Общие сведения о проходческих комбайнах со стреловидным исполнительным органом

в) шнеков - 2ПУ.

8. По построению кинематической цепи «электропривод - приводные звездочки скребкового конвейера» подсистемы транспортирования отделенной массы:

а) с механическими редукторными цепями на основе зубчатых передач от одного - 4ПУ, ПК3M, ПК9р, 2ПУ, 4ПП2, 4ПП2М, 1ГПКС, 4ПП5 - или двух, работающих на общий вал - 4ПП3, П110, КСП32, КСП33, КСП35, КСП42, КСП43 - электродвигателей;

б) с гидромеханическими редукторными цепями на основе объемной гидропередачи с одним или двумя - КПГ - гидромоторами и зубчатых передач.

Рассмотрим преимущества и недостатки ПК с различными классификационными признаками.

У ПК с продольно-осевыми фрезерными исполнительными органами продольно-осевые фрезы: позволяют более точно оконтуривать забой, не допуская значительных переборов породы, а также механизировать такие операции, как проведение водосточных канавок и образование приямков для крепи; по своей форме и размерам лучше приспособлены к селективной выемке.

У ПК с поперечно-осевыми фрезерными исполнительными органами поперечно-осевые фрезы при доминировании горизонтальных перемещений характеризуются значительно более благоприятной силовой картиной нагружения исполнительного органа, что обусловливает повышение устойчивости корпусных подсистем и электропривода подсистем привода исполнительного органа комбайнов, снижение динамической нагруженности элементов силовых подсистем. Это весьма важно при проведении выработок по крепким породам. Указанное объясняется, прежде всего, постоянством толщин стружки на резцах при неизменной скорости перемещения исполнительного органа.

Безусловно, что у ПК для подсистем перемещения выемочной машины, погрузки отделенной массы и транспортирования отделенной массы прогрессивным следует считать применение комбинированных редукторных цепей на основе объемной гидропередачи «насосы - гидромоторы» и цилиндрических или цилиндрических и планетарных зубчатых передач. При этом в случае использования гидропередач со значительными передаточными числами можно обеспечить достаточную компактность конструкции.

В механических кинематических цепях подсистем перемещения выемочной машины, погрузки отделенной массы и транспортирования отделенной массы должны предусматриваться предохранительные элементы (как правило, на основе фрикционных муфт) для защиты от нагрузок. При наличии гидромеханических цепей для этих подсистем указанную функцию выполняют предохранительные клапаны.

Т. к. одним из важнейших требований, предъявляемых к подсистемам подвески и перемещения исполнительного органа ПК, является обеспечение бесступенчатого регулирования положения (перемещения) исполнительного органа в нужном направлении и с необходимыми скоростями и усилиями для получения требуемой конфигурации забоя, то наиболее прогрессивный способ регулирования скорости перемещения исполнительного органа в составе подсистемы подвески и перемещения исполнительного органа - объемное регулирование.

 

1. Проходческий комбайн

 

Проходческий комбайн- горн. машина, предназначенная для разрушения массива горн. пород, погрузки горн. массы в трансп. средства (вагонетки, конвейер, перегружатель и др.). Применяется при проходке горных горизонтальных и наклонных выработок, стволов (см. Стволопроходческий комбайн), стр-ве тоннелей (см. Тоннелепроходческая машина). Различают П. к. избирательного и сплошного разрушения.

Ï. ê. èçáèðàòåëüíîãî ðàçðóøåíèÿ - ìàøèíà ñî ñòðåëîâèäíûì èñïîëíèò. îðãàíîì c ôðåçåðíîé êîðîíêîé (ðèñ. 1), ñíàáæ¸ííîé, êàê ïðàâèëî, ðåçöîâûì ðåæóùèì èíñòðóìåíòîì, îáåñïå÷èâàþùèì ðàçðàáîòêó çàáîÿ ëþáîé ôîðìû ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ.

 

Pис. 1. Проходческий комбайн избирательного разрушения: 1 - погрузочный стол; 2 - фрезерная коронка; 3 - стреловидный исполнительный орган; 4 - перегружатель; 5 - гусеничная ходовая часть.

 

Такой комбайн может выполнять раздельную выемку и транспортировку п. и. и вмещающих его пород. Cовременный П. К. избирательного разрушения характеризуются возможностью использования сменных фрезерных коронок, навесного оборудования для выполнения вспомогат. операций (подъёма верх. элементов крепи, анкерования кровли и боков выработки и т.д.), приспособлений для обеспечения устойчивости комбайна, в т.ч. в наклонных выработках, средств автоматизации режима работы (лазерный контроль за направлением движения, программное управление и т.д.) и элементов диагностики.

П. к. избирательного разрушения подразделяют на машины: лёгкого типа (c массой до 20-25 т, мощностью двигателя исполнит, органа до 60-80 кBт), обеспечивающие разрушение г. п. c пределом прочности на одноосное сжатие sсж до 70-80 МПa при сечении выработок до 20-25 м2; среднего типа (35-50 т, 100-160 кBт) для разрушения г. п. c sсж до 100-110 МПa при сечениях до 35 м2; тяжёлого типа (до 100-110 т, до 300-400 кBт) для г. п. c sсж до 140-150 МПa при сечениях до 40-45 м2. Bce типы комбайнов оборудуются, как правило, гусеничным ходом. П. к. лёгкого и среднего типов наиболее распространены на угольных шахтах (CCCP, ПНР, ЧССР, ФРГ), где c их использованием проводится ок. 40-45% горн. выработок. Cp. скорость проведения выработок такими комбайнами 140-160 м/мес, максимальная - до 1500 м/мес, производительность П. к. втрое выше, чем при буровзрывной проходке. П. к. избирательного разрушения тяжёлого типа используются в горн. промышленности и тоннелестроении. C переходом от П. к. лёгкого типа к комбайнам среднего и тяжёлого типа связывается повышение в CCCP объёма комбайновой проходки до 48-50% к 1990.

П. к. сплошного разрушения отличает наличие исполнит. органа роторного типа c буровой коронкой, снабжённой, как правило, шарошечным инструментом и спец. ковшами, одновременно разрушающей весь забой и обеспечивающей захват и погрузку горн. массы (рис. 2).

Диаметр буровой коронки П. к. от 4 до 10 м (наиболее распространённый - 5-6 м); комбайны могут быть оборудованы дополнит. фрезами для придания выработкам арочной формы. П. к. сплошного разрушения проводят выработку в основного тоннельного (также шахтного) типа в крепких г. п. c σсж до 180 МПa. Macca машин при диаметре 5-6 м - до 200 т, мощность двигателей исполнит. органа 500-700 кBт.

 

Pис. 2. Проходческий комбайн сплошного разрушения: 1 - конвейер; 2 - ковш; 3 - водило; 4 и 5 - концентрические буры; 6 - отламыватель; 7 - бермовая фреза; 8 - гусеничная ходовая часть.

 

Современный П. к. сплошного разрушения (напр., отечеств. "Cоюз-19y", KPT) характеризуются наличием средств автоматический управления и элементов диагностики. Bедутся работы по снижению массы комбайнов и их энерговооружённости путём совершенствования конструкций распорно-шагающих устройств и исполнительного органа.

Возрастают объёмы применения П. к. сплошного разрушения в горнодобывающей и, в частности, в угольной промышленности (ФРГ, Франция). Эффективная область их использования ограничивается проектной (не менее 2-3 км) протяжённостью выработок при высокой (250-400 м/мес) скорости проходки. Лучшие зарубежные образцы П. к. сплошного разрушения производят фирмы "Robbins" (США) и "Demag" (ФРГ).

 

2. Проходческие комбайны для угольной и рудной промышленности

 

2000 году подземным способом планируется добыть около 100 млн.т. угля. Исходя из данного прогноза годовой объем проведения выработок составит 950 км, в т.ч. 850 км выработок, где требуется погрузка горной массы. В связи с проводимым изменением структуры угольной промышленности, повышением нагрузок на очистные забои (особенно на перспективных шахтах) должен увеличиваться объем комбайновой проходки до 600-650 км в год. При этом увеличится соответственно площадь сечения проводимых выработок с 10 до 18 м2. С увеличением сечения проводимых выработок увеличится доля присекаемых пород и их прочность. Кроме того, темпы проведения выработок предполагается увеличить в 2-2.5 раза. Современные требования к проведению выработок невозможно обеспечить существующим парком комбайнов. Эти комбайны созданы более 20 лет назад, их параметры и технический уровень не соответствуют новым требованиям. Следует также учитывать, что удельный вес комбайнов среднего типа на угольных шахтах России составляет всего 4.5% от парка проходческих комбайнов, в то время как в Чехословакии они составляют 50-60%, а в Германии около 80%.

С учетом этих обстоятельств намечается заменить существующий парк комбайнов тремя новыми моделями КП-15, КП-20Б и КП-25, отвечающих современным техническим требованиям.

 

 

Проходческий комбайн КП-15 заменит 4ПУ, 1ПК-3р и К56 МГ, что позволит улучшить номенклатуру комбайнов легкого типа и в 1.5-2.0 раза повысит их надежность и долговечность. Комбайн имеет сменные модули режущих, погрузочных органов и других узлов для применения в конкретных условиях эксплуатации.

Комбайн КП-15 изготовлен и в 1996 году будет испытан в шахтных условиях.

Комбайн КП-20Б создан для замены комбайна 1ГПКС. В 1993 г. он был успешно испытан на шахте «Южно-Донбасская» (Украина). В период испытаний пройдено 750 м при достижении темпов проходки 140 м/мес. Испытания комбайна проведены при прохождении конвейерных ходков сечением в свету 11.2 м2. Выработки проходились по смешанному забою с присечкой пород прочностью 40-50 МПа. Горная масса от комбайна транспортировалась ленточными (типа ЛТ-80 и Л-80) и скребковым (СП-202) конвейерами в бункер.

При испытании были достигнуты: техническая производительность комбайна (в плотном теле) 0.75 м3/час; скорость проходки в сутки 8.1 м, в смену 3.2 м; производительность проходчика 0.8 м/смену или 8.8 м3/смену.

По сравнению с комбайном 1ГПКС комбайн КП-20Б имеет следующие преимущества: 

• расширена область его применения по прочности разрушаемых пород (с 50 до 60 МПа) и по площади сечения проводимых выработок (с 17 до 20 м2); 
• уменьшен габарит по высоте;  
• увеличена мощность привода исполнительного органа до 90 кВт; увеличен в 1.5-2.0 раза ресурс до первого капитального ремонта.

Увеличение ресурса комбайна удалось достигнуть за счет комплекса мероприятий:

• применения независимого гидропривода лап питателя и конвейера, а также гидропривода гусеничного хода, что позволит снизить его аварийность;
• поперечного расположения электродвигателя привода исполнительного органа, обеспечивающего применение лишь цилиндрических передач в редукторе;
• применения стального литья из легированных сталей, поковок из сталей с высокими механическими свойствами, применение качественных материалов для уплотнений гидроцилиндров вращающихся валов.

Независимая раздвижка барабанов обеспечивает возможность образования наклонной (при работе по напластованию без переборов породы) или сводчатой кровли, обработку приямков под стойки крепи, а также позволяет выбирать рациональную схему разрушения забоя. Изготовление комбайна КП-20Б намечено на АООТ «Кран» в г.Узловая в России.

 

 

Проходческий комбайн КП-25 должен пополнить парк проходческих комбайнов среднего типа. Он испытывался на шахте им. Горького и шахте им. Абакумова в Донецке в 1992 г. при проведении выработок в различных горногеологических и горнотехнических условиях. Испытания на шахте им. Абакумова проводились при проведении квершлага сечением в свету 17.2 м2, в проходке 21.0 м2 по алевролитам, алевролитам с прослоями песчаника, аргелитам и известнякам. Предел прочности пород одноосному сжатию составлял: алевролит 60.0 МПа, песчаник 78.0 МПа, известняк 83.0 МПа; абразивность пород от 8 до 11.6 мг. В зависимости от крепости разрушаемых пород забоя техническая производительность комбайна изменялась от 0.2 м3/мин до 0.35 м3/мин, а удельный расход электроэнергии составил от 0.8 до 3.25 квт.ч/м3.

Среди конструктивных особенностей комбайна следует отметить:

1. исполнительный орган имеет две скорости вращения коронки, переключение которых производится в зависимости от характеристики разрушаемых пород;
2. конвейер может транспортировать крупногабаритные куски породы (до 600 мм).

Комбайн может оснащаться ленточным перегружателем в двух исполнения для погрузки на скребковый или ленточный конвейер и в вагоны; двумя типами коронки исполнительного органа для работы в различных условиях -- по углю или по породе.

 

Два головных образца комбайна КП-25 изготовлены Копейским машзаводом и отправлены на шахты АО «Ленинскуголь».

Все новые комбайны отвечают современным техническим требованиям и допущены к применению в угольных шахтах опасных по газу и пыли.

Проходческие комбайны оснащаются системами и средствами обеспечения санитарно-гигиенических условий по пылевому и безопасному по газовому факторам.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Технические характеристики проходческих комбайнов

 

Для предотвращения вспышек и взрыва метана и угольной пыли от фрикционного искрения институтом «ЦНИИподземмаш» совместно с другими институтами создана система контактного взрывозащитного орошения (по типу орошения комбайнов АМ-75) на уровне международных стандартов.

Для обеспечения призабойного пространства в нормативных режимах по количеству и скорости поступления свежего воздуха и обеспыливании исходящего воздуха комбайны оснащаются комплексами проветривания и обеспыливания типа «КПО». Комплекс размещается на монорельсе и перемещается по нему с помощью комбайна.

Для повышения надежности и срока службы комбайнов КП20Б и КП25 применены высокопрочные марки сталей, получаемые с заводов ВПК по конверсии: