Семенченко А.К., Семенченко Д.А., Хиценко Н.В., Шабаев О.Е. - "Перспективы создания проходческих комбайнов нового технического уровня".

Источник: http://library.stroit.ru/articles/combain2/index.html.

 

            Эффективность работы горно-добывающей промышленности, являющейся основной сырьевой и энергетической базой для всех отраслей народного хозяйства, определяется техническим уровнем средств механизации и автоматизации технологических процессов добычи. В условиях рыночных экономических отношений, основными требованиями для горно-шахтного оборудования становятся: повышение эффективности и безопасности эксплуатации, снижение металлоемкости машины и энергоемкости разрушения горной массы, уменьшение экологической вредности горных работ.

            В настоящее время развитие добычи угля в Украине, характеризуется постоянным ростом нагрузки на добычной забой. По данным [1,2] общее количество лав в Украине за период с 1995 до 2001 года уменьшилось с 865 до 430, а средняя скорость их снижения составила 70 забоев в год. За этот же период также сократилось число комплексно механизированных забоев – с 463 до 252, то есть почти в два раза. При этом объем добычи на них возрос, достигнув в 2000 году 61,3 млн т., что составило более 75% от общего объема добычи (80,3 млн т). В этом же году из 33 очистных забоев, оснащенных комплексами типа МКД90, было добыто более 15,4 млн т. Отечественные механизированные очистные комплексы нового технического уровня обеспечивают возможность роста нагрузки на лаву до двух и более тысяч тонн в сутки [3,4].

            По данным института «Донгипроуглемаш» [4], основным фактором, в наибольшей степени сдерживающим рост нагрузки на современные добычные комплексы, является отставание в подготовке нового фронта очистных работ.

            Основными способами проведения подготовительных выработок являются буровзрывной и комбайновый. Уровень механизации основных технологических операций по проведению подготовительных выработок (разрушение горного массива и погрузка горной массы) на угольных шахтах Украины составляет 80 – 85%.

            Основными технологическими операциями при комбайновом способе прохождения горных выработок являются:

• Отделение от массива разрушаемых пород и полезного ископаемого.

• Удаление отделенной массы из забоя и её погрузка на транспортные средства выработки (конвейер или в вагонетки).

• Подготовка поверхности выработки к возведению крепи, её установка, затяжка и забутовка пустот за крепью.

• Вспомогательные операции по обеспечению функционирования забоя (проведение водосточной канавки; наращивание транспортных средств выработки (конвейеров и рельсового пути); наращивание вентиляционной трубы, водного и воздушного ставов и др.).

            Из четырех вышеперечисленных технологических операций уровень механизации и трудозатраты первых трех в значительной степени определяются конструкцией и структурой проходческого комбайна. Эти же технологические операции также в значительной степени определяют темпы проходки и затраты на прохождение выработок.

            Способность комбайна обеспечить совмещение этих операций во времени позволяет значительно сократить длительность рабочего цикла прохождения выработки, а возможность прохождения выработок с высоким качеством боковых поверхностей и почвы – значительно повысить эффективность его работы за счет снижения объема разрушаемой массы и значительного сокращения объема забутовки. Весьма существенное влияние на эффективность работы комбайна в целом оказывает тип исполнительного органа. Поэтому в настоящей работе основной упор при анализе проходческих комбайнов был сделан на эффективность исполнительного органа (ИО).

            Анализируя существующие конструкции комбайнов, следует сказать, что уровень механизации процессов отделения пород от массива и удаления отделенной массы из забоя обеспечивается этими комбайнами на высоком уровне и с достаточно высокой производительностью.

            В настоящее время в мировой угольной промышленности и в родственных горных отраслях эксплуатируется значительное количество проходческих комбайнов [5, 6]. Все их многообразие может быть разделено на две большие группы: со стреловидным и буровым исполнительными органами. Проходческие комбайны первой группы предполагают последовательный характер обработки забоя, тогда как при использовании роторного исполнительного органа подготовительный забой обрабатывается одновременно по всей поверхности. Первая группа комбайнов является более многочисленной и содержит комбайны самых различных конструкций с обширным диапазоном габаритов, масс, энерговооруженности и т.д. Так, среди этих машин можно встретить как комбайны с массой 9 т и установленной мощностью 60 кВт (F6Н, Венгрия), так и с массой 110 т и установленной мощностью 300 кВт (Е-200 Германия).

Перспективные направления совершенствования проходческих комбайнов

            Для механизации проведения ниш в Германии был разработан, а в Бельгии испытан комбайн ЕSА-60 [9]. Опыт эксплуатации показал, что его возможности значительно шире, чем предполагалось вначале его создателями. Использование известных в механизированной добыче угля основных узлов и подсистем выемочных комбайнов (высокоскоростной привод исполнительного органа шнекового или барабанного типа, механизм регулировки исполнительного органа по высоте, механизм подачи выемочной машины вдоль забоя, изгибающийся скребковый конвейер, крепь большой несущей способности) впоследствии расширило область применения комбайна ЕSА-60. Структурно-компоновочная схема комбайна ЕSА-60 представлена на рис. 8. Шнековый исполнительный орган 1 закреплен на поворотном редукторе 2, который соединен с корпусом комбайна 3. Комбайн перемещается в выработке вдоль конвейера 4 с помощью встроенного механизма перемещения 5. Параметры исполнительного органа и системы его подвески обеспечивают выемку горной массы только в пределах мощности угольного пласта при выемке ниш. Кроме применяемых на практике структурно-компоновочных схем проходческих комбайнов разработаны и другие схемы. Вот некоторые из них.

Рис. 8. Структурно-компоновочная схема комбайна ESA-60.

            На рис. 9 представлена структурно-компоновочная схема комбайна по патенту USA 4514012 (кл. Е21С 27/24) John L Wallace от 30 апреля 1985 г. [10]. Отличием этой схемы является закрепление на поворотном рычаге 2 двух шнековых исполнительных органов 1 со встроенным в шнеки силовым приводом. Поворотный рычаг 2 крепится к корпусу выемочной машины 4 через специальный узел 3, который относительно корпуса комбайна имеет возможность изменять свое положение в вертикальном направлении. Корпус комбайна 4 устанавливается на специальных направляющих, длина которых соизмерима с шириной выработки. Перемещение корпуса выемочной машины вдоль забоя осуществляется посредством винтовой передачи с приводом 5.

Рис. 9. Структурно-компоновочная схема комбайна по патенту USA 4514012.

            В корпусе направляющих размещены устройства в виде скребковых конвейеров для удаления разрушенной горной массы от линии забоя. Наличие поворотного рычага, положение центра которого регулируется по вертикали, обуславливает более широкие возможности по проведению горных выработок различной формы и сечения. В составе описываемой конструкции горной машины автором предусмотрено наличие гидравлической механизированной крепи, верхнее перекрытие которой осуществляет крепление поверхности кровли в непосредственной близости к зоне работы исполнительных органов. Гидравлическая механизированная крепь выполняет также функцию распорно-шагающего механизма подачи выемочной машины на забой. К недостаткам данной конструкции можно отнести:

• недостаточную устойчивость выемочной машины, что обуславливает невысокую точность заданного контура проводимой горной выработки;

• низкую маневренность комбайна;

• конструкцию исполнительного органа, которая не предусматривает проведение опережающего вруба, что сужает область применения выемочной машины.

            Исполнительный орган горного комбайна (рис.10) [11] содержит забурник 1, прикрепленный к буровой штанге, расположенной в полой оси 2. Ротор 3 с разрушающими органами 4 установлен на полой оси 2. Исполнительный орган снабжен поворотными рукоятями 5, шарнирно закрепленными на диаметрально противоположных концах ротора 3. Разрушающие органы 4 выполнены в виде режущих головок и установлены на концах рукоятей 5. Оси вращения режущих головок 4 и оси поворота рукоятей 5 параллельны оси вращения буровой штанги. В роторе 3 установлен редуктор, входной вал которого связан с валом приводного электродвигателя.

Рис. 10. Исполнительный орган проходческого комбайна по А.с. №1712598.

            При работе этого исполнительного органа сначала забурник осуществляет опережающее бурение скважины, обеспечивая тем самым дополнительную плоскость обнажения, затем фронтально забуриваются режущие головки, после чего производится разбуривание забоя в радиальном направлении за счет вращения ротора и изменения угла поворота рукоятей.

            Особенностью работы проходческих комбайнов избирательного действия является значительное число циклов знакопеременного нагружения элементов системы подвески и подачи исполнительного органа с частотами ниже частоты вращения коронки, которые обусловлены изменением режима его работы (зарубка, боковой рез вправо, боковой рез влево, рез вверх и рез вниз).

 

                                                                                                    Наверх  

© ДонНТУ, Терещенко Алексей Сергеевич, 2009