Лукьянов В.Г. Горные машины и проведение горно-разведочных выработок

Подождите немного. Документ загружается.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

В.Г. Лукьянов, В.Г. Крец

ГОРНЫЕ МАШИНЫ И ПРОВЕДЕНИЕ

ГОРНО-РАЗВЕДОЧНЫХ ВЫРАБОТОК

Допущено УМО вузов РФ по образованию в области

прикладной геологии в качестве учебника для студентов высших

учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки

130300 «Прикладная геология»

Издательство

Томского политехнического университета

2010

УДК 622.002.5.004(075.8)

ББК 33.11я73

Л84

Лукьянов В.Г.

Л84 Горные машины и проведение горно-разведочных вырабо-

ток: учебник / В.Г. Лукьянов, В.Г. Крец; Национальный иссле-

довательский Томский политехнический университет. – Томск:

Изд-во Томского политехнического университета, 2010. – 342 с.

ISBN 978-5-98298-574-3

В учебнике рассмотрены технические характеристики и конструкции со-

временных горнопроходческих машин и комплексов, используемых при разведке

месторождений полезных ископаемых, правила их технической эксплуатации и

техники безопасности; назначение и классификация горно-разведочных вырабо-

ток, основные физико-механические свойства горных пород и их влияние на ус-

тойчивость выработок. Изложены способы разрушения горных пород, принцип

действия бурильных машин, состав и свойства промышленных взрывчатых ве-

ществ, способы и средства заряжания шпуров и взрывчатых зарядов. Описаны

конструкции крепи, механизация крепления, техника, технология и организация

работ по проведению горно-разведочных выработок, последовательность выпол-

нения процессов проходческого цикла при однозабойном и многозабойном мето-

дах проходки, вопросы безопасности. Приведены технико-экономические пока-

затели и примеры скоростных проходок.

Предназначен для студентов геологических специальностей, инже-

нерно-технических работников, занимающихся горным делом, а также мо-

жет быть полезен слушателям курсов дополнительного обучения на право

технического руководства горными и взрывными работами.

УДК 622.002.5.004(075.8)

ББК 33.11я73

Рецензенты

Кафедра строительства подземных сооружений и шахт

Кузбасского государственного технического университета

(зав. кафедрой доктор технических наук, профессор В.В. Першин)

Доктор технических наук, профессор

директор Тульского научно-исследовательского

геологического предприятия

В.И. Власюк

ISBN 978-5-98298-574-3 © ГОУ ВПО «Национальный исследовательский

Томский политехнический университет», 2010

политехнического университета, 2010

Посвящается Учителю

основателю томской научной школы в области

шахтного и подземного строительства

Сергею Николаевичу Леонтьеву

ВВЕДЕНИЕ

В общем комплексе работ при поисках и разведке месторождений

полезных ископаемых горно-разведочные работы занимают важное ме-

сто, обеспечивая высокое качество и достоверность получаемых геологи-

ческих данных, особенно в условиях разведки месторождений цветных,

редких и благородных металлов. Бывшим Министерством геологии

СССР при разведке месторождений главным образом на стадии деталь-

ной разведки

ежегодно проводилось около 300 тыс. м горизонтальных

горно-разведочных выработок. Такой же объем выработок ежегодно вы-

полнялся и в других отраслях горнодобывающей промышленности.

Сокращение сроков разведки месторождений и ввод их в эксплуа-

тацию выдвигают в качестве одной из главных задач увеличение скоро-

сти проведения подземных горно-разведочных выработок. Академик

Е.А

. Козловский неоднократно указывал на необходимость довести про-

ходку горных выработок скоростными методами до 60 % общего объе-

ма. В связи с этим вопрос совершенствования технологии и организа-

ции работ приобретает исключительно важное значение.

Организация труда в забоях за последнее десятилетие характеризу-

ется все большим совмещением отдельных процессов во времени и про-

странстве

. Эта тенденция в настоящее время является основой развития

организации проходческих работ.

В настоящее время актуальна народно-хозяйственная задача со-

кращения сроков и стоимости освоения месторождений твердых полез-

ных ископаемых, разведка которых требует больших объемов подзем-

ных горных выработок.

Задача эта успешно решается в части месторождений, подлежащих

первоочередному освоению, путем

совмещения детальной разведки с

промышленным освоением, т. е. сооружения и использования для де-

тальной разведки горно-капитальных и горно-подготовительных выра-

боток (выработок разведочно-эксплуатационного назначения).

Путь этот связан с использованием на этапе разведки части капиталь-

ных вложений, предназначенных для строительства предприятий, и может

быть оправдан только в отношении наиболее

перспективных месторожде-

ний, промышленная ценность которых очевидна без детальной разведки. По

данным Ю.Т. Смирнова и др. применение разведочных выработок с эксплуа-

тационными значениями параметров на стадии детальной разведки может

дать экономию средств, выделяемых на капитальное строительство горнодо-

бывающих предприятий реконструируемых разведочных выработок.

Внедрение новой техники и технологии горно-разведочных работ

на базе современных достижений науки и техники позволит создать

горно-разведочные предприятия нового типа, оснащенные высокопро-

изводительной горно-транспортной техникой на основе комплексной

механизации и автоматизации производственных процессов.

Однако

временный характер горно-разведочных работ, их неболь-

шие объемы по сравнению с работами горных предприятий, разбросан-

ность, отдаленность от промышленных центров, производство в труд-

нодоступных районах все еще затрудняют внедрение передовой техно-

логии и механизации.

Работы по производству средств комплексной механизации прове-

дения горизонтальных, наклонных и вертикальных выработок ведутся в

направлении создания более совершенных бурильных установок, погру-

зочных и буропогрузочных машин, крепеукладчиков, транспортных

машин, проходческих комбайнов и комплексов.

Если уровень механизации таких проходческих операций, как бу-

рение шпуров и погрузка, можно считать достаточно высоким, то в опе-

рациях по креплению горных выработок еще велика доля ручного тру-

да. Мало механизированы

и вспомогательные операции.

Авторы учебника разработали и внедрили в производство буро-

погрузочную машину, крепеукладчики и вагоноперестановщики, защи-

щенные авторскими свидетельствами на изобретение, а также способ

возведения крепи устья горной выработки.

Курс «Горные машины и проведение горно-разведочных выработок»

изучается после общетехнических дисциплин, дисциплин геологического

цикла и имеет целью ознакомить

студентов с комплексом работ по техно-

логии и организации проведения горно-разведочных выработок, позво-

ляющих осуществлять проектирование и руководство такими работами.

Главы XVII и XXI написаны А.Д. Громовым.

В конце каждого раздела, в соответствии с требованиями Минобразова-

ния РФ к учебной литературе, содержится перечень контрольных вопросов.

Авторы благодарны рецензентам за сделанные

ими замечания и

предложения, которые учтены в процессе работы над учебником.

Авторы также считают своим долгом выразить глубокую благодар-

ность за моральную и финансовую поддержку ректору Национального

исследовательского Томского политехнического университета доктору

технических наук, профессору, академику РАЕН П.С. Чубику и дирек-

тору Института геологии и нефтегазового дела ТПУ, академику

РАЕН

А.К. Мазурову.

РАЗДЕЛ I

ГОРНЫЕ ВЫРАБОТКИ,

ГОРНО-РАЗВЕДОЧНЫЕ РАБОТЫ

И МЕХАНИКА ГОРНЫХ РАБОТ

ГЛАВА 1. ГОРНЫЕ МАШИНЫ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

§ 1. ОСНОВЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГОРНОПРОХОДЧЕСКИХ МАШИН

Специфика условий эксплуатации горных машин

Выбор конкретной технологической схемы проведения горных вы-

работок и соответствующих горнопроходческих машин определяется

горно-геологическими условиями и рядом других факторов: объемами и

темпами горнопроходческих работ, производительностью труда, себе-

стоимостью и др.

Основными горно-геологическими факторами являются прочность

и устойчивость горной породы (полезного ископаемого, вмещающих

пород); размеры месторождений по простиранию, падению

и мощности;

морфология месторождения; гидрогеологические условия (загазован-

ность, взрывоопасность, самовозгорание, радиоактивность и т. д.).

Эксплуатация горных машин в подземных условиях характеризует-

ся особенностями, определяющими конструкцию машин и отдельных

их узлов. Это стесненность рабочего места, обусловленная небольшими

размерами поперечных сечений выработок, что особенно важно при

проходке разведочных выработок. Отсюда возникает необходимость

строгом ограничении габаритов машин, придании им удобной формы

для повышения маневренности и улучшения транспортабельности их

узлов. Уменьшение размеров основных узлов горных машин с сохране-

нием высокой работоспособности достигают применением современ-

ных технических решений в области машиностроения.

В большинстве случаев это значительная влажность воздуха гор-

ных выработок и высокая агрессивность

шахтных вод. Вследствие этого

ускоряется коррозия, уменьшающая срок службы машин. Поэтому де-

тали горных машин необходимо изготовлять из антикоррозионных ма-

териалов или подвергать антикоррозионной обработке – горячему цин-

кованию, покрытию полимерными материалами и др.

Работа горных машин сопровождается повышенной запыленностью

атмосферы горных выработок. Пыль проникает внутрь машин, резко

снижая долговечность трущихся деталей. Это обусловливает необходи-

мость не только борьбы с пылеобразованием, но и надежной защиты

элементов горной машины от попадания в них пыли и грязи.

Высокая абразивность и твердость горной породы ускоряют износ

деталей и узлов горных машин. Следовательно, их необходимо изготов-

лять из особо прочных и износостойких

материалов, изыскивать наибо-

лее рациональные схемы работы элементов исполнительных органов и

предусматривать возможность быстрой замены узлов и деталей, под-

верженных интенсивному износу.

Вследствие попадания крупных кусков, обрушения породы и т. д.

возможны внезапные перегрузки, иногда заклинивание рабочего органа.

Это предопределяет необходимость проектировать детали горных ма-

шин с достаточными запасами прочности,

а в трансмиссиях и приводах

предусматривать специальные предохранительные муфты. Рабочее ме-

сто многих горнопроходческих машин непрерывно меняется, поэтому

такие машины должны обладать хорошей маневренностью и быть обо-

рудованы устройствами, облегчающими их перемещение в процессе ра-

боты с одного рабочего места на другое. Непосредственно влияющие на

конструкцию машины требования высокой безопасности при

работе на

горных машинах и их обслуживании, приобретающие исключительное

значение в связи со стесненностью рабочего места, трудностью исполь-

зования защитной спецодежды, необходимостью изменения положения

обслуживающего персонала в процессе работы на машине.

Под землей в условиях недостаточной освещенности, запыленности

и стесненности рабочего места горные машины трудно ремонтировать.

Доставка их без разборки

на поверхность затруднена или просто невоз-

можна, поэтому необходимо, чтобы горная машина состояла из легко-

съемных и быстрозаменяемых узлов и деталей.

Типажи и параметрические ряды горного оборудования

В нашей стране действуют единые общегосударственные и отрас-

левые стандарты на горное оборудование, создаваемое на базе типажей

и параметрических рядов. Типаж – совокупность машин, представляю-

щая экономически целесообразную и минимально необходимую но-

менклатуру, полностью обеспечивающую нужды данной отрасли про-

мышленности. При разработке типажей предусматривают максималь-

ную унификацию узлов и деталей. Типоразмер – машина

, отличающаяся

от аналогичных по конструкции числовым значением главного пара-

метра. Главный параметр машины определяет ее возможности в кон-

кретных технологических условиях. Он наиболее стабилен при усовер-

шенствовании машины и оказывает определяющее влияние на основные

и вспомогательные параметры машины или отдельного узла.

Параметрический ряд представляет собой совокупность разных

типоразмеров машин по рационально построенному ряду значений

главного параметра.

Параметрические ряды с учетом многолетней практики составляют

по геометрической прогрессии

= Р

n – 1

(1.1)

где Р

, п – значение и порядковый номер интересующего типоразмера

машины в ряде чисел; Р

– значение первого члена ряда; а – знамена-

тель прогрессии, определяющий густоту ряда.

Стандартом установлены основные ряды предпочтительных чисел,

из которых в горной промышленности используют три – R

, R

. Ка-

ждый последующий член основного ряда получают умножением преды-

дущего на знаменатель прогрессии (R), в котором показателем степени

корня (m) является соответствующий показатель основания ряда (5, 10

или 20). Если первый член в ряду принять равным единице, то ряд с ос-

нованием 5 выглядит следующим образом: 1; 1,6; 2,5; 4,0; 6,3; 10 и т. д.

Помимо основных применяют и

производные ряды, получаемые

организованным отбором чисел (каждого второго, третьего и т. д.) или

неорганизованным из основного ряда.

Для установления рациональных параметров машин, включаемых в

ряд, и оптимальной густоты ряда используют метод технико-

экономического анализа.

Надежность и качество машин. Надежность работы отдельной

машины и всего комплекса оборудования имеет важное значение

для

обеспечения ритмичной и бесперебойной работы. Надежность одной

или нескольких одновременно используемых в технологическом про-

цессе горнопроходческих машин – способность выполнять заданные

функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатацион-

ных показателей в заданных пределах. Основные критерии надежности

горных машин в соответствии с действующим стандартом – безотказ-

ность и ремонтопригодность.

Безотказность – свойство машины

сохранять работоспособность

без вынужденных перерывов в течение некоторой наработки, т. е. опре-

деленной продолжительности работы или выполнение машиной опре-

деленного объема работы. Безотказность характеризуется числом отка-

зов п

в единицу времени или наработкой на отказ Т, представляющей

собой среднее значение наработки машины между отказами:

T = t/n, (1.2)

где t – время работы машины; п – число отказов за это время. Если про-

ходческий комплекс состоит из последовательной цепи машин, то

п = п

+ п

+ … + п

где п

, п

,п

,…, п

– число отказов каждой машины комплекса.

Ремонтопригодность – приспособленность машины к предупреж-

дению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей путем

проведения технического обслуживания и ремонтов. Ремонтопригод-

ность характеризуется несколькими показателями, в том числе, коэф-

фициентами ремонтопригодности k

рем

и готовности k

гот

рем

= Т

/ (Т + Т

); (1.3)

гот

= Т

/ (Т + Т

), (1.4)

где Т

– средняя продолжительность восстановления отказа, которая

складывается из времени на обнаружение отказа, ожидание ремонта и

опробование машины после устранения отказа.

Для оценки надежности комплекса машин в целом пользуются обоб-

щенным показателем надежности, или коэффициентом аварийности:

ав

= T

/ T. (1.5)

При оценке качества машин применяют следующие принципы. Ус-

танавливают номенклатуру единичных показателей качества машины,

например методом экспертных оценок (опроса специалистов). За еди-

ничные показатели качества принимают производительность, мощность,

стоимость, надежность, долговечность, степень унификации и др. Уста-

навливают базовый образец машины, который имеет максимальные па-

раметры, получаемые в машинах этого типа

. Показатели качества, выра-

жаемые количественно (м

/ч, руб., кВт и т. д.), называют абсолютными

показателями качества. По ним сравнивают машины, сходные по конст-

рукции и с одинаковым основным параметром. Относительные показа-

тели качества выражают отношение абсолютных показателей к значе-

нию основного параметра сравниваемых машин одного конструктивного

типа (например, к мощности привода, сцепному весу локомотива и т

. д.).

При применении относительных показателей можно сравнивать машины

одного конструктивного типа, но различных типоразмеров.

Для оценки качества машины используют комплексный показатель

качества а

. Его находят как сумму произведений единичных удельных

показателей качества х

на коэффициенты их весомости ψ

kii

∑

. (1.6)

Единичные удельные показатели качества определяют как отноше-

ние удельных единичных показателей сравниваемой машины к таким

же показателям базовой машины, а сами единичные удельные показате-

ли рассчитывают как отношение номенклатурных параметров к функ-

циональному критерию. Например, таким функциональным критерием

для погрузочных машин может быть выбрана техническая производи-

тельность (м

/ч).

Коэффициенты весомости единичных удельных показателей, сумма

которых должна равняться единице, определяют методом экспертных

оценок.

По величине комплексного показателя качества устанавливают катего-

рию качества машины: 0,6…0,69 – вторая; 0,7…0,84 – первая; 0,85…1,0 –

высшая.

Основные сведения о ремонте горных машин. Для предупрежде-

ния износа оборудования и преждевременного выхода его из строя обслу-

живают и ремонтируют

горные машины по заранее составленному плану.

Система планово-предупредительных ремонтов (ППР) предусмат-

ривает проведение регулярных профилактических осмотров, техниче-

ского обслуживания оборудования и периодических его ремонтов.

Профилактические осмотры и техническое обслуживание направ-

лены на обеспечение длительной работоспособности оборудования.

Техническое обслуживание включает ежесменный и периодический

технический уход. Ежесменный уход проводят в

соответствии с инст-

рукцией по технической эксплуатации в начале и конце смены, перио-

дический технический уход – после определенного времени работы ма-

шины независимо от ее физического состояния. Периодичность прове-

дения и перечень выполняемых при периодическом уходе работ опре-

деляются инструкцией по эксплуатации оборудования.

Ремонт оборудования выполняют для устранения неисправностей и

восстановления его работоспособности. В зависимости от вида обору-

дования и степени его физического износа ремонт может быть малым,

средним, текущим или капитальным. Например, для погрузочных и

транспортных подземных машин установлены два вида ремонта: теку-

щий и капитальный.

Текущий ремонт направлен на поддержание основных параметров

оборудования на допустимом техническом уровне. Предусматривается

частичная разборка машин и замена вышедших из строя деталей и узлов

новыми или восстановленными. Текущий ремонт оборудования, экс-

плуатируемого под землей, как правило, выполняется в подземных ре-

монтных мастерских и может продолжаться несколько суток.

Капитальный ремонт. Предусматривается полная разборка машин

на отдельные узлы, их проверка, замена изношенных деталей или узлов

агрегатов новыми или реставрированными. Капитальный ремонт обору-

дования проводят в центральных ремонтно-механических мастерских

или на ремонтно-механических заводах. Частота ремонтов указана в ин-

струкции по эксплуатации, которую составляет завод-изготовитель.

Физический износ оборудования зависит от времени его фактиче-

ской работы, поэтому при планировании ремонтов за основу расчетных

нормативов принимают 1 машино-ч.

Период времени эксплуатации оборудования от

одного капитально-

го ремонта до другого называют длительностью межремонтного цик-

ла, а между двумя другими видами ремонта – межремонтным перио-

дом. Определенный порядок чередования видов ремонта с заданными

промежутками времени на протяжении одного межремонтного цикла

называют его структурой.

Для основных видов геологоразведочного оборудования приняты

типовые структуры межремонтных циклов.

По каждому

виду оборудования необходимое число ремонтов n

рассчитывают по формуле

= N

, (1.7)

где N – среднее число единиц данного вида оборудования, находящего-

ся в работе; k

– коэффициент машинного времени, показывающий, ка-

кую часть от общего времени пребывания оборудования в работе оно

находится под нагрузкой или работает вхолостую (например, для двига-

телей); Т

– общий фонд рабочего времени для одной единицы оборудо-

вания за определенный период времени, например за 1 год, ч; т – число

капитальных и других ремонтов, предусмотренных для данного вида

оборудования в структуре межремонтного цикла; Т

– длительность

межремонтного цикла, машино-ч.

Для каждого вида оборудования с учетом количества эксплуати-

руемых единиц и структуры межремонтного цикла устанавливают рас-

ход запасных частей и материалов, планируют затраты труда.

Все машины и другое оборудование, которое вследствие физиче-

ского износа по истечении установленного срока работы или другим

причинам становится нецелесообразно

или невозможно восстанавли-

вать и в дальнейшем использовать, подлежит списанию с баланса пред-

приятия.

Производительность. У горных машин различают теоретическою

(расчетную) Q, техническую (паспортную) Q

и эксплуатационную

(действительную, фактическую) Q

производительность.

Теоретическая – производительность машины (м/мин, т/ч, м

/ч и

т. д.) при непрерывной ее работе, определяемая с учетом типоразмера

машины, т. е. зависит только от ее конструктивных параметров.