Бурильные машины. Проходческие комбайны. Очистные и проходческие комплексы и агрегаты

      - по способу обработки забоя органом разрушения - на избирательного действия (стреловые проходческие комбайны) с последовательной обработкой поверхности забоя слоями и фронтального действия (буровые комбайны) с одновременной обработкой всей поверхности забоя;

      - по крепости пород разрушаемого горного массива - для работы по углю (слабой руде) с прослойками и присечками слабой породы), для работы по породам средней крепости, для работы по крепким породам;

      - по площади сечения проводимых выработок (в проходке) - для проведения выработок сечением 5-16 м², 9 – 30 м² и более 30 м².

      Дополнительно проходческие комбайны можно классифицировать по конструкции его основных функциональных органов, габаритам, массе. Так, по массе стреловые комбайны в соответствии с ГОСТ 28599-90 делятся на четыре типоразмера:

      I -до 13 т;

      II - до 25 т;

      III - до 48 т;

      IV -до 75 т.

      Независимо  от области применения и конструктивного исполнения проходческие комбайны должны удовлетворять следующим техническим требованиям:

      - устойчиво работать с заданной производительностью в требуемых горно-геологических условиях;

      - в конструкции комбайна должна быть предусмотрена возможность установки дополнительного навесного оборудования для механизации трудоемких операций проходческого цикла (бурение шпуров и установка анкерной крепи, установка временной штучной крепи и пр.);

      - работать в проходческих комплексах с оборудованием для бурения шпуров и установки анкерной крепи, с оборудованием для установки штучной постоянной крепи, с оборудованием для бурения дегазационных и разведочных скважин;

      - при работе обеспечивать пылеподавление, уровень шума и вибрации в пределах санитарных норм на рабочем месте машиниста;

      - осуществлять дистанционное и автоматическое управление работой и направленностью движения;

      -    иметь возможно большее число унифицированных узлов и деталей; допускать применение временной передвижной механизированной крепи; разбираться на транспортабельные узлы для спуска под землю и доставки в забой. 

2.2. Стреловые проходческие комбайны

      Проходческие  комбайны избирательного действия со стреловым органом разрушения получили наибольшее распространение в горной промышленности Российской Федерации  и за рубежом из-за своей универсальности  и относительной простоты конструкции. Такими комбайнами можно проходить выработки любого сечения по форме (арочной, прямоугольной, трапециевидной и др.) и площади сечения (в пределах типоразмера комбайна) без смены органа разрушения или его перенастройки. Стреловыми комбайнами можно проходить горизонтальные и наклонные выработки по углю и смешанному забою с присечкой малоабразивных пород средней крепости в сложных горно-геологических условиях (сбросы, пережимы и утонение пласта, неустойчивая кровля, слабая почва и др.). Конструкция этих комбайнов позволяет достаточно просто производить смену породоразрушающего инструмента и устанавливать временную крепь непосредственно у груди забоя.

      Однако  применяемые в настоящее время  механизмы качания стрелы не могут обеспечить постоянства скорости её перемещения в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а также и усилий подачи на коронке в этих же плоскостях. Изменение скорости поворота стрелы, при постоянной частоте вращения самой коронки, приводит к изменению глубины резания и, следовательно, усилия резания на породоразрушающем инструменте. Повышенная динамичность работы стрелового органа разрушения значительно снижает эффективность и надежность работы комбайна и существенно осложняет обеспечение его устойчивости при работе.

      Основу  парка стреловых комбайнов в  России составляют комбайны Копейского машзавода семейства 1 ГПКС. Базовая модель комбайна 1 ГПКС (рис. 5.1) состоит из органа разрушения, включающего в себя телескопическую стрелу 3 и фрезерную головку 1; гусеничного механизма перемещеия 11; погрузочного органа с нагребающими лапами 12; гидросистемы 6; электрооборудования 5; пульта управления 7; передаточного конвейера 8; системы пылегаше- ния 2; силовых гидроцилиндров поворота стрелы 4 и 13; гидроцилиндров перемещения концевой части передаточного конвейера 9 и аутригеров 10, предназначенных для увеличения устойчивости комбайна при обработке забоя.

      Семейство унифицированных комбайнов 1 ГПКС состоит  из базовой модели, которая предназначена  для проведения горизонтальных и  наклонных (±12°) выработок с погрузкой  горной массы на конвейер. При погрузке горной массы в вагонетки базовая  модель оснащается дополнительно ленточным  перегружателем (модель 1ГПКС-01). Модели комбайнов, предназначенные для проведения выработок по восстановлению (+20°; 1ГПКС-02) и по падению (-25 1 ГПКС-03) с погрузкой породы на конвейер дополнительно оснащаются тягово- предохранительными механизмами, монтируемыми на ведущих звездочках редукторов гусеничного хода. Эти лебедки предназначены для удержания комбайна от сползания при проведении наклонных выработок и, кроме этого, увеличивают усилие подачи комбайна при проходке восстающих выработок. 

Схема обработки забоя выбирается машинистом и зависит от крепости породы, состояния почвы и кровли, наличия и расположения твердых включений и других горногеологических и горнотехнических факторов. При выборе схемы обработки забоя желательно учитывать следующие требования:

- при разной крепости породы разрушать вначале более слабую;

- в первую очередь обрабатывать нижнюю часть забоя, так как это облегчает дальнейшее разрушение забоя и погрузку отбитой породы;

- разрушение забоя вести с учетом напластования породы (коронка должна перемещаться вдоль напластования, а не поперек);

- при больших сечениях выработки можно разрушать забой частями (сначала обрабатывается правая часть забоя, а затем левая часть, или наоборот).

       Стреловые проходческие комбайны находят широкое применение на шахтах западноевропейских и других зарубежных стран. 

2.3. Буровые проходческие комбайны для проведения горизонтальных выработок

     Проходческие  комбайны с буровым органом разрушения предназначены для проведения подготовительных выработок и очистных работ при камерных системах отработки полезного ископаемого. Форма сечения проводимой выработки может быть арочной или овально-арочной. Комбайны с одним буровым органом или соосными роторами проходят выработку круглого сечения, которая при помощи бермовых фрез доводится до арочной формы. Комбайны с параллельно-осевым расположением буровых органов разрушения проходят выработки овально- арочной формы.

     Буровые проходческие комбайны имеют более  высокую производительность, чем  стреловые комбайны, но они эффективны в эксплуатации только при проведении выработок постоянного сечения в породах с относительно стабильными физико-механическими свойствами и значительной протяженности (около 2000 м).

     При проведении выработок по калийным солям  и малоабразивным породам средней  крепости (f < 6) буровой орган разрушения оснащается резцовым породоразрушающим инструментом. Сам комбайн имеет гусеничный механизм перемещения и шнековый или ковшовый орган погрузки. При проходке выработок по абразивным породам выше средней крепости (f > 8) ротор органа разрушения оснащается дисковыми или диско-штыревыми шарошками лобового или тангенциального резания, а комбайн оборудуется распорно-шагающим механизмом подачи и ковшовым погрузочным органом.

     В России буровые проходческо-очистные комбайны широко применяются при добыче калийных солей.

     Комбайн ПК-8МА (рис. 5.5) состоит из роторного  органа разрушения 1 с ковшовым погрузочным устройством 2, отгораживающего щита 3, редуктора органа разрушения 5, электродвигателей привода роторов 5, передаточного конвейера 6, пылеотсасывающей и оросительной установок 7, пульта управления 9, механизма перемещения 20, бермовых фрез 22, отрезных барабанов 23, электрооборудования со станцией управления 18, маслостанции с маслобаком 17. 

Рис. 5.5. Комбайн ПK-8MA

       Орган разрушения состоит из внутреннего ротора 11 и внешнего ротора с четырьмя лучами 13, которые вращаются в разные стороны, что дает возможность уравновесить реактивный момент при работе органа разрушения. Четыре луча внешнего ротора оснащены ковшами 14, которые зачерпывают отбитую горную массу в нижней части выработки и подают ее через верхнее окно в щите на передаточный конвейер. На лучах внутреннего и внешнего роторов монтируются державки 12 с тангенциальными резцами. Забурник 16 разрушает центральную часть забоя и крепит внутренний ротор на выходном валу редуктора органа разрушения.

       Управление комбайном в горизонтальной плоскости осуществляется гидродомкратами 4 и 19, путем отталкивания от боковых стенок выработки. Комбайн дополнительно может оснащаться бурильной машиной 21 для бурения шпуров под анкерную крепь. 

     Буровой проходческо-добычной комбайн «Урал-20А» (рис. 5.6) с планетарным органом разрушения состоит из исполнительного органа 7, верхнего отбойного барабана 2, оформляющего кровлю выработки, бермовых шнеков 3, служащих для выравнивания почвы и подрезки углов выработки, гусеничного механизма подачи 4, пылеподавляющей установки 5, пульта управления, электро- и гидрооборудования 7, 8, 9, скребкового передаточного конвейера 10. 

 
     

     Основная  масса породы разрушается режущими дисками 11, резцы которых перемещаются в пространстве по циклоидальным кривым. Забурник органа разрушения 12 выполнен в виде дисков, резцы которых описывают циклоидальные кривые в плоскости забоя. Орган разрушения от всего комбайна изолируется щитом ограждения 13. Погрузка отбитой горной массы производится шнеками 14 и скребками передаточного конвейера.

     Комбайн дополнительно может комплектоваться бурильной машиной 6 для бурения шпуров под анкерную крепь. 

     На  зарубежных калийных рудниках достаточно широкое распространение получили буровые комбайны «Эймко-Мариетта» компании «Тамрок Коул», которые имеют два или четыре трехлучевых ротора, вращающихся встречно по направлению к продольной оси комбайна.

     

     

Рис. 5.7. Проходческо-очистной комбайн «Эймко-Мариетта 780-AW4»

     Проходческо-очистной комбайн «Эймко-Мариетта» 780-AW4 (рис. 5.7) состоит из четырех трехлучевых роторов 1 с погрузочными ковшами, верхнего кольцевого бара 2, оформляющего кровлю выработки, переднего 3 и заднего 5 гидродомкратов управления комбайном в вертикальной плоскости, электроприводов роторов 4, электро- и гидрооборудования 6, переда-точного конвейера 7, нижнего кольцевого бара 8, выравнивающего почву выработки, гидроцилиндра натяжения нижней цепи бара 9, гидроцилиндра подъема и опускания нижнего бара 10 (аналогичные гидроцилиндры имеются и на верхнем баре), гусеничного механизма подачи 11.

     В последние десятилетия в зарубежной практике проходка горизонтальных горных выработок на полное сечение в крепких породах буровыми проходческими комбайнами получает все более широкое распространение. По конструктивному и компоновочному исполнению такие комбайны принципиально мало чем отличаются друг от друга. Все различия сводятся в основном к конструктивному исполнению самих роторов, числу распорных устройств, наличию вспомогательного оборудования и т. д. 

2.4. Буровые комбайны для проведения наклонных и вертикальных выработок

     На  рудных шахтах при существующих технологиях  добычи значительный объем работ  приходится на проведение восстающих выработок. В последние десятилетия  в зарубежной практике все более  широкое применение при проведении восстающих выработок получают буровые комбайны (станки). Уже более десятка зарубежных фирм выпускает несколько десятков моделей таких комбайнов для бурения восстающих диаметром от 0,6 до 8,5 м по породам с прочностью на сжатие до 280 MПa и на длину до 600 м.

     Буровой способ проходки восстающих выработок  позволяет осуществить безлюдную  проходку; перейти на комплексную  механизацию работ; улучшить качественные характеристики выработок и снизить затраты на их крепление; значительно повысить производительность труда и снизить себестоимость проходки.