Гайко Г.И. История горной техники

Подождите немного. Документ загружается.

скважина диаметром 600 мм, которая затем расширялась в два приема

долотами диаметром 2 и 3,5 м. Для внедрения нового способа бурения

был организован трест «Шахтоспецстрой», который в годы Великой

Отечественной войны освоил бурение шахт большого диаметра (5 м) и

значительной глубины (более 100 м). Способы проходки стволов буре-

нием, открывающие возможность заменить ручной труд машинами и

изменить сам характер проходческих процессов, получили дальнейшее

развитие в конструкциях стволопроходческих комбайнов.

В 1938 г. Южшахтпроектом был разработан комбайн ШС-6 (рис.

4.16, а), который изготавливался на Уральском заводе тяжелого ма-

шиностроения. Работа машины была основана на принципе разруше-

ния крепких пород резанием. В состав агрегата ШС-6 входили буро-

Рис.4.16 Стволопроходческие комбайны: а – первый советский

комбайн ШС-6; б – комбайн СК-1

вая крестовина с насосной установкой и эрлифтом для выдачи пород-

ной пульпы на поверхность, подвижная опалубка для возведения по-

стоянного крепления ствола и копер с необходимыми подъемными

механизмами. Комбайн имел двигатель мощностью 345 кВт, что обес-

печивало 4 оборота буровой крестовины в минуту. Расчетная произ-

водительность комбайна составила 320-350 пог. м в месяц. Комбайн

ШС-6 имел ряд конструктивных и технологических недостатков (в т.ч.

необходимость управлять комбайном непосредственно в забое ство-

ла) и не получил промышленного применения [33].

Для проходки стволов большого диаметра в начале 50-х годов

ЦНИИПодземмашем был создан стволопроходческий комбайн ПД-2,

в последующем модернизированный в комбайн СК-1 (рис. 4.16, б). Раз-

рушение пород обеспечивал размещенный на приводном валу 9 испол-

нительный орган 1, оснащенный двумя дисками с резцовым или шаро-

шечным инструментом. Выдача породы осуществлялась пневмоэлева-

тором 10 во встроенный в комбайне бункер 5 и далее скипоклетями на

поверхность. Выемку породы совмещали с креплением ствола моно-

литным бетоном, который поступал по трубопроводам за передвиж-

ную секционную опалубку 3, снабженную спиральным поддоном для

равномерного распределения бетона по стенкам ствола.

При работе комбайна в стволе должны были находиться два-три ра-

бочих, занятых контролем и управлением, а также заменой шарошеч-

ного инструмента. Технически осуществима проходка протяженных уча-

стков ствола комбайном без присутствия людей. Так на шахте им.

М.И. Калинина (Донбасс) по безлюдной схеме пройдено 90 м ствола

по выбросоопасным пропласткам угля и породы: разрушение забоя и

выдача породы осуществлялись при управлении комплексом с поверх-

ности, и лишь при перестановки опалубки и подаче за нее бетонной смеси

в забой спускались проходчики. Глубина ствола, пройденного комбай-

ном, имела здесь рекордную величину – 1107 м. Наивысшие скоростные

показатели проходки ствола комбайном получены в 1984 г. на шахте

им. В.И. Ленина (объединение «Луганскуголь»): скорость подвигания

забоя – 181 м/мес, производительность труда проходчиков свыше 16,1

готового ствола на чел/смену. Следует отметить, что рекордные тем-

пы проходки были во многом обусловлены тесным научно-техническим

сотрудничеством комбината «Луганскшахтострой» с институтом ЦНИ-

ИПодземмаш (где директором был талантливый инженер Д.И. Малио-

ванов) [34].

К настоящему времени разработаны комбайны типа СК для про-

ходки стволов диаметром 8 м на глубину 1500 м, однако сдерживаю-

щим фактором их широкого применения является резкое снижение по-

казателей при проходке крепких пород.

Основные объемы горнопроходческих работ приходятся на соору-

жение горизонтальных и наклонных выработок, обеспечивающих вскры-

тие и подготовку шахтного поля.

Для механизации процессов буровзрывных работ в этих выработ-

ках начиная с 30-х годов в Донбассе стали применять отечественное

оборудование [33]. Для бурения шпуров использовали ручные буриль-

ные молотки (перфораторы) и электросверла. В 1934 г. был налажен се-

рийный выпуск пневматических бурильных молотков БМ-13 с автома-

тическим поворотом бура. Недостатками конструкции были большой

вес ручного молотка (18 кг), большая вибрация, неудовлетворительная

работа в крепких породах. В дальнейшем нашли применение пневматичес-

кие молотки с поддерживающим и подающим устройством (рис. 4.17, а). В

1936 г. была разработана кон-

струкция электрического ко-

лонкового (кернового) пер-

форатора типа СПК-1, приме-

нение которого значительно

облегчило труд проходчиков.

В том же 1936 г. на Горловс-

ком заводе сконструированы

колонковые электросверла

ЭСК-1 (рис. 4.17, б), предназначенные для бурения шпуров в породах

средней крепости. Буровые коронки (рис. 4.18) изготавливали из леги-

рованных износоустойчивых сталей, иногда с армировкой пластинами

Рис. 4.18 Буровые коронки: а – однодолотчатая; б

– крестовая; в – с опережающим лезвием

Рис. 4.17 Бурильное оборудование: а – пневматический бурильный

молоток с пневмоподдержкой; б – колонковое электросверло ЭСК-1

из твердых сплавов. При проведении горизонтальных горных вырабо-

ток бурильные машины начали устанавливать на специальные тележ-

ки, обеспечивающие быстрое транспортирование бурильных машин, эф-

фективную подачу бура на забой, уменьшение затрат физического тру-

да. Такие конструкции стали прототипами первых самоходных буриль-

ных установок. Улучшение оснащенности забоев позволило к 1940 г.

повысить производительность труда проходчиков почти в три раза и в

1,5-2 раза среднемесячные темпы проходки [32].

В 50-е годы, наряду с более совершенными и производительными буриль-

ными молотками и электросверлами были созданы одно- и двухманипуля-

торные пневматические бурильные установки (каретки) ударно-вращатель-

ного действия типа БУ, механизирующие бурение шпуров по породам кре-

постью 16

≤

f . Ударно-вращательное бурение характеризуется тем, что пор-

шень-боек наносит удары по непрерывно вращающемуся буру, который

находится под осевым давлением, что обеспечивает высокие скорости буре-

ния даже в крепких породах. Эти установки резко улучшили условия труда

бурильщиков, избавив их от вибрации и пыли. Труд проходчиков в основ-

ном сводился к управлению бурением с пульта установок на расстоянии около

3 м от забоя, к смене инструмента и наладке оборудования. В последующие

годы на вооружение проходчиков поступили электрические бурильные ус-

тановки (каретки) вращательного и вращательно-ударного действия (БУЭ

и др.). Самоходные буровые каретки (рис. 4.19) представляют собой плат-

формы на пневматическом, колеснорельсовом или гусеничном ходу, на ко-

торых смонтированы один или несколько гидравлических манипуляторов с

автоподатчиками и бурильными машинами. Объемы бурения шпуров таки-

ми установками на шахтах Донбасса не превысили 15%, что объясняется их

однофункциональностью и недостаточной маневренностью при относи-

тельно высокой стоимости.

Рис. 4.19 Самоходная бурильная установка

В целях совершенствования техники бурения шпуров в 80-е годы были

созданы электрогидравлические бурильные установки нового поколе-

ния (УБШ-251 и др.) с программным управлением и автоматическим

регулированием режима бурения, что обеспечило высокую производи-

тельность и качество буровых работ (точность расположения шпуров,

соблюдение углов бурения и др.) в широком диапазоне физико-механи-

ческих свойств горных пород.

Для повышения уровня механизации погрузки горной массы до 40-х гг.

использовали исключительно канатно-скреперные установки, представ-

ляющие собой скребок (ковш), лебедку, канаты и блоки, закрепленные

в забое (рис. 4.20). Такие устройства, не смотря на неудобства монтажа,

необходимость периодического закрепления блоков, стыкования кана-

тов и др., позволяли механизировать погрузку основной массы породы

при минимальной стоимости оборудования.

В целях сокращения времени погрузки и повышения производительно-

сти труда проходчиков в конце 30-х годов разрабатываются различные типы

породопогрузочных машин. С 1940 г. в Донбассе изготавливали и приме-

няли машину УМП-1 (рис. 4.21), которая работала следующим образом. С

опущенным вниз ковшом машина наезжала на взорванную породу, и ковш

своими зубьями внедрялся в нее. С захваченной породой ковш поднимался

цепями в верхнее положение, при этом порода скатывалась с задней стенки

ковша и по железному желобу попадала на ленточный конвейер, который

сгружал ее в вагонетку. Этот принцип работы был развит в более совер-

шенных ковшовых машинах 50-х годов: ЭПМ-1, ППМ-4, 1ППН-5 (рис.

4.22, а). С 80-х годов получает широкое распространение новая ковшовая

погрузочная машина МПК-3 (рис. 4.22, б) с боковой разгрузкой ковша

вместимостью 1 м

, обеспечивающая погрузку породы на скребковый кон-

вейере (

4,6S

.сеч

) или в вагонетки (

4,14

сеч.

Рис.4.20 Схема скреперной установки: 1 – скрепер; 2, 3 – головной и

хвостовой канаты; 4 – тележка со скреперной лебедкой; 5 – полок;

6 – ролики (блоки)

Рис. 4.21 Одна из первых советских

породопогрузочных машин – УМП-1

Рис. 4.22 Ковшовые погрузочные машины: а – 1 ППН-5; б – МПК-3

Второй тип погрузочных машин (т.н. непрерывного действия) вклю-

чает рабочий орган в виде двух нагребающих лап, закрепленных на лотке

(погрузочном столе) машины. Первые конструкции такого типа (рис.

4.23) были изготовлены в СССР в 1940 г. и прошли промышленные ис-

пытания в Восточном Донбассе. При работе лоток машины внедрялся в

свободно лежащую породу за счет напорного усилия гусеничного шас-

си, а две лапы, расположенные по краям лотка и качающиеся на осях,

захватывали породу и перемещали по лотку к скребковому одноцепно-

му конвейеру. Последний транспортировал породу к концу погрузоч-

ной стрелы и сбрасывал в вагонетки или на транспортный конвейер.

В 60-е годы ЦНИИПодземмаш разрабатывает машины непрерывного

действия типа ПНБ-2 (рис. 4.24), которые, благодаря высокой производи-

тельности, получают широкое распространение на шахтах Донбасса.

Представляет интерес динамика роста механизации погрузочных

работ. В 1940 г. на шахтах бывшего Наркомугля СССР было всего 89

скреперных грузчиков и 36 породопогрузочных машин на 10300 забоев

горных выработок, т.е. уровень механизации погрузки был не многим

Рис. 4.23 Погрузочная машина непрерывного

действия С-153 (1940 г.)

Рис. 4.24 Погрузочная машина ПНБ-2

более 1%. Применение новых машин позволило существенно повысить этот

показатель: на действующих шахтах в 1956 г. – до 20%, в 1986 г. – до 85%; в

шахтном строительстве соответственно – до 50% и до 95% [32].

Весьма эффективным

решением следует счи-

тать комбинацию поро-

допогрузочных машин

типа ПНБ с буровым ма-

нипулятором (рис. 4.25).

Это позволило увели-

чить производитель-

ность бурения по сравне-

нию с ручными и колон-

ковыми сверлами в 2-4

раза, исключить необхо-

димость обмена в забое

выработки средств по-

грузки и бурения, сокра-

тить количество приме-

няемого оборудования и

затраты на отдельные

машины, поскольку, в

данном случае, рабочие

органы для бурения шпуров и уборки породы размещены без помех друг для

друга на базе одного шасси. Применение буропогрузочных машин способ-

но обеспечить темпы проведения выработок до 300-400 м в месяц.

Тенденция совмещения различных технологических функций в одной

машине получила дальнейшее развитие в мощном проходческом комп-

лексе «Сибирь», который включает оборудование для бурения шпуров,

погрузки и доставки горной массы, а также для установки элементов кре-

пи. Однако практикой ведения проходческих работ оказались более вос-

требованы мобильные и менее дорогие буропогрузочные машины.

Представляет интерес разработанный в ДГМИ проходческий буро-

скреперный комплект БУСК-1, включающий усовершенствованный

скреперный погрузчик; доставочно-монтажный модуль в виде гидрав-

лического забойного манипулятора на монорельсе, энергопоезд с мас-

лостанцией и буро-крепежную раму с набором бурильных машин [36].

Скреперная погрузка обеспечивает высокую надежность в широком

диапазоне горно-технических условий, а отказ от дорогостоящих само-

ходных машин, механизация проходческих операций сокращают затраты

на приобретение (эксплуатацию) комплекта в 3-5 раз и обеспечивают сред-

нетехническую скорость проведения выработок 100-120 м/мес. В усло-

Рис. 4.25 Буропогрузочная машина: 1 – бурильная ма-

шина; 2 – штанга; 3 – подвижный люнет; 4 – неподвиж-

ный люнет; 5 – распор; 6 – автоподатчик; 7 – манипуля-

тор; 8 – нагребающие лапы; 9 – скребковый конвейер;

10 – наклонный стол

Рис. 4.27 Проходческая машина с импульсным водоме-

том: 1 – сопло; 2 – импульсный водомет; 3 – манипуля-

тор; 4 – погрузочное устройство; 5 – кабина оператора

1 3

виях экономического кризиса такое оборудование может быть привле-

кательным для многих шахт.

Следует отметить опыт использования гидромониторов (рис. 4.26) для

разрушения и транспортирова-

ния породы при проведении

горных выработок. Наиболее

ярким примером может слу-

жить скоростное проведение

бремсберга на шахте «4-6 Кар-

бонит» (Донбасс, 1965 г.), где

за месяц было пройдено 807 м

выработки [34]. Технология

проходки заключалась в следу-

ющем. Выработка проходилась снизу вверх по угольному пласту под уг-

лом 18° с подрывкой кровли. Угольный пласт вырубался на длину (8-12

м) с помощью гидромонитора под давлением воды 120 атмосфер. Разру-

шенный уголь смывался по рештачному ставу вниз на движущийся пуль-

повый грохот, где обезвоживался и грузился в вагоны. Порода обурива-

лась установкой БУ-2 с удлиненными стрелами (4-4,5 м) и после смыва

угля взрывалась. Взорванная порода размывалась гидромонитором и по

рештакам поступала на грохот. Благодаря новой технологии, использу-

ющей возможности силы водяной струи, а также разработанной схеме

совмещения проходческих операций и организации труда в забое уда-

лось установить рекордные темпы проведения бремсберга.

Наряду с гидромониторами для проведения выработок используют

импульсные водометы (рис. 4.27), позволяющие вести проходческие ра-

боты в породах крепостью 106

−

f . Для создания высокоскорост-

ных жидкостных

струй используют ки-

нетическую энергию

ударного поршня,

при этом струи диа-

метром 3-10 мм исте-

кают со скоростью

1,2-1,5 км/сек. В силу

ряда причин (недоста-

точная надежность,

сложность управления

и ремонта, высокая

стоимость) эти маши-

ны не нашли широко-

го применения.

Рис. 4.26 Гидромонитор

Значительным шагом в развитии техники горнопроходческих работ

является создание комбайнов для проведения горизонтальных горных

выработок. Применение комбайнов обеспечило почти трехкратное уве-

личение скорости проходки и производительности труда по сравнению

с буровым способом.

На рубеже XIX и XX вв. американским инженером Мак Кинли была

разработана первая комбинированная проходческая машина, принцип

действия которой основывался на идее высверливания горизонтальной

выработки в некрепкой горной породе. В 1907 г. русский изобретатель

Ф.А. Поляков-Ковтунов получает привилегию (патент) на горнопро-

ходческий комбайн со строгающим рабочим органом. При работе ма-

шины режущая часть приводилась во вращение, а подающая часть обес-

печивала движение машины по рельсам в забой.

В 1910 г. амери-

канский изобрета-

тель Е.Морган

впервые построил

и испытал ком-

байн для проходки

выработок по

углю малой вязко-

сти (рис. 4.28). В

разработанной

конструкции ниж-

ний горизонталь-

ный 1 и два верти-

кальных 2 и 3 бара

производили вру-

бы по трем плоскостям. Отбойная рама 4 с долотами отбивала уголь,

нанося удары по забою от почвы к кровле. Отбитый уголь грузился кон-

вейером 5, передний конец которого был введен в нижнюю зарубную щель.

Несмотря на ряд конструктивных недостатков первых проходческих

комбайнов (громоздкость, низкая надежность рабочих органов и сис-

тем передачи движения), они обозначали прогрессивные технические

идеи и послужили прототипами для более совершенных машин.

В бывш. СССР первый проходческий комбайн конструкции Чихаче-

ва был изготовлен и испытан в Донбассе в 1938 г. Принцип работы это-

го комбайна (рис. 4.29) заключался в высверливании горизонтальной

выработки круглого сечения мощной конусообразной режущей кресто-

виной с большим количеством сменных массивных зубцов, армирован-

ных победитом. Операции отделения породы от массива и ее погрузки

на транспортные средства были совмещены. Двигатель крестовины имел

Рис. 4.28 Первый проходческий комбайн конструкции

Е. Моргана (США)