Гайко Г.И. История горной техники

Подождите немного. Документ загружается.

101

ний: рабочий орган

был выполнен в виде

кольцевого бара, при-

чем режущая часть са-

морасштыбовывалась

(выносила штыб по

лотку на забойный

конвейер); предусмат-

ривалась гидравличес-

кая отбойка гидропат-

ронами, расположен-

ными в теле бара; пода-

ча машины была гидрофицирована.

За рубежом в начале 30-х годов также были сделаны попытки созда-

ния комбинированных угледобывающих машин, которые, однако, не

привели к созданию работоспособных комбайнов. Так, в 1930 г. на шахте

«Анна» (г. Ахен, Германия) была создана комбинированная машина,

объединяющая цепную врубовую машину и легкоподвижный сетчатый

конвейер. В процессе работы машина производила зарубку и передви-

гала прицепной конвейер, а рабочие производили отбойку угля на кон-

вейер отбойными молотками. Однако, при зажатии бара происходили

частые поломки конвейера, отсутствие механизированной отбойки зна-

чительно снижало скорость подачи машины вдоль забоя, а производи-

тельность труда забойщиков оказалась ниже, чем в традиционных мо-

лотковых лавах.

В 1931 г. германская фирма «Кnapp» по проекту Р. Герлихера изго-

товила опытный образец комбинированной машины для очистных ра-

бот (т.н. «выемочная машина В. Кнаппа»). Машина (рис. 4.50) подава-

лась на забой при помощи канатного барабана. Кольцевой бар 1 выре-

зал в целике блок угля;

отбойка его произво-

дилась вручную обуш-

ком или отбойным мо-

лотком; уголь грузили

скребковым конвейе-

ром 2, смонтирован-

ным за кольцевым ба-

ром. Испытания, про-

веденные на шахте

«Ганнибал» (Рурский

бассейн) выявили ряд

существенных недо-

Рис. 4.50 Выемочная машина

фирмы «Knapp» (Германия)

Рис. 4.49 Комбайн С-5

102

статков: неустойчивость направления подачи машины, ручная погруз-

ка штыба (более 25% добываемого угля), отсутствие саморазваливания

угля и необходимость его ручного дробления. Последнее обстоятель-

ство было обусловлено отсутствием «изламывающего плеча» (необхо-

димой величины консоли вырезанного блока угля). Положительное зна-

чение машины заключалось в доказанной промышленной работоспо-

собности кольцевого цепного бара, принцип действия которого был в

последствии использован в угольных комбайнах. Дальнейшие работы

по созданию комбинированных угледобывающих машин были возоб-

новлены в Германии лишь в конце 30-х годов под влиянием советского

комбайностроения. В Великобритании первые конструкции комбайнов

разрабатывались начиная с 1936 г. фирмой «Meco-Moor».

Таким образом, созданные в Донбассе в начале 30-х годов угледо-

бывающие комбайны были первыми работоспособными машинами,

выдержавшими испытания в шахтных условиях. С 1937 г. Горловский

машиностроительный завод впервые в мире приступил к серийному про-

изводству угольных комбайнов, а к 1940 г. добыча угля комбайнами

составила около 1 млн. т [45]. Накануне войны германские эксперты

отмечали: «Для добычи угля у нас, кроме взрывных работ, использует-

ся, в основном, отбойный молоток... В России требование создания ком-

бинированных добычных и погрузочных машин возникло уже несколь-

кими годами ранее, чем у нас, и для проведения этой задачи были выде-

лены значительные силы и средства» («Glückauf», 1941, № 50). Любо-

пытно, что в период оккупации Донбасса комбайны системы А.И. Бах-

мутского и А.К. Сердюка, а так же техническая документация на маши-

ны других советских конструкторов, были вывезены в Германию. Жур-

нал «Glückauf» в 1944 г. публиковал результаты испытаний советских

угольных комбайнов на шахтах Германии, в которых подчеркивалось,

что их применение значительно повышает производительность труда и

обеспечивает увеличение угледобычи [33].

В 1945 г. в Гипроуглемаше было создано отдельное конструкторс-

кое бюро для проектирования нового эффективного комбайна для по-

логих пластов средней мощности. Инженером М.Ф. Горшковым была

предложена конструкция комбайна с кольцевым режущим баром и го-

ризонтальной отбойной штангой с двумя дисками (рис. 4.51, а). К это-

му комбайну был разработан специальный грузчик конструкции А.Д.

Сукача, имеющий консольные скребки. Двигаясь по контуру кольцево-

го бара, скребки грузили отбитый уголь на конвейер (рис. 4.52, д). В

качестве базы для комбайна была принята врубовая машина МВ-60.

Новый комбайн получил название «Донбасс» и был изготовлен Гор-

ловским заводом в 1948 г. При испытаниях на шахтах комбайн зареко-

мендовал себя как надежная и высокоэффективная машина. Режуще-

103

Рис. 4.51 Конструкции отечественных выемочных комбайнов

отбойный орган обеспечивал полное отделение угля от пласта и после-

дующее измельчение его до транспортабельных размеров. Грузчик ра-

ботал весьма устойчиво и обеспечивал механическую погрузку 95-97%

угля. В течение 1949-1950 гг. количество выпущенных комбайнов «Дон-

басс» превысило 650 машин и продолжало расти быстрыми темпами.

Месячная производительность «Донбасса» составляла 15-20 тыс. т, что

позволило освободить тысячи рабочих и привело к ликвидации самой

тяжелой шахтерской профессии – навалоотбойщиков.

В дальнейшем в зависимости от горно-технических условий (мощ-

ность пласта, угол падения, крепость угля, длина забоя и др.) находят

применение комбайны со шнековыми исполнительными органами (рис.

104

4.51 -б, г, д, е), с буровым исполнительным органом (рис. 4.51, в), с вер-

тикально-барабанным исполнительным органом (рис. 4.51, ж), с бара-

банным исполнительным органом для крутых пластов (рис. 4.51, з).

Принципиальные схемы работы выемочных комбайнов различных ти-

пов приведены на рис. 4.52.

Современные угольные комбайны, благодаря своим конструктивным

возможностям (эффективные рабочие органы, мощные двигатели и др.)

Рис. 4.52 Принципиальные схемы работы выемочных комбайнов: а – с плоскими

барами (УКМГ); б,е – с вертикальными барабанами (МК-67, КА-80); в – с буровы-

ми коронками и баром (КЦТГ); г – с отбойно-погрузочными шнеками; д – с

кольцевым баром и режущей штангой («Донбасс»); ж – с буровыми коронками и

вертикальным барабаном для оконтуривания забоя; з – с отбойной коронкой на

рукоятке, с грузчиком и погрузочным конвейером; и – с качающимися шнеками.

а б

105

полностью решают задачи разрушения и погрузки угля. Резервы повы-

шения производительности угледобычи находятся в области решения

проблем крепления, транспорта, скоростного проведения подготови-

тельных выработок, эффективной организации труда. Важной пробле-

мой комбайновой угледобычи на пластах малой мощности (характер-

ные условия шахт Донбасса) является присечка боковых пород, что зна-

чительно повышает зольность угля, снижает его конкурентоспособность

в условиях рынка. В этой связи представляет большой интерес струго-

вая техника для очистных работ.

Как отмечалось выше, идея струговой выемки челночным способом

была предложена Ф.А. Поляковым-Ковтуновым в 1907 г., однако ее

первое техническое воплощение было реализовано в бывш. СССР лишь

в 1945 г., когда Луганское конструкторское бюро Гипроуглемаша раз-

работало угольный струг для работы в длинных забоях пологих плас-

тов. Струг представлял собой стальную отливку, приводимую в движе-

ние лебедками, установленными в специальных камерах на откаточном

и вентиляционном штреках. Двигаясь вдоль забоя, струг производит

подрубку (строгание) угля на глубину 0,2 м и высоту 0,4 м. Срезанный и

отваленный ножами уголь поступал на конвейер лавы по одному из спи-

ральных подъемных желобов, отлитых в корпусе струга. Испытания

струговой установки на шахте «Дельта 2» (Донбасс) показали ее хоро-

шие возможности по отбойке угля и его отвалке за направляющий рельс.

В то же время, эффективная работа струга сдерживалась отстутствием

передвижных скребковых конвейеров с жесткой рамой. Промышленные

образцы угольных стругов начиная с 1946 г. выпускались заводами им.

Пархоменко (г. Луганск) и «Свет шахтера» (г. Харьков) [33].

В процессе работы над угольными стругами выявились трудности

их внедрения, связанные с высоким износом элементов, с большой ве-

личиной бесстоечного призабойного пространства, с нестабильной тол-

щиной снимаемой стружки, высокими энергозатратами на преодоление

сил трения и др. Это привело к разработке новых конструкций струго-

вой техники – «отрывного» и «скользящего» типов. Струги «отрывно-

го» типа (УСТ-2М, СО-75, УСВ) имеют тяговый орган со стороны вы-

работанного пространства, а их исполнительный орган снабжен под-

конвейерной плитой, опирающейся на почву выработки (рис. 4.53). В

стругах «скользящего» типа (СН-75 и др.) тяговый орган в виде беско-

нечной цепи располагается с забойной стороны конвейера, а исполни-

тельный орган не имеет подконвейрной плиты и перемещается по спе-

циальной наклонной направляющей (рис. 4.54). Отличительной осо-

бенность таких струговых установок является практическое отсутствие

отжима («дыхания») конвейера во время движения струга, хорошие ус-

ловия погрузки и зачистки почвы забоя. Вместе с тем эти установки

106

имеют большую металлоемкость и сложны в управлении. Их примене-

ние целесообразно на угольных пластах повышенной сопротивляемос-

ти разрушению (более 200 кН/м).

Для условий тонких, опасных по внезапным выбросам пластов стру-

говая техника имеет ряд преимуществ перед комбайнами: отсутствие

присечки боковых пород, обеспечивающее существенное снижение золь-

ности угля; минимальные энергозатраты при добыче, поскольку разру-

шение пласта осуществляется не на всю мощность и предполагает само-

обрушение верхней пачки угля; повышение безопасности работ, так как

при снятии стружки малой толщины по всей длине забоя происходит

естественная дегазация пласта; повышение сортности угля за счет ис-

пользования принципа крупного скола и др. В этой связи, применение

надежной струговой техники имеет в Донбассе большие перспективы,

тем более, что объемы ее применения в настоящее время неоправдано

низки (около 5% угледобычи).

Рис. 4.53 Струговая установка

«отрывного» типа (УСТ-2М)

Рис. 4.54 Струг «скользящего» типа (СН-75):

1 – исполнительный орган; 2 – наклонная

направляющая; 3 – тяговая цепь; 4 – конвейер

107

В комплексе производственных процессов по добыче угля одно из

важнейших мест занимает крепление и управление кровлей в очистных

выработках. В начале ХХ в. в лавах угольных шахт для крепления при-

менялись почти исключительно деревянные стойки. Однако примене-

ние этой крепи было связано с недостаточ-

ной надежностью и безопасностью работ,

в ряде случачев ограничивало внедрение

наиболее эффективных способов выемки

угля, а также приводило к большому рас-

ходу лесоматериалов, поскольку деревян-

ные стойки, как правило, оказываются не-

пригодными для повторного использова-

ния. Поэтому в угольной промышленнос-

ти развитых угледобывающих стран нача-

ли применять стальную крепь, сначала в

виде стоек, затем в сочетании стоек с вер-

хняком и в дальнейшем в виде механизи-

рованной крепи.

Мало кому известно, что первые метал-

лические стойки для лав начали применять

в английской каменноугольной промыш-

ленности еще в 1852 г. [46]. Они представля-

ли собой (рис. 4.55) нераздвижные чугунные

колонны высотой 1,5 м, сечение которых

имело крестообразную форму, расширяю-

щуюся к середине (в наиболее опасном се-

чении). Так как такая стойка являлась пол-

ностью жесткой, то для придания опреде-

ленной податливости она снабжалась сми-

нающимися деревянными прокладками,

которые одновременно обеспечивали ре-

гулирование стойки по высоте. Такой

принцип создания податливости исполь-

зовали и ранее для деревянных стоек. Поз-

же вместо чугунных колонн стали приме-

нять жесткие стойки из рельса.

В Германии стальные стойки появились

в начале ХХ в., причем они состояли из двух

раздвижных частей, что позволяло регули-

ровать их высоту в соответствии с мощно-

стью пласта [46].Первая немецкая стойка

трения фирмы «Зоммер» (рис. 4.56, а) была

Рис. 4. 55 Английская чугунная

стойка середины XIX в.

Рис. 4.56 Немецкие стойки

начала ХХ в.

108

разработана в 1901 г. Она состояла из двух вдвигаемых одна в другую

труб, соединенных посредством зажимного хомута, который устанав-

ливался на верхнем конце корпуса стойки и затягивался при помощи

винта. Стойка применялась на шахтах, однако из-за недостаточной эф-

фективности соединительного узла не нашла широкого использования.

Конструкция стойки фирмы «Неллен» (рис. 4.56, б) предполагала регу-

лировку по высоте благодаря заполнению корпуса стойки деревянны-

ми дощечками и угольной мелочью, после чего в корпус, не имеющий

замка, вставлялась деревянная выдвижная часть. Стойка «Неллен» име-

ла недостаточное сопротивление податливости и нашла лишь опытное

применение. Стойка фирмы «Роде» (рис. 4.56, в) имела корпус из двух

продольных половин, соединенных скобами и винтами. При извлече-

нии стойки корпус разбирался посредством освобождения резьбовых

соединений, что очень затрудняло извлечение и установку стоек и пре-

допределило использование в стойках клиновых узлов.

Первой действительно эффек-

тивной конструкцией следует счи-

тать немецкую стойку фирмы

«Шварц» (рис. 4.57, а), разработан-

ную в 1908 г. и применявшуюся на

шахтах Германии более 40 лет. Для

изготовления стойки «Шварц» ис-

пользовались две U-образные

стальные балки различной толщи-

ны, причем верхняя (выдвижная)

часть стойки а скользила своими

полками между полками нижней ча-

сти корпуса стойки. На верхнем кон-

це корпуса была укреплена направ-

ляющая обойма с из полосового же-

леза. Выдвижная часть стойки закан-

чивалась клиновой поверхностью d,

которая, взаимодействуя с забивным

деревянным клином е в замке

f,обеспечивала необходимое сопротивление податливости.

Опыт крепления очистных выработок показал, что первые конст-

рукции металлических стоек имели недостаточную несущую способ-

ность и не были приспособлены для систем разработки с полным обру-

шением. Для решения этих задач в 1933 г. фирмой «Шварц» была раз-

работана конструкция коробчатой стойки трения (рис. 4.57, б), в кото-

рой коробчатые профили впервые были использованы как для корпу-

са, так и для выдвижной части стойки, а специальный клиновой карман

Рис. 4.57 Стойки немецкой фирмы

«Шварц»: а – из U-образного профиля ;

б – коробчатая стойка трения

а б

109

и распорные клинья обеспечили

высокое сопротивление и удобство

монтажа-демонтажа конструкции.

Первые гидравлические стойки

появились в Германии в 1932 г. (их

производил металлургический за-

вод «Вангейм»). Это были трубча-

тые конструкции (рис. 4.58,а), в

которых был использован прин-

цип установки при помощи сжато-

го воздуха. К стойке был присое-

динен шланг, по которому воздух

поступал через наружный клапан

4 в стойку; при этом масло, нахо-

дящееся в выдвижной части 5 стой-

ки (резервуаре), вытеснялось в кор-

пус 7 (рабочую камеру), что обес-

печивало распор стойки. Под дей-

ствием горного давления масло че-

рез второй внутренний клапан вы-

теснялось обратно в резервуар выд-

чижной части. При разгрузке (де-

монтаже) стойки клапан 3 приво-

дился в действие с наружной сторо-

ны стойки. Несмотря на ряд пре-

имуществ перед стойками трения (быстрое и равномерное восприятие

нагрузки, легкую установку и разгрузку стойки и др.) эта конструкция не

получила широкого применения из-за высокой стоимости. Только в 1948

г. в механизированных лавах Англии получают распространение гидрав-

лические стойки фирмы «Даути» (рис. 4.58, б), в которых для нагнетания

масла использовался небольшой насос, приводимый в действие посред-

ством рычага. Современные гидравлические стойки (рис. 4.58, в) обеспе-

чивают рабочее сопротивление от 150 до 400 кН, при массе 20-86 кг.

Только при очень хорошей кровле было достаточно крепления одними

стойками; в большинстве же случаев кровля между стойками и забоем долж-

на поддерживаться с помощью верхняков. Первоначально в качестве верхня-

ков (перекладов) использовали брусья с затяжкой распилами. Для стальных

стоек начиная с 20-х годов применяли верхняки из рудничных рельсов, а с 30-

х – двутавровые профили. В 1930 г. фирма «Шварц» разрабатывает верхняки

из волнистой стали (получившие широкое распространение на тонких плас-

тах), а в 1935 г. – коробчатые профили с высоким сопротивлением кручению.

Характрной конструктивной особеностью верхняков была значительная длина

Рис. 4.58 Гидравлические стойки: а –

конструкции фирмы «Вангейм» (Герма-

ния, 1932 г.); б – фирмы «Даути» (Вели-

кобритания, 1948 г.); в – современная

отечественная гидростойка

110

консольной части (рис.

4.59), обеспечивающая бе-

зопасность работ в приза-

бойной зоне лавы, а так-

же наличие шарнирных

соеднинений («башма-

ков») для соединения эле-

ментов верхняка друг с

другом.

По мере продвига-

ния забоя индивидуаль-

ные крепи разбирали на

отдельные элементы, пе-

реносили и вновь уста-

навливали. Посадку кровли осуществляли при помощи посадочной кре-

пи, возводимой на границе между призабойным и погашаемым выра-

ботанным пространством. В первой четверти ХХ в. повсеместно исполь-

зовали деревянные посадочные крепи (рис. 4.60, а-в): органную крепь в

виде ряда деревянных стоек, устанавливаемых вплотную друг к другу

параллельно линии очистного забоя; кустовую крепь в виде группы (6-

9 шт.) стоек; костры – клеть прямоугольной или треугольной формы из

круглых стоек или брусьев. Начиная с 30-х годов наряду с деревянными

применяли стальные стойки индивидуальной крепи, а также костры из

рельсов. В 50-е годы разрабатываются и находят применение стальные

посадочные стойки с винтовым распором (рис. 4.60, г) и гидравлические

(рис. 4.60, д).

Не смотря на многообразие конструкций индивидуальных и поса-

дочных крепей очистных выработок, из-за большой трудоемкости ус-

тановки и демонтажа крепления, сложной организации работ, недоста-

точной надежности и безопасности крепи в лаве не удавалось обеспе-

Рис. 4.59 Стойки в сочетании с верхняками

фирмы «GHH» (Германия, 1948 г.)

Рис. 4.60 Посадочные крепи