Курбатова О.А., Харин А.З. История развития горной механики

Подождите немного. Документ загружается.

Комбайн конструктора А.И. Бахмутского имел помимо режущей це-

пи, взятой от врубовой машины, еще и отбойную штангу. Он отличался

тем, что кроме горизонтального бара у него был еще вертикальный ре-

жущий механизм для отрезания угля [14, 17].

Конструкторы первых комбайнов применяли для отбойки угля одно

и то же устройство – особый механизм в виде штанги. Это не давало

нужного эффекта. Для отбойки угля приходилось останавливать ком-

байн.

Но конструкторская мысль продолжала работать. Авторы новых

комбайнов, сохраняя основные конструктивные принцип, шли по пути

устранения явных недостатков первых образцов.

В целях более продуктивной отбойки угля инженер А.К. Сердюк

сконструировал комбайн с гидравлической отбойкой. Он изменил режу-

щий механизм врубовой машины, сделав бар изогнутым. В вертикальной

части изогнутого бара был установлен гидропатрон. Действующий под

высоким давлением гидропатрон отделял подрубленный уголь от пласта.

Однако гидравлическая часть комбайна Сердюка оказалась конст-

руктивно несовершенной, и производство таких комбайнов не было ор-

ганизовано.

Комбайны Бахмутского и Сердюка были изготовлены нашими заво-

дами до Великой Отечественной войны и использовались в Донецком

каменноугольном бассейне.

Вплоть до начала Великой Отечественной войны шла напряженная

работа по совершенствованию и созданию промышленных образцов дру-

гих комбайнов.

Основная задача конструкторов заключалась в создании исполни-

тельного органа комбайна, обеспечивающего отбойку угля транспорта-

бельными фракциями, и в разработке конструкции погрузочного органа

комбайна для производительной навалки отбитого угля на забойный

конвейер без перебивки стоек крепи, установленных перед конвейером.

Перед началом и в годы войны нашли промышленное применение на

шахтах Донбасса и Караганды широкозахватные комбайны Б-6-39 конст-

рукции А.И. Бахмутского.

Механик из Донбасса С.С. Макаров, эвакуированный в Караганду в

1942 г., создал комбайн, известный в угольной промышленности под его

именем. Машина КМ была комбайном нового типа. За его разработку

С.С. Макаров в 1948 г. был удостоен Государственной премии.

Оказалось, что наряду с достоинствами комбайн Макарова имеет и

недостатки. Большое количество рабочих органов комбайна увеличило

размеры машины. Комбайн мог работать только на некрепких, легко раз-

рыхляющихся углях. Большие размеры комбайна заставляют произво-

дить перебивку стоек крепления, расположенных между забоем и кон-

вейером. Отсутствие в комбайне органа, разрушающего пачку угля меж-

ду врубами, вызывает потерю времени на разбивку вручную неотвалив-

шихся пачек угля. Самым же большим недостатком является сильное

измельчение угля резцами и вследствие этого образование большого ко-

личества угольной пыли.

К концу войны в отрасли были накоплены определенный опыт соз-

дания комбайнов, появились ценные идеи, которые требовали обобще-

ния и умелого использования.

Для вязких, неслоистых угольных пластов с неустойчивой кровлей

был нужен комбайн с малым числом режущих исполнительных органов

и надежным отбойным механизмом при небольших габаритах.

Такой комбайн был создан группой конструкторов под руководством

А.Д. Гридина. Гридин назвал свой комбайн врубоотбойной машиной,

или сокращенно ВОМ.

При конструктивном воплощении своей идеи он положил в основу

принцип режущего инструмента врубовой машины, поставив этот режу-

щий механизм – бар в другое положение.

Активизации и ускорению работы по конструированию угольных

комбайнов способствовал объявленный в 1947 году Всесоюзный конкурс

на лучшие угольные комбайны. Лучшие из 60 прошли промышленную

проверку. В числе них широкозахватные комбайны АМВ-1, ВНАТ, УКА

(автор Е.Т. Абакумов).

Но вот в биографии комбинированной угольной машины начинается

период, который можно назвать периодом зрелости. Этот период пред-

ставлен замечательной машиной, с помощью которой на ряде шахт осу-

ществлялась механизация выемки угля угольным комбайном «Донбасс».

Его сконструировали лауреаты Государственной премии 1949 года А.Д.

Сукач, В.Н. Хорин, М.Ф. Горшков (рис. 5.6).

Режущий орган комбайна «Донбасс» имеет вид продолговатого

кольца с непрерывно движущейся цепью, снабженной острыми и креп-

кими зубками. Помимо кольцевого бара комбайн имеет вращающуюся

штангу с режущими дисками. Помещенная сзади кольцевого бара штанга

с дисками представляет собой как бы один общий с баром режущий ме-

ханизм.

Особенностью этого комбайна является также то, что сзади штанги ус-

тановлен специальный погрузочный механизм, состоящий из непрерывной

кольцеобразной цепи с выступающими длинными скребками.

Комбайн «Донбасс» отделяет уголь от массива кольцевым баром,

разбивает его вращающейся штангой с режущими дисками и перемещает

скребками кольцевого погрузчика на конвейер. Комбайн применялся для

выемки пласта мощностью 0,8-1,5 м.

За создание и внедрение комбайна «Донбасс» разработчики были

удостоены Государственной премии за 1949 год.

Рис. 5.6. Комбайн «Донбасс»

Ряд последующих модификаций - «Донбасс-4», «Донбасс-2К»,

«Донбасс-3», «Донбасс-7» расширили область применения комбайна на

пластах крепких и вязких углей мощностью до 2,7 м с неустойчивой

кровлей. Был совершен переход с канатной на цепную подачу и гидрав-

лическую подающую часть.

В Донецком угольном бассейне постепенно вырабатывались пласты,

удобные для разработки, и оставались тонкие пласты. Добывать уголь

при разработке тонких пластов чрезвычайно трудно.

Крупного успеха добилась группа конструкторов «Гипроугольмаша»,

руководимая Е.И. Кудряшовым, впервые создавшая комбайн (УКТ-1) для

выемки весьма тонких (0,5-0,8 м) пологих пластов. Это был широкоза-

хватный буровой комбайн с канатной подачей, работающий с почвы пла-

ста в «лоб» уступа забоя по двухсторонней схеме (рис. 5.7).

Идея конструкторов, воплощенная в новой машине, известна под опре-

делением «крупный скол открытого забоя». Процесс скола угля с поверхно-

сти пласта более экономичен, чем процесс резания. Рабочий орган комбайна

не только отделяет уголь от пласта, но и производит навалку угля на конвей-

ер. В комбайне УКТ не предусмотрено специальное навалочное устройство,

это позволило сделать его компактным - по размерам он не больше врубовой

машины. Конструкция комбайна УКТ позволяет ему работать в лаве снизу

вверх и сверху вниз без холостых перегонов. Вынув уголь из массива при

движении в одном направлении, комбайн после несложной, занимающей 20

минут операции разворота короткой рабочей части продолжает выбирать

уголь из пласта, продвигаясь теперь уже в обратном направлении.

Рис. 5.7. Комбайн для тонких пластов

За создание комбайна УКТ-1 в 1951 г. Е.И. Кудряшов, А. Д. Гридин,

А.А. Пичугин, И.Я. Бурцев получили Государственную премию СССР.

На последующих модификациях этого комбайна (КЦТ) впервые бы-

ла освоена подача очистного комбайна по цепи, протянутой по всей дли-

не лавы. Модификация бурового комбайна для весьма тонких пластов

(2КЦГГ) выпускается Горловским машиностроительным заводом.

Для выемки тонких пластов наряду с буровым комбайном создавались

широкозахватные комбайны «Горняк» для пластов мощностью 0,65-0,9 м

«Кировец» - для пластов мощностью 0,55-0,9 м и другие комбайны.

Широкозахватные гусеничные комбайны К-56М и К-56МГ с кониче-

ским шнеком на концах стреловидных рукоятей, разработанные институ-

том «Гипроугольмаш», позволили механизировать селективную выемку

крепкого и вязкого угля, содержащего валуны, и внедрять механогидрав-

лическую добычу угля в узких забоях в гидрошахтах Кузбасса. С помо-

щью широкозахватных комбайнов была механизирована выемка угля на

тонких пологих и наклонных пластах. При этом применяли переносной

конвейер и индивидуальную крепь. Работы в очистном забое велись по

циклической технологии.

Проведенные в 50-х годах экспериментальные работы по комплекс-

ной механизации очистных забоев с использованием передвижного кон-

вейера и механизированной крепи при выемке угля широкозахватными

комбайнами не дали положительных результатов. Многолетний опыт

использования на шахтах Подмосковного бассейна узкозахватного ком-

байна ВОМ, созданного еще в 1944-1945 гг., показал, что такая задача

может быть решена при ширине вынимаемой полосы не более 0,8-1,0 м

комбайнами, не требующими отдельной дороги перед забойным конвей-

ером при условии обязательного поддержания кровли над ним.

Работы по созданию узкозахватной техники проводились в несколь-

ких направлениях. Во второй половине 50-х и в начале 60-х годов созда-

ются комбайны сначала с барабанным, а затем и шнековым на горизон-

тальной оси исполнительными органами 2К-52 и К-101 (главные конст-

рукторы Г.Н. Самсонов и Ф.З. Масович, «Гипроуглемаш»), комбайн

КШ1КГ (главный конструктор В.Д. Потапов, ПНИУИ); комбайн с бара-

банным исполнительным органом на вертикальной оси вращения МК-67,

буровые БК-52 и БКТ, бурошнековые БШ. Все эти комбайны совмещали

в своих исполнительных органах отбойку и погрузку угля.

Рис. 5.8. Угольный комбайн К-103

Производственники отдали предпочтение двухшнековым комбай-

нам, вынимающим пласт на полную мощность с возможностью регули-

рования извлекаемой мощности пласта в широком диапазоне, и более

простым по конструкции комбайнам со шнековыми исполнительными

органами, расположенными у нижнего конца корпуса (2К-52, 1К-101,

КШИКГ). Эти комбайны для пластов мощностью 0,8-2,8 м обеспечивали

эффективную выемку угля и хорошо согласовывались как с механизиро-

ванной, так и с индивидуальной крепями.

Для ликвидации и уменьшения длины предварительно вынимаемых

ниш в концах очистного забоя стало необходимо оснащать комбайны шне-

ками в обоих концах корпуса. Для шахт с высокой производственной мощ-

ностью потребовалось создание комбайнов с повышенной энерговооружен-

ностью. Комбайны этого типа – ГШ-68 Горловского машиностроительного

завода и типа КШ-3 ПНИУИ (энерговооруженность соответственно 300 и

400 кВт) в модернизированном варианте успешно применялись и применя-

ются на пластах мощностью от 1,4 до 4,5 м.

Важный вклад в мировую практику создания узкозахватного ком-

байна для тонких (0,6-0,9 м) пластов внесли конструкторы комбайна К-

103 (рис. 5.8) (главный конструктор Ф.З. Масович. «Гипроуглемаш»).

Корпус этого комбайна расположен между шнеками, а привод цепной

подачи вынесен в штрек.

Оригинальна также конструкция комбайна КА-80 («Донгипроугле-

маш») для тонких пластов. Он располагается рядом с конвейером со сто-

роны выработанного пространства и имеет два рабочих органа барабан-

ного типа, расположенных на концах корпуса.

Для повышения эффективности использования угольных комбайнов

в 60-х годах начались работы по автоматизации регулирования скорости

подачи комбайнов, использовались гидравлические и электрические ти-

ристорные системы, автоматическая укладка кабелей и водоводов. Пере-

ход на бесцепные системы подачи обеспечил безопасность и более ста-

бильный режим резания угля.

Совершенствовалась система пылеподавления. Для сокращения вы-

хода мелких фракций угля проводились исследования по оптимизации

расстановки резцов на рабочем органе, были созданы радиальные резцы

с большим вылетом и тангенциальные. Совершенствовались конструк-

ции шнеков для повышения их нагрузочных способностей.

В 70-х годах было принято решение разработать унифицированный ряд

очистных комбайнов, основанный на модульном принципе сборки.

Унифицированные комбайны РКУ-10, РКУ-13, РКУ-20, РКУ-25

(главный конструктор В.Г. Старовойтов) для пластов мощностью от 1 до

4,5 м созданы совместно «Гипроуглемашем», ПНИУИ и Горловским ма-

шиностроительным заводом (рис. 5.9).

Комбайн типа РКУ состоит из энергоблока 12, включающего в себя

электродвигатели и аппаратуру управления; гидровставки 11;двух гид-

равлических механизмов подачи бесцепной системы; двух основных ре-

дукторов 10 и 13, передающих крутящий момент от электродвигателя на

гидровставку 11 и поворотные редукторы 9 и 14 исполнительных орга-

нов (шнеков) 8 и 15, регулируемых по мощности пласта двумя гидроци-

линдрами; погрузочных устройств, каждое их которых включает в себя

поворотный щит 7, тягу 19, цепь 18 и гидроцилиндр 17 поворота щита;

двух кронштейнов 2 и 6 бесцепной системы подачи с лыжами 3 и 5,

предназначенными для передачи тягового усилия от приводного колеса

подачи на рейку ЗБСП, закрепленную на конвейере; стяжки 4 для стяги-

вания стыков корпуса комбайна; кронштейна кабелеукладчика 16; сис-

темы пылеподавления электрооборудования 1.

Рис. 5.9. Комбайн РКУ-10

Комбайн перемещается по ставу забойного конвейера, расположен-

ного на почве пласта параллельно забою.

Перемещение комбайна осуществляется обкатыванием двух цевочных

колес по неподвижному реечному ставу, закрепленному на конвейере. Це-

вочные колеса приводятся в движение двумя механизмами подачи.

Каждое цевочное колесо устанавливается в литом корпусе крон-

штейна 2 или 6 лыжи 3 и 5 с обратными захватами, предотвращающими

сход комбайна с направляющих конвейера.

Унифицированный ряд комбайнов (РКУ-10, РКУ-13, РКУ-16, РКУ-

20, РКУ-25) наряду с чисто электрическим комбайном 1КШЭ представ-

ляет комбайны нового технического уровня. Такие комбайны являются

наиболее совершенными из всех выпускаемых на машиностроительных

заводах стран СНГ [16, 17, 18].

5.1.3. Струговые установки

Горняки давно обратили внимание на то, что кровля угольного пла-

ста нередко как бы отжимает уголь, особенно там, где между фронтом

работ и стойками крепления остается большое пространство. Кроме того,

угольные пласты, как правило, имеют четко выраженные контакты с по-

родой, и уголь мелко отделяется по этим контактам от массива.

Зачем же такой пласт подпиливать, взрывать, разваливать на куски?

Не проще ли снять с него «стружки» таким образом, как обстругивают

рубанком деревянную доску? Эта шахтерская мечта и подала конструк-

торам идею новой угольной машины.

Одновременно с созданием широкозахватных угольных комбайнов

для пологих пластов, рабочие органы которых разрушали пласт в основ-

ном резанием, в 1945 г. в Луганском конструкторском бюро под руково-

дством А.Л. Турича и И.М. Балинова началась разработка челноковой

струговой установки статического действия со сплошными ножами.

Предусмотренное проектом строгание угля с толщиной среза 200 мм

должно обеспечить выход крупных кусков при малой энергоемкости

разрушения и малом пылевыделении. Струговая установка не требует

постоянного присутствия людей в очистном пространстве, а привод рас-

полагается в штреках. Угольный струг работает довольно просто. Лебед-

ка, находящаяся в штреке, тянет канат, к которому прикреплен этот ме-

таллический рубанок – струг, отлитый из стали. Двигаясь по всей длине

лавы, струг снимает стружку с угольного пласта. Но надо, чтобы он был

прижат к пласту и во время движения входил своим ножом в угольный

массив. Для этого на пластах крутого падения к стругу подвешивается

специальный груз. В другом случае натянутый канат прижимает ножевой

инструмент к угольному пласту.

Угольный струг на пластах пологого падения работает несколько

иначе. В верхних и нижних штреках размещены лебедки, между которы-

ми натянут канат, перемещающий струг по лаве. Для того чтобы струг

хорошо снимал уголь, несколько десятков пневматических домкратов,

расположенных сзади скребкового конвейера, прижимают к забою кон-

вейер, который направляет движение струга. Струг движется вдоль очи-

стного пространства со скоростью 7 м в минуту и проходит 100 м за 15

мин.

Поток угля из лавы не прекратится, пока струг не пройдет по всей ее

длине и не снимет с пласта стружку толщиной в 20 см. Обратно струг

идет на холостом ходу. Заняв первоначальное положение, струг останав-

ливается. В это время начинают работать пневматические домкраты. Они

передвигают конвейер и струг к угольному пласту. И снова цикл повто-

ряется.

Управление работой струга осуществляется от лебедки верхнего

штрека, около струга нет шахтеров. Машина ведет зарубку, отбойку и

навалку угля.

Модернизированные струговые установки УС-4 со ступенчатыми

ножами нашли свое применение на ряде шахт, добывающих антрацит.

Условия применения этих стругов - крепкие угли без породных прослоек

и устойчивая кровля пласта.

Дальнейшее совершенствование стругов привело к созданию в нача-

ле 60-х годов струговых установок УСБ-2 (УСБ-2М) и УСТ-2 (УСТ-2А),

нашедших применение на пологих пластах мощностью 0,9-2 м, как с ин-

дивидуальной, так и с механизированной крепью. Создана скреперостру-

говая установка УС-2У для выемки весьма тонких, полого наклонных и

крутых пластов. Институтом «ШахтНИУИ» в 70-х годах сконструирова-

ны струговые установки СО-75 и СН-75 с повышенной сопротивляемо-

стью угля резанию для выемки пластов мощностью 0,65-1,2 м с углами

падения до 20

и установка типа УСВ для пластов мощностью 0,8-1,9 м с

углом падения до 35

. Эти установки применяются и сейчас.

5.1.4. Механизация доставки угля

из очистных забоев

Механизация зарубки и отбойки угля, в свою очередь, потребовала

механизации доставки горной массы, так как доставка угля всегда была

одной из наиболее трудоемких операций.

Еще в первой половине 30-х годов на большинстве шахт эта работа

производилась вручную, путем так называемого перелопачивания, т. е.

постепенного перебрасывания угля лопатами вдоль забоя.

Конструкторская мысль упорно работала над тем, чтобы механизи-

ровать процесс угледоставки.

В 1900-1914 гг. на ряде шахт в опытном порядке применялись раз-

личные виды механизированной доставки: механические санки и саноч-

ный конвейер, приводимые в движение лебедкой, скреперные установки.

На начало 1924 г. в очистных забоях Донбасса имелись 8 качающихся

конвейеров с пневматическим приводом, 16 лебедок для подачи вагоне-

ток прямо из очистного забоя на пластах средней мощности, несколько

скреперных лебедок, несколько скатов с настилом из металлических лис-

тов для спуска антрацита.

В 1925 г. горный инженер Р.И. Калманович спроектировал и постро-

ил отечественный качающийся конвейер на шариковых опорах. Толчок к

широкому развитию доставки качающимися конвейерами дало освоение

на заводе «Свет шахтера» в 1929-1934 гг. первых серийных электриче-

ских приводов ДК-5 и ДК-15, а затем в 1938 г. – ПК-19 мощностью

19кВт, имеющих наиболее совершенные кинематику колебаний и став

рештаков, превосходящих зарубежные. Этим был завершен первый этап

развития конвейерного транспорта в очистных забоях на стадии буро-

взрывного способа добычи угля.

В 1935-1936 гг. в Кузнецком и Донецком бассейнах делаются пер-

вые шаги к созданию переносных скребковых конвейеров. Впервые

промышленное производство такого конвейера СИ2-5 с электродвига-

телем мощностью 4,5 кВт начал в 1939 г. харьковский завод «Свет

шахтера».

Признание на шахтах и широкое применение в очистных забоях с

буровзрывной выемкой и ручной погрузкой угля получили конвейеры

СТ-11 с вертикально замкнутой свободно лежащей в рештаке скребковой

цепью (серийный выпуск начат на Анжерском заводе в 1945 г.). Он со-

стоит из соединенных друг с другом рештаков, образующих дно конвей-

ера. По дну движется цепь с укрепленными на ней металлическими

угольниками-скребками. Они захватывают и передвигают поступающий

на конвейер уголь. Скребковые конвейеры высокопроизводительны и

надежны в эксплуатации, достигают длины более 100 м. Для транспор-

тирования угля из очистного забоя можно устанавливать последователь-

но несколько конвейеров.

В 1947 г. на Анжерском заводе начат выпуск разработанных «Гипро-

углемашем» реверсивных скребковых конвейеров СКР-11 с мощностью

двигателя 11кВт. Разработка и создание Анжерским машиностроитель-

ным заводом унифицированной конструкции верхнего и нижнего быст-

роразъемных рештаков вызвали снижение трудоемкости переноски става

и стоимости конвейеров. Конвейер СКР-11 стал прототипом более мощ-

ных одноцепных конвейеров, в том числе С-53МУ с круглозвенной це-

пью, выпускаемых Анжерским заводом с 80-х годов.

Создание и внедрение разборного переносного конвейера СТР-30 с

двумя цепями, расположенными под полками боковин, с прочным ста-

вом унифицированных рештаков и приводом мощностью 32 кВт стали

существенным техническим достижением своего времени. Появилась

возможность не сдерживать доставкой угля высокопроизводительную

работу в длинных очистных забоях со сложной гипсометрией пласта,

применять технологию добычи взрывонавалкой, установить корпус вру-

бонавалочной машины на став конвейера.

За коренное усовершенствование способа транспортировки угля в

длинных очистных забоях в 1947 г. Н.Д. Самойлюку, Ф.Д. Савлукову,

А.О. Спиваковскому и С.Х. Клорикьяну была присуждена Государствен-

ная премия СССР.

В 60-е и последующие годы Анжерский машиностроительный завод

и харьковский машиностроительный завод «Свет шахтера» совместно с

«Гипроуглемашем» постоянно совершенствовали двухцепные перенос-

ные забойные конвейеры, повышая их мощность, длину в поставке, осу-

ществляли переход на более прочные круглозвенные цепи, износостой-

кие ставы. На рис. 5.10. представлены рабочие органы одноцепного и

двухцепного скребкового конвейера.

Трудные для реализации требования к скребковому конвейеру на

весьма тонких (ниже 0,8 м) пластах – малая высота погрузки, удобный

доступ к рабочей и холостой ветвям, удобные размеры и малая масса,

возможность транспортировки в очистной забой крепежного леса од-

новременно с доставкой угля были удовлетворены разработанным в

1946 г. одноцепным горизонтально-замкнутым переносным конвейе-

ром СКТ-6. Применение конвейера СКТ2-6М с комбайнами типа УКТ

обеспечило успех в механизации разработки пластов мощностью

0,55-0,8 м, за что разработчикам и создателям семейства конвейеров

СКТ Н.Д. Самойлюку, Г.К. Шкелю, С.Х. Клорикьяну, А.В. Докуки-

ну, В.М. Иванову и К.И. Макарову в 1952 г. присуждена Государст-

венная премия СССР.

В последующие годы горизонтально-замкнутый конвейер постоянно

совершенствовался с учетом необходимости его применения на пластах

со сложной гипсометрией. Одним из образцов таких конвейеров в на-

стоящее время является СК-38.

Созданием и внедрением переносных скребковых конвейеров ус-

пешно завершился второй этап конвейеризации очистных забоев на ста-

дии добычи угля широкозахватными комбайнами.

Впервые идея создания передвижного конвейера для лав была

реализована в чертежах конструкторами «Углемашпроекта» в 1939-

1940 гг.

Рис. 5.10. Рабочие органы одноцепного и двухцепного

скребковых конвейеров

Первый отечественный передвижной забойный скребковый кон-

вейер СТП-30 с двумя круглозвенными цепями, явившийся прототи-

пом современных передвижных конвейеров разработан в «Гипроуг-

лемаше» в 1945 г. Успешно прошедшие испытания подтвердили его

работоспособность, эксплуатационно-технические преимущества и

перспективность.

Созданием и внедрением передвижных конвейеров был успешно за-

вершен третий этап в развитии конвейеризации транспорта в очистных

забоях, позволивший перейти на узкозахватную технологию работ.

В 60-е годы первое семейство передвижных конвейеров заменяют

базовые конвейеры СП-63, СП-48, СП-46, СП-64. В 70-е годы они снаб-

жаются навесным оборудованием и с соответствующими изменениями

входят в состав очистных комплексов.

В результате нового этапа модернизации появляются базовые кон-

вейеры СПЦ-161, СП-202, СП-82П, СП-301.

Постоянно растущие энерговооруженность, производительность,

прочность, жесткость, износостойкость рештаков и цепей, прочность их

соединений, ремонтопригодность, унификация узлов являются характер-

ными на этапах модернизации забойных передвижных конвейеров.

За разработку конструкций и новой технологии производства уни-

фицированных высокопроизводительных базовых скребковых конвейеров

СП-87П и СП-202 повышенной надежности и долговечности в 1983 г.

присуждена премия Совета Министров СССР: В.Н. Хорину, В.Д. Пер-

скому, А.Я. Абузарову, И.С. Солопию, И.В. Кузнецовой, В.И. Галки-

ну, С.А. Логачеву и многим другим.

В настоящее время усилия создателей забойных конвейеров направ-

лены на дальнейшее их энерговооружение, надежность работы.

В результате работы, проводимой с 20-х годов, забойные конвейеры

из средств транспорта в коротких забоях с ручной погрузкой угля пре-

вратились в мощные высокопроизводительные машины, служащие базой

оборудования комплексно-механизированного очистного забоя [14, 16,

17, 18].

5.1.5. Механизация крепления и управления

кровлей

Однако не следует думать, что в забое, где механизированы зарубка,

отбойка и навалка угля, уже не нужны рабочие. Даже в механизирован-

ном забое еще нужны рабочие, чтобы ставить крепь. Крепление и управ-

ление кровлей не должны выполняться людьми вручную. Это трудоем-

кий процесс, требующий значительных усилий большого числа рабочих.

До 1935 г. в СССР очистные забои крепили деревом, расход дорогостоя-

щего крепежного леса достигал 50 м

и более на 1000 т добычи. К реше-

нию вопроса о замене леса металлической крепью многоразового ис-

пользования приступил в 1937 г. «Гормашпроект».

Если бы удалось найти способ механизации крепления и управления

кровлей, было бы замкнуто последнее звено в цепи полной механизации

всех процессов выемки угля.

Что такое крепление и управление кровлей? После того, как уголь

вынут из пласта и выдан из очистного забоя, между почвой и кровлей

пласта остается выработанное пустое пространство. Обнаженная кровля

теперь уже не поддерживается массивом угля. Под тяжестью вышеле-

жащих пород кровля дает трещины, затем опускается и, в конце концов,

обрушивается.

Между тем для нормальной работы по выемке угля необходимо со-

хранять свободное пространство шириной 4-5 м.

Для защиты рабочего пространства от обрушивания между почвой и

кровлей устанавливают деревянные стойки, называемые крепью.

По мере выемки угля забой продвигается вперед, и выработанное

пространство увеличивается, кровля обнажается на все большей площа-

ди. Равновесие горных пород нарушается, происходит сдвиг, и кровля

сильнее давит на стойки, которые в определенный момент не выдержи-

вают и ломаются. Чтобы предотвратить это, необходимо уметь управлять

давлением горных пород или кровлей.

Управление кровлей достигается двумя способами – либо искусст-

венным обрушением ее, либо закладкой выработанного пространства.

Оба способа управления кровлей представляют собой весьма трудоемкие

процессы, требующие большого количества времени и крепежных мате-

риалов.

Задача была разрешена с помощью специальных металлических сто-

ек. Применение жестких и полуподатливых металлических стоек не при-

несло положительных результатов. Типоразмерный ряд податливых сто-

ек нарастающего сопротивления (СКГ-1, СКГ-2, СДТ и М.ДРКУ) произ-

водились Дружковским и Карагандинским заводами.

Значительный вклад в совершенствование забойных стоек внесли

конструкторы, создав стойки трения постоянного сопротивления (М-20,

ТС, Т и др.), которые улучшили поддержание кровли, оказались более

надежными.

К стойкам постоянного сопротивления относятся гидравлические

стойки внутреннего (ГВУ) и внешнего (ГВТ) питания. Стойки Т, ГВС,

ГВТ применяются и в настоящее время. Крупным достижением, позво-

ляющим осуществлять переход от тяжелой и трудоемкой закладки на

управление кровлей полным обрушением, стало создание в «Гипроугле-

маше» металлических податливых посадочных стоек ОКУ (разработчики

М.И. Корживов и Г.М. Колбасин), которые используются с 50-х годов и

до нашего времени.

Комплексное применение широкозахватных комбайнов, переносных

скребковых конвейеров и индивидуальной забойной и посадочной ме-

таллической крепей обеспечило увеличение среднесуточной нагрузки на

забой в 1,8 раза. Такие комплекты явились прообразом современных

очистных комплексов [13, 16, 17].

Переход от широкозахватных к узкозахватным комплексам, состоящим

из узкозахватного комбайна, передвижного конвейера и индивидуальной

забойной и посадочной крепей, позволил применить поточно-циклическую

технологию организации труда, повысить нагрузку на лаву на 30-40%. Это

был следующий шаг на пути механизации очистных работ.

5.1.6. Механизированные крепи и комплексы

очистного оборудования

Комплектная металлическая крепь так же, как и обыкновенная крепь

их металлических или деревянных стоек, передвигается или переносится

вручную.

Идея создания передвижной крепи впервые в нашей стране воплоти-

лась еще в 30-х годах в металлическом оградительном щите Н.А. Чина-

кала, предназначенном для крутых пластов.

После первых испытаний в 1938 г. на шахте в Кузбассе щитовая сис-

тема Чинакала была принята на вооружение.

Щит Н.А. Чинакала устроен несложно. Это металлическая раз-

борная конструкция из шести прямоугольных секций, соединенных

между собой. Для равномерного распределения нагрузки на металли-

ческую часть конструкции все секции щита перекрываются бревенча-

тым настилом.

Щит Чинакала применяется следующим образом: в верхнем венти-

ляционном штреке делают специальную камеру, куда и доставляют щит

в разборном виде. Здесь его собирают и кладут на почву камеры так,

чтобы все секции щита покрывали собой пласт угля. Затем с нижнего

откаточного штрека в пласте проходят выработки, которые разделяют

выемочный участок на отдельные столбы шириной в 5 м, соответствую-

щей ширине отдельной секции щита.

Проведенные по пласту выработки, разрезающие выемочный уча-

сток на столбы, служат также для спуска угля. Отбиваемый уголь спус-

кается по этим выработкам самотеком. Отбойка угля под щитом ведется

с помощью буровзрывных работ или отбойными молотками.

Специальный металлический фартук, находящийся в верхней части

щита, предохраняет угольный забой от падения породы. По мере выемки

угля щит под давлением обрушенных на него пород постепенно опуска-

ется вслед за забоем. Таким образом, щит Чинакала представляет собой

своего рода самодвижущуюся искусственную кровлю.

Система щитового крепления конструкции Н.А. Чинакала успешно

применялась во время Великой Отечественной войны. Свыше 25% всех

мощных пластов Кузнецкого бассейна отработано с помощью этого щи-

та.

Щитовая крепь конструкции И.А. Журавлева, ограждающая рабочее

пространство лавы, предназначена для разработки пологих пластов. Она

составляется из отдельных металлических секций, количество которых

зависит от длины лавы и представляет собой своеобразную защитную

галерею. Каждая секция - это металлическая полудуга, обращенная от-

крытой стороной к угольному пласту. Верхняя часть полудуги поддер-

живается раздвижной металлической колонной, а нижняя при помощи

шарнира подвижно соединена с металлическими салазками. Породы

кровли угольного пласта в выработанном пространстве обрушиваются на

полудугу и скатываются с нее.

Таким образом, верхняя металлическая полудуга выполняет роль

щита, ограждая работающих в забое. Такой щит может передвигаться

вслед за забоем при помощи гидравлических домкратов, расположенных

внутри металлических салазок, лежащих в основании каждой секции.

Однако эта крепь лишь ограждает, а не управляет кровлей.

Идея создания комплекса очистного оборудования в составе узкоза-

хватного комбайна, передвижного конвейера, передвижной секционной

механизированной крепи, передвижной крепи сопряжения лавы со штре-

ками и перегружателя впервые была выдвинута и реализована в проекте

«Комплексная механизация лав в Подмосковном бассейне» (главный

конструктор А.Д. Гридин).

В 1947- 1948 гг. по предложению киселевского завода угольного

машиностроения «Гормаш» под руководством И.С. Патрушева разраба-

тывается и испытывается в тресте «Осинникиуголь» струговой очистной

агрегат «Кузбасс» с поддерживающей секционной гидрофицированной

крепью.

В 1949-1950 гг. был проведен конкурс на лучшую конструкцию ме-

ханизированной очистной крепи. На конкурс поступило более 100 проек-

тов, часть из которых была реализована.

Работы ученых помогли конструкторам правильно рассчитать осо-

бенности взаимодействия горных пород и крепи.

Исследованиями выявлено, что механизированная крепь должна

быть податливой, работать как тормоз для опускающейся кровли и от-

ступать, когда давление пород окажется чрезмерным.

Поиски решения шли двумя путями: применялись гидравлические и

механические устройства.

В первом случае крепь оснащалась специальными цилиндрами, в ко-

торые наливалась жидкость, и ставился предохранительный клапан. Ко-

гда давление под поршнем превышало допустимую нагрузку на крепь,

клапан в цилиндре приоткрывался и выпускал часть жидкости, благодаря

этому поршень опускался.

В механическом устройстве осадка крепи происходит, если давление

пород превысит силы трения в элементах стоек.

Механизированная передвижная крепь состоит уже не из рамы и

прикрепленных к ней металлических стоек, а из секций и поэтому назы-

вается секционной крепью. При секционной крепи кровля забоя под-

держивается отдельными секциями. Каждая секция имеет ширину не

более двух метров.

По мере продвижения забоя передвигаются и секции крепи, которые

поддерживают кровлю во вновь образованном свободном пространстве,

где работает комбайн.

Состоящая из секций крепь одновременно с забойным конвейером

передвигается при помощи специальных приспособлений – гидравличе-

ских домкратов.

Кровля все время остается подкрепленной благодаря последователь-

ному передвижению крепи. Одновременно с крепью или с некоторым

отставанием передвигается конвейер. Самостоятельно работает в этом

случае только комбайн.

Предположения в области создания таких крепей для работы в лавах,

оборудованных широкозахватным комбайном «Донбасс» (крепи КПК-3,

МПК, М-77, М-35, М-39), не дали положительных результатов из-за того,

что при большом шаге передвижки секции потребовалось: наличие в ла-

ве специальной машины - передвижчика крепи; крепление и перекрепле-

ние кровли в зоне работы комбайна индивидуальной крепью. Однако

накапливался опыт для дальнейших действий. Экспериментальные рабо-

ты по созданию щитовой крепи типа Щ, шпунтовой крепи КЩЗ, агрега-

тов А-2С, А-2К обогатили это опыт.

Окончательно утвердились преимущества узкозахватной очистной

техники с гидрофицированными передвижными крепями. Были сформи-

рованы основные исходные эксплуатационно-технические требования к

механизированным крепям, положенные в основу дальнейших работ,

развернувшихся во второй половине 50-х годов.

Комбайн был сконструирован специально. Он имел два вертикаль-

ных плоских бара. Они должны были резать уголь узкими пачками,

обеспечивая его саморазрыхление. Комбайн должен был производить

неглубокий вруб. Дело в том, что механизированной крепи при глубоком

врубе приходится «шагать» в выработанном призабойном пространстве

сразу на 1,5-2 м. Это значительно труднее, чем «шагнуть» на 0,8-1 м, как

при глубоком врубе. При малой ширине «шага» могут быть значительно

уменьшены вес и размер крепи.

С первой половины 60-х годов последовательно начинается серийное

производство очистных комплексов ОМК-ОМКТ-ОКП, КК-87, МКМ-97,

«Донбасс», 2-МК7, КМ-81 и др. для выемки пластов мощностью 0,7-3,2

м. Их применение позволило повысить нагрузку на очистной забой поч-

ти в два раза. По сравнению с лавами с индивидуальной крепью в них

отсутствует тяжелая работа на основных процессах.

По конструктивному использованию секции крепи подразделяются

на одно-, двухстоечные (рамные) и четырехстоечные (кустовые). В по-

следнее время получили распространение крепи со щитовыми секциями.

К ним относятся секции, имеющие повышенную защиту рабочего про-

странства очистного забоя от проникновения пород кровли.

По характеру взаимодействия с боковыми породами крепи разделя-

ются на оградительные, поддерживающие, оградительно-

поддерживающие и поддерживающе-оградительные (рис. 5.11).

У поддерживающих крепей длина проекции на горизонтальную плос-

кость оградительного элемента равна нулю. Этот элемент выполнен в виде

вертикально расположенного щитка (крепи М-103, КД-80, М-87, МТ).

У оградительно-поддерживающих крепей длина проекции огради-

тельного элемента больше длины поддерживающего (крепи типа ОКП).

У поддерживающе-оградительных длина проекции поддерживающего

элемента больше длины проекции оградительного элемента (крепи М-

130, МК-75Б, М-137, М-138). Щитовые крепи могут быть оградительно-

поддерживающими или поддерживающе-оградительными.

Рис. 5.11. Схема механизированных крепей:

а – поддерживающей, б – поддерживающе-оградительной,

в – оградительно-поддерживающей, г – оградительной

По конструктивной схеме различают крепи комплектные и агрега-

тивные.

Комплектная крепь – это совокупность двух или трех секций кре-

пи, соединенных между собой кинематическими связями и гидродомкра-

тами передвижения. Комплекты не связаны друг с другом и с конвейе-

ром (крепи МК-98). Отличительная особенность комплектных крепей –

возможность изменения шага передвижения крепи, большая маневрен-

ность.

В агрегативной крепи секции имееют кинематические связи между

собой и по всей длине очистного забоя за счет соединения всех секций

домкратами.