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

Подождите немного. Документ загружается.

К числу бурильных установок на колесно-рельсовом ходу следу-

ет отнести установки типа БУ, которые оснащаются пневматическими

бурильными машинами вращательно-ударного действия

БГА-1М или 1100-1-1М, пневмоцилиндрами для подачи бурильной ма-

шины, гидроцилиндрами для подъема и вращения стрелы манипулятора

и др.

В связи с высокой стоимостью получения пневматической энер-

гии (сжатого воздуха) начался переход на гидравлическую энергию. Ин-

ститутом «ЦНИИподземмаш» создана бурильная установка с гидравли-

ческим приводом типа УБГ-1М, сейчас она постепенно внедряется в

производство.

Для поддержания и перемещения электробуров и перфораторов

создаются манипуляторы, буровые установки на рельсовом и гусеничном

ходу (одно- и многоманипуляторные), а также роботизированные, с про-

граммным управлением манипуляторы, которые устанавливаются на

погрузочных машинах.

Работы по созданию проходческих комбайнов, совмещающих

одновременно отбойку и погрузку породы, начались уже во второй поло-

вине 30-х годов, практически одновременно с развитием работ по созда-

нию погрузочных машин. Первый в нашей стране проходческий комбайн

ПК-1, спроектированный в «Углемашпроекте», был испытан в шахте в

конце 30-х годов. Модернизированный комбайн ПК-2М (главный конст-

руктор С.И. Чугунихин) с 1950 г. поставлялся шахтам и успешно приме-

нялся на углях со средней сопротивляемостью резанию. Это был первый

шаг в создании проходческого комбайна.

В Подмосковном бассейне, применяя комбайн ПК-2М с удли-

ненным перегружателем, довели скорость проведения выработок до 1670

м/мес.

В первой половине 50-х годов создавались проходческие ком-

байны с различными видами исполнительных органов, предназначенные

для проведения выработок только круглого (ШБМ и ПКГ), арочного

(«Караганда») сечения, трапециевидного (комбайн ПКС) сечения со

сплошной выемкой угля и породы. Эти комбайны не нашли широкого

применения на угольных шахтах и были заменены другими.

Перспективными оказались универсальные по области примене-

ния, по формам и размерам выработок, пригодные для избирательной вы-

емки и погрузки угля и породы при проведении по смешанному забою

комбайны на гусеничном ходу со стреловидным исполнительным органом.

Комбайн ПК-3 со стреловидным исполнительным органом,

снабженным конической коронкой с резакам по спирали, удовлетворяли

этим требованиям. Он был разработан конструкторами «Гипроуглема-

ша», серийно стал выпускаться в 1956 г. и получил широкое применение

на шахтах. Созданием семейства комбайнов ПК-3, ПК-3М, ПК-3Р, ПК-7,

4ПУ, ПК-9 и ПК-9Р был завершен первый этап обеспечения шахт ком-

байновой технологией проведения подготовительных горизонтальных и

наклонных (до ± 8

выработок с площадью сечения от 4 до 16 м

За создание и освоение промышленного производства проходче-

ских комбайнов типа ПК и « Караганда» в 1967 г. были удостоены Госу-

дарственной премии СССР В.И. Абморшев, К.И. Лоханин, В.Е. Герма-

нов, И.И. Ключников и др.

Совершенствование проходческих комбайнов избирательного

действия в последние годы осуществлялось путем повышения энерго-

вооруженности и расширения области применения (по крепости пород и

размерам выработки).

Комбайны ПК-3Р и ПК-9Р заменяются комбайнами ГПК (глав-

ный конструктор Я.И. Базер),4ПП-2 (главный конструктор В.Е. Герма-

нов). Комбайном 4ПП-2 проводят выработки по породе с коэффициен-

том крепости ƒ = 5 ÷ 6 и площадью сечения до 25 м

Область применения резцового исполнительного органа ограни-

чена крепостью породы ƒ ≤ 8. В то же время буровые комбайны ППК-1 и

ППК-2 конструкции «Гипроуглемаша» со свободно катающимися зубча-

тыми шарошками шагающей подачей разрушали породы с ƒ ≤ 10. Одна-

ко ресурс дорогостоящего комплекта шарошек очень мал. Поисковые

работы и промышленные испытания комбайнов ТПК, ТОК, КРГ и «Со-

юз-19», оснащенных шарошечными дисками, только во второй половине

80-х годов позволили рекомендовать к изготовлению в установочной

серии комбайн КРТ и продолжать работы по комбайну «Союз-19У», ко-

торые могут применяться для проведения выработок площадью сечения

в проходке 18 и 20 м

по породам ƒ ≤ 10.

Особое место в составе подготовительных выработок занимают

нарезные, проходимые по пласту. На пластах мощностью выше 1,5м и

наклоном 8-10

используются проходческие комбайны 4ПУ, ГПК и др.

На тонких пластах получил признание нарезной комбайн КН. Его при-

менение повышает скорости нарезных работ, производительность труда,

облегчает труд шахтеров при тонких пластах.

В настоящее время заводы выпускают комбайны избирательного

действия со стреловидным исполнительным органом типов 1ПК-3Р,

1ГПКС, 4ПП-2М и 4ПП-5. Наиболее производительными являются ком-

байны серии ГПКС.

Проходческий комбайн 1ГПКС (рис.5.15) состоит из рабочего

органа, включающего в себя телескопическую стрелу 3 и резцовую ко-

ронку 1; ходовой части 11; погрузочного устройства 12; гидросистемы 6;

электрооборудования 5; пульта управления 7; скребкового конвейера 8;

системы пылеподавления 2.

Рис. 5.15. Проходческий комбайн 1ГПКС

Исполнительный орган смонтирован на поворотной туреме и по-

средством силовых цилиндров 4 и 13 может перемещаться в горизон-

тальной и вертикальной плоскостях при обработке забоя. Стрела теле-

скопическая 3 раздвигается до 500 мм.

Ходовая часть представляет собой самоходную гусеничную те-

лежку и предназначена для движения, поворотов и разворотов комбайна.

За ходовой частью размещены гидроцилиндры 10, выполняю-

щие роль вспомогательных опор-аутригеров, для повышения устойчиво-

сти комбайна.

Погрузочное устройство состоит из рамы с закрепленными на

ней двумя кинематически связанными редукторами нагребающих лап. В

движение приводится от скребковой цепи конвейера. Тяговый орган

скребкового конвейера представляет собой круглозвенную цепь с уста-

новленными на ней штампованными скребками. Концевая часть конвей-

ера может перемещаться гидродомкратами 9 в вертикальной и горизон-

тальной плоскостях. Важным этапом в переходе к комплексной механи-

зации проведения подготовительных выработок с целью увеличения

производительности и сокращения ручного труда является создание про-

ходческих комплексов.

По способу проведения выработок комплексы разделяются на

две основные группы - буровзрывной и комбайновый.

В настоящее время существует несколько видов таких комплек-

сов: комплекс «Сибирь» для проведения горных выработок

буровзрывным способом и комбайновые проходческие комплексы КН,

КН-78, «Союз-19У» (рис. 5.16, 5.17).

Для горизонтальных и слабонаклонных выработок в слабых

грунтах ƒ = 0,5 - 3 разработаны и применяются щитовые проходческие

комплексы.

Проходческие щиты представляют собой передвижную метал-

лическую оболочку цилиндрической формы, под защитой которой нахо-

дятся приводы исполнительных и погрузочных органов, конвейерные

перегружатели, тюбингоукладчики и другое оборудование.

Различают две группы проходческих комплексов: для проведе-

ния со сборной крепью и крепью из монолитно прессованного бетона.

Широко применяются на шахтах сбоечно-буровые машины для

бурения горизонтальных, наклонных и крутых скважин круглого попе-

речного сечения.

Первая сбоечно-буровая машина СБ. разработанная «Гормаш-

проектом» и с 1939 г. внедрена в производство. Более мощные сбоечно-

буровые машины СБМ (СБМ-3, СБМ-3У) для бурения скважин диамет-

ром 850 мм на всю высоту этажа поставлялась шахтам с 1947 г. Приме-

нение этой машины ускорило скорость проходки скважины в несколько

раз, способствовало быстрому распространению щитовой технологии

добычи угля из мощных крутых пластов.

За разработку и внедрение сбоечно-буровой машины типа СБМ

в 1946 г. А.А. Могилевскому А.М. Ладыгину и др. присуждена Государ-

ственная премия СССР. Машина типа СБМ и ее облегченная модифика-

ция – легкий буровой станок ЛБС для бурения коротких скважин диа-

метром 350мм поставлялись шахтам и успешно применялись в течение

многих лет.

Буровые станки БГА-4 и БГА-2М, выпускаемые Анжерским ма-

шиностроительным заводом, являются более мощным гидрофицирован-

ным, с элементами автоматизации, оборудованием для бурения скважин

диаметром до 1300 мм по углю или смешанному забою ƒ ≤ 5.

Существенным техническим достижением конструкторов «Дон-

гипроуглемаша» и Горловского машиностроительного завода является

создание и освоение буровых машин Б68-КП и «Стрела», с помощью

которых бурят скважины с углом наклона 45-90

и диаметром от 300 до

1000 мм и более в породах с коэффициентом ƒ ≤ 10.

За разработку, освоение серийного производства и внедрение

высокопроизводительных машин «Стрела-68» и «Стрела-77» (рис. 5.17)

для проходки

восстающих выработок конструкторы «Донгипроуглемаша» А.Г. Лаптев,

В.А. Липкович, И.И. Тамарина и другие удостоены Государственной

премии СССР.

Основной объем проходки стволов шахт и в настоящее время

выполняется буровзрывным способом с ручной погрузкой взорванной

породы.

В конце 40-х годов проходчики стволов получили и начали при-

менять грейферный грузчик БЧ-1 вместимостью 0,13 м

. В дальнейшем

работы по совершенствованию стволопроходческого оборудования по-

шли по пути увеличения числа одновременно работающих в забое грей-

феров, увеличения вместимости грейфера, создания ствольных погру-

зочных комплексов с механизированным вождением и дистанционным

управлением грейферами, а так же создание стволопроходческих ком-

плексов и агрегатов.

В 962 г. проходчики получили стволовую погрузочную машину

КС2У/140 с механизированным вождением грейфера. Уровень механиза-

ции погрузки с применением машины КС2У/40 превысил 90%.

За разработку и внедрение, на базе породопогрузочной машины

КС2У/40 проходческого комплекса типа КС сотрудникам «ЦНИИпод-

земмаш» С.И. Быдеровскому, В.Г. Жадаеву, Н.А. Морозову, Д.И. Мило-

ванову и другим в 1970 г. была присуждена Государственная премия

СССР.

Рис.5.16. Комплект проходческого оборудования «Сибирь»

1 – несущая платформа; 2,3 – гидродомкраты подъема; 4 – гидравличе-

ский механизм; 5 – пульт управления; 6,7 – перегрузочное устройство

Рис. 5.17. Проходческий комбайн «Союз-19У»

2 – комбинированный исполнительный орган с дисковыми лобовыми и пе-

риферийными 1 шарошками; 3 - разгрузочное окно; 4 – пояс гидравличе-

ского механизма перемещений; 5 - щитовое перекрытие; 6 – проходческий

комбайн бурового непрерывного действия; 7 – гидравлический механизм

вспомогательного распора; 8 – грузоподъемник; 9 – крепемонтажное уст-

ройство; 10 – ленточный перегружатель; 11 – кран; 12 – прицепные опоры;

13 - лемех

Рис.5.17. Буровая машина «Стрела-77»

Вопросы создания стволопроходческих комплексов и агрега-

тов, обеспечивающих максимальное совмещение производственных

процессов проходки стволов, занимали умы горных инженеров еще в

начале нашего столетия. Из предложенных идей и разработанных про-

ектов был реализован стволопроходческий агрегат типа ПГА, с по-

мощью которого пройдены стволы нескольких шахт. Однако в усло-

виях производства в стволе буровзрывных работ эффективность агре-

гата оказалась недостаточной.

Нашел применение при проходке стволов созданный «ЦНИИ-

подземмаш» стволопроходческий буровой комбайн типа СК, разрушаю-

щий породу шарошечным инструментом с погрузкой ее эрлифтом в бун-

кер, а скиповым подъемом на - поверхность.

Комбайном СК, управляемым тремя проходчиками в Донбас-

се пройден ствол глубиной 1100 м и диаметром в свету 7м [15, 16, 17,

18, 19].

5.1.9 Механизация подземного транспорта

Добытый в лаве уголь, прежде чем попасть на поверхность про-

ходит длинный путь. Этот путь состоит из трех этапов: доставки, откатки

и подъема.

Откатка угля к стволу шахты – одна из наиболее важных опе-

раций.

До начала текущего столетия на угольных шахтах России, как

уже упоминалось, откатка по горизонтальным выработкам осуществля-

лась конной тягой. В 1905 г. в Донбассе была применена откатка при

помощи бесконечного каната с электрическим приводом.

В первые годы советской власти механизация откатки развивалась

медленно. Отечественные контактные электровозы мощностью 14,6 кВт,

изготовлены на Краматорском машиностроительном заводе, появились

только в 1925 г. на шахте «Артем». В результате их применения резко сни-

зилось число несчастных случаев на транспорте, производительность труда

возросла почти в 2 раза и снизилась себестоимость откатки.

Быстрое развитие электровозной откатки обусловило производ-

ство контактных электровозов на заводе «Динамо» и аккумуляторных –

на Подольском машиностроительном заводе. Однако к середине 30-х

годов уровень подземной электровозной откатки не превышала 20% в

общем, объеме перевозки грузов из-за недостаточной надежности и ма-

лого ресурса электровозов.

Новые контактные и аккумуляторные электровозы типа П-ТР и

П-АР, вышедшем в серию в 1939-1940 гг., имели улучшенную конструк-

цию рам, роликовые подшипники в буксах, рессорное балансирное под-

вешивание, лучшую систему управления, повышенную емкость аккуму-

ляторных батарей. Мощность контактных электровозов достигала 41,2

кВт, скорость движения 10,3 км/ч. Внедрение этих электровозов, разви-

тие отечественной техники для концевой и бесконечной канатной откат-

ки по наклонным и горизонтальным рельсовым путям и самого путевого

хозяйства обеспечили быстрое преобразование шахтного транспорта.

Уже к началу Великой Отечественной войны был ликвидирован возник-

ший разрыв между механизацией выемки, доставкой угля из забоя и ме-

ханизированной откаткой.

Контактные электровозы получают энергию от подвешенного в

откаточном штреке провода, называемого троллейным. Так как при дви-

жении контактного электровоза (рис. 5.18) между проводом и токопри-

емником часто проскакивают искры, электровозы такого типа применя-

ются только в негазовых шахтах или в шахтах первой категории по газу.

В шахтах с обильным выделением метана применяются электро-

возы с питанием от аккумуляторных батарей (рис. 5.19).

После Великой Отечественной войны в Советском Союзе созда-

ется новый тип конденсаторных электровозов. За их создание и внедре-

ние в производство в 1950 г. присуждена Государственная премия СССР

В.Е, Розенфельду, Б.Н. Тихменеву, Л.Н. Зарману, А.И. Хрипину и М.И.

Крейцбергу.

Рис. 5.18. Контактный электровоз К-14 с центрально расположенной

кабиной машиниста

Рис. 5.19. Аккумуляторный электровоз 5-АРВ2

Повышается мощность электровозов. Если до 1941 г. основным

типом были электровозы весом не более 7 т, то в 50-е годы появились

сотни мощных электровозов весом 10 и 14 т.

Увеличение грузоподъемности шахтных поездов, повышение

скорости потребовали реконструкции подземных рельсовых путей.

В главных откаточных выработках настилают две колеи, только

промежуточные штреки имеют одну колею, но в них через определенные

расстояния создаются разъезды разминовки для встречных составов.

Дальнейшее техническое развитие электровозостроения связано с разра-

боткой унифицированного ряда контактных электровозов 7-КР, 10-КР и

14-КР, и аккумуляторных электровозов 8-АРП и 12-АРП, которые не

уступали в то время лучшим зарубежным образцам. Аккумуляторный

АК и контактный ТК малогабаритные электровозы с цепным весом 1.7-2

т производства Лаптевского машиностроительного завода применялись

для откатки в промежуточных штреках как вспомогательный транспорт.

Уровень электровозной тяги по горизонтальным выработкам на

шахтах Донецкого бассейна уже в 1955 г. составила 97%. Созданием и

внедрением семейства маневровых лебедок, толкателей, вагонеток и по-

луавтоматизированных погрузочных пунктов завершилась в те годы

комплексная механизация работ на рельсовом транспорте.

В 70-х годах начинается разработка контактных и аккумулятор-

ных электровозов нового параметрического ряда сцепного веса от 4 и до

28 т. Электровозы имеют улучшенные тяговые характеристики и повы-

шенные скорости, хорошие показатели по безопасности труда и ремонто-

пригодности, совершенную сигнализацию. Они оборудованы скоростеме-

рами, аппаратурой высокочастотной связи машиниста с диспетчером. Ак-

кумуляторные электровозы снабжены батареями высокой емкости.

Контактные электровозы этого ряда с электродвигателями мощ-

ностью 150 и 300 кВт снабжаются тиристорными преобразователями.

Мощность электродвигателей аккумуляторных электровозов АРП-28

превышает 100 кВт.

В настоящее время завершено освоение всего ряда контактных и

аккумуляторных электровозов нового технического уровня, что обеспе-

чивает дальнейшую интенсификацию рельсового транспорта.

Вагонеточный транспорт в дореволюционных шахтах при кон-

ной или ручной откатке был крайне разнообразен по конструкции, вме-

стимости, различна была ширина колеи. Коренная перестройка вагоне-

точного парка произошла в 30-х годах, с началом развития электровоз-

ной откатки. Она была направлена на унификацию типов и размеров ва-

гонеток, увеличение их грузоподъемности, перевод на подшипники каче-

ния, безопасные сцепки, более жесткие кузова. В результате первого этапа

унификации, проведенного в 1936-1939 гг. «Гидроуглемашем» и Торецким

машиностроительным заводом, число типоразмеров вагонеток было сокра-

щено с 250 до 101, ширина колеи - с 240 до 700 мм при грузоподъемности в

пределах 0,5-1,1 т. Второй этап унификации был разработан в 1943-1945 гг.

и осуществлен в годы восстановления угольных шахт. Вместимость вагоне-

ток возросла на 15-17%, стало возможным наладить поточное производство

вагонеток на Торецком (ныне Дружковском) заводе.

В последние годы «Центрогипрошахт» проводил работы по оп-

тимизации типов и параметров шахтных вагонеток с глухим кузовом

(ВГ), грузоподъемностью до 6 т и вагонеток с грузоподъемностью до 6-

10 т с откидным дном (ВД).

Для доставки подземных рабочих к месту работы по горизон-

тальным, наклонным и крутым выработкам созданы и освоены несколько

типов шахтных вагонеток.

Повышение интенсивности работы и производительности труда

на рельсовом транспорте стало возможным не только в результате посто-

янно растущих параметров и эксплуатационно-технических качеств ос-

новного оборудования, но и благодаря совершенствованию средств для

механизации вспомогательных работ.

В 60-70-е годы институтами КУЗНИУИ и «Гипроуглеавтомати-

зация» создаются комплексы автоматизированного оборудования для

стационарных и полустационарных погрузочных и перегрузочных пунк-

тов, монорельсовых подвесных дорог, канатных дорог для перевозки

людей и вспомогательных материалов.

Средства непрерывного конвейерного подземного транспорта

разрабатывались еще в довоенные голы. Первые отечественные ленточ-

ные конвейеры для подземных горных работ РТ-5, РТ-20, РТ3-15 и дру-

гие поставлялись шахтам харьковским заводом «Свет шахтера» и Донец-

ким машиностроительным заводом уже в 1935-1939 гг.

По мере увеличения погрузки на очистной забой и увеличения

длины отрабатываемых столбов (увеличением длины транспортирования

полезного ископаемого) возникла необходимость замены малопроизво-

дительного рельсового транспорта по наклонным и горизонтальным вы-

работкам на более производительный конвейерный транспорт.

В 1945 г. «Гипроуглемашем» разработаны, а Александровским ма-

шиностроительным заводом модернизированы конвейеры РТУ-30, РТ-30,

РТМ-30 с рулоннотканевой лентой, шириной 700 мм, которые были поло-

жительно оценены на шахтах и эксплуатировались в течение многих лет.

(На рис. 5.20 представлена схема ленточного конвейера).

Рис. 5.20. Ленточный конвейер 2Л100У с жестким и канатным конвейерным ставом:

а – схема конвейера, б – напольная секция конвейерного става, в – подвесная секция

конвейерного става

Однако рост грузопотоков из очистных забоев потребовал выпуск более

производительных конвейеров с резинотросовыми лентами, шириной

800 мм КЛ-150; 900 мм – КЛА-250, КЛБ-250.

Крупным успехом в области подземного конвейеростроения

признано считать создание и освоения производством нового ряда мощ-

ных конвейеров со скоростью движения от 1,5 до 3,15 м/с, рассчитанных

на большие длины транспортирования - КРУ-260, КРУ-350 и КРУ-900

(главный конструктор В.И. Чуканов), позволивших сократить число пе-

регрузок угля на конвейерных линиях по наклонным выработкам, осо-

бенно по наклонным стволам.

Еще в 50-х годах была спроектирована и изготовлена высоко-

прочная резина для конвейерных лент, а вулканизационный пресс во

взрывобезопасном исполнении способствовал ремонту и соединению

отрезков лент.

Дальнейшее развитие подземных ленточных конвейеров

предложено двумя параметрическими рядами конвейеров с шириной

лент от 1200 до 1600 мм – 2ЛУ-160 с мощностью электродвигателей

до 2000 кВт, производительностью до 4000 т/ч и со скоростью движе-

ния ленты до 5 м/с. Такие конвейеры устанавливаются в стволах

шахт. С 60-х годов на конвейерном транспорте начала решаться

сложная задача создания и освоения систем автоматического управ-

ления шахтными конвейерными линиями.

В настоящее время применяется система автоматического

управления конвейерными линиями АУК-1М, позволяющая включать и

отключать до 10 разветвленных конвейеров, контролировать скорость

движения, температуру подшипников, сход ленты, перегрузку полезного

ископаемого.

Большой вклад в развитие подземного транспорта внесли А.О.

Спиваковский, Н.С. Поляков, Ф.Н. Шклярский, С.А. Волотковский,

И.И. Лившиц, И.Г. Штокман, И.П. Ремизов, В.Н. Лебедев, А.А. Анд-

реев, В.А. Дъяков, Л.И. Чугрев, Л.Г. Шахмейстер, Г.Я. Пейсахович и

многие другие [17, 18, 20].