 12ЕD18 ABM12 ABM20 2048HPMB ПДК3 Предельная прочность разрушаемых пород, МПа 70 нет данных нет данных нет данных нет данных нет данных 50 Угол наклона выработки, град. ±12 нет данных нет данных нет данных нет данных нет данных ±12 Максимальная высота выработки, мм 3500 3683 3370 2675 3000 3733 3800 Ширина вруба, мм 5200;6000 3302 3510 6000 5200 4800 3750 Высота, мм 1800 1422 1422 1385 1550 1321 1600 Ширина, мм 4500 2700 2900 5400 4900 4200 3250 Электродвигатели исполнительного органа, кВт 2Ч160 2Ч140 2Ч138 270 270 2Ч157 2Ч140 Установленная мощность, кВт 530 429 417 510 542 516 416 Количество бурильных машин 6 – 2 4 6 2 2 Глубина бурения (мах), мм 2400 – 2057 нет данных нет данных нет данных 2700 Напряжение, В 660/1140 1050 1050 1000 1000 1050 660 Масса, т 80 57,8 50 85 75 62 62

Отличительными конструктивными особенностями комплекса КПА являются:

• высокая энерговооруженность двух исполнительных органов суммарной мощностью 2х160 = 320 кВт;
• возможность совмещения операций по разрушению забоя и возведению анкерной крепи;
• расчетный ресурс основных узлов комплекса не менее 20000 часов;
• возможность одновременной установки четырех анкеров в кровлю и двух – в бока выработки;
• применение пылеотсасывающей установки производительностью до 320 м 3 /мин.

На первом этапе своего внедрения проходческие анкеровальные комплексы КПА будут использоваться на передовых шахтах Украины, где существует возможность пересмотра привычной технологии ведения очистных работ и перехода от цикличной выемки угля в длинных комбайновых забоях к практически непрерывной поточной, обеспечивающей снижение трудоемкости ведения очистных работ, прежде всего, в зоне сопряжения лавы со штреком.

За счет сокращения в два раза времени обработки забоя и в два-три раза операций по бурению скважин и установке анкеров, а также совмещения операций по обработке забоя и креплению выработки применение комплекса КПА позволит сократить продолжительность проходческого цикла до 25 мин на 1 м проходки.

Проходческие анкеровальные комплексы КПА могут быть востребованы и угольными шахтами России, где этот прогрессивный вид крепления применяется в 70–80% всех проводимых выработок с использованием индивидуальных колонковых буровых станков. Серийное производство проходческих анкеровальных комплексов КПА начнется в 2005 году.

Созданные «Донгипроуглемашем» самоходные малогабаритные анкеровальные установки на гусеничном ходу УАК практически исключают ручной труд при возведении анкерной крепи, перекреплении выработок различной формы и сечения. Они позволят обеспечить бурение шпуров по забою для проведения выработок буровзрывным способом при сечении выработок арочной формы S 30 м 2 , возведения анкерной крепи в кровлю и бока выработок различной формы, рыхление вспученной почвы глубиной до 1 м для дальнейшей её уборки профилеподдирочными машинами. Опытный образец установок УАК1, изготовленный на ОАО «Горловский машиностроитель», в 2004 году пройдет приемочные испытания на одной из шахт Донбасса.

Внедрение вышеуказанных прогрессивных средств проведения подготовительных выработок с анкерным креплением, прежде всего при техническом перевооружении лав новыми комплексами, позволит существенно повысить технико-экономические показатели работы шахт и снизить себестоимость добываемого угля на 10–15 %.

Поддержание горных выработок

Общий объем поддерживаемых в эксплуатации горных выработок в Украине составляет 20 тыс. км. В этих условиях особенно важно поднять уровень механизации поддержания и ремонта подготовительных выработок.

Разработанные институтом «Донгипроуглемаш» профилеподдирочные машины с резцовым и ковшовым исполнительными органами для подрывки почвы крепостью до δ_сж=80 Мпа (f =6 ед. по шкале проф. Протодьяконова), не уступая по технико-экономическим показателям зарубежным аналогам, а по параметрам крепости подрываемых пород, производительности и возможности погрузки в транспортные средства превосходят их, обеспечивают резкое снижение объемов ручного труда за счет механизации наиболее трудоемких операций.

Первый опыт эксплуатации машины МПП на шахте им. Засядько подтвердил правильность выбранного направления по созданию компактной машины, обеспечивающей непрерывную боковую и заднюю погрузку породы с одновременным ее разрушением резцовым исполнительным органом.

На базе машины МПП разработано традиционное исполнение поддирочно-погрузочной машины с ковшовым объемом 0,35м 3 с телескопическим исполнительным органом.