Курсовой проект - Расчет производительности проходческого комбайна 1ГПКС

Подождите немного. Документ загружается.

Способы проведения горных выработок

Горные работы – это работы по проведению, креплению и поддержанию

в рабочем состоянии горных выработок, производимые для разведки или

добычи полезных ископаемых из недр Земли. По расположению различают:

- открытые горные работы - проводимые под открытым небом;

- подземные - в недрах Земли;

- подводные.

По способу осуществления и применяемым средствам горные работы

подразделяют на:

- машинные (наиболее распространённые; ведутся с помощью горных

машин и механизмов;

- буровзрывные (основной вид - взрывание помещённых в предварительно

пробурённые скважины, шпуры или горные выработки зарядов

взрывчатых веществ);

- гидравлические;

- геотехнологические (добыча полезных ископаемых подземной

возгонкой, выщелачиванием, растворением и выпариванием и т. п.);

- буровые (применяются для добычи нефти, горючих газов, рассолов,

растворов минералов и т. д.

По производственному назначению горные работы подразделяют на:

- вскрытие месторождения,

- подготовительные (для подготовки вскрытой части месторождения к

разработке - разделении её на выемочные поля или блоки горными

выработками, обеспечивающими транспортировку горных пород,

материалов, оборудования, перемещение людей),

- нарезные (для разделения выемочных полей или блоков на выемочные

участки нарезными горными выработками);

- очистные, или добычные (для извлечения полезного ископаемого).

Выбор технологии и оборудования для проведения горных работ в

выработках зависит как от размеров их поперечных сечений,

устанавливаемых в зависимости от назначения выработки, так и от крепости

и устойчивости пород.

Так для проходки горизонтальных и наклонных (до 35°) выработок в

некрепких породах применяют проходческие комбайны, которые разрушают

породу и грузят её в вагонетки или на конвейер. Комбайновый способ

проведения выработок является более безопасным и эффективным, чем

буровзрывной; при этом почти не нарушается целостность окружающих

выработку пород. Для крепких пород наиболее часто используется

буровзрывной способ проходки.

Буровзрывной способ проведения выработок

Буровзрывной способ применяется для выработки по породам с

коэффициентом крепости более 8. При этом эффективность буровзрывных

работ зависит от многих факторов:

- физико-механических свойств пород

- типа и расхода ВВ;

- диаметра и глубины шпуров;

- конструкция заряда и способа его инициирования;

- схемы расположения шпуров и очередности взрывания зарядов;

- типа бурового оборудования; организации работ и т.п.

Степень влияния указанных факторов на эффективность буровзрывных

работ различна и определяется комплексом параметров. Поэтому

буровзрывной комплекс включает в себя работы по бурению и заряжанию

шпуров, а так же взрыванию зарядов и т.д.

Качественное производство буровзрывных работ во многом определяет

эффективность и экономичность строительства горных выработок.

Правильное определение и рациональный выбор элементов буровзрывного

комплекса должны обеспечить следующее: разрушение породы в объеме

проектного сечения без “недоборов” и “переборов” на максимально

возможную глубину шпуров; равномерное дробление породы до

определенной фракции, при которой достижима максимальная

производительность погрузки разрушенной массы; минимальный разброс

взорванной породы по выработке, уменьшающий трудоемкие работы по

подгребанию породы; кучное расположение взорванной породы у забоя;

максимальную механизацию всех работ.

Основными технологическими операциями при буровзрывном способе

прохождения горных выработок являются:

1. бурение шпуров;

2. заряжание шпуров взрывчатыми веществами, монтаж взрывной

сети, выполнение правил техники безопасности;

3. подрыв взрывной сети, проверка детонации всех зарядов

взрывчатого вещества и сечения полученной выработки;

4. уборка породы из забоя;

5. транспортирование породы до откаточных штреков;

6. крепление горной выработки

7. вспомогательные операции по обеспечению функционирования

забоя (проведение водосточной канавки; наращивание вентиляционной

трубы, водного и воздушного ставов и др.).

Вышеперечисленные технологические операции: монтаж взрывной сети

и ее подрыв, являются очень опасными и требуют выполнения целого

комплекта мер техники безопасности, которые являются очень

продолжительными; в соответствии с чем - важнейшим минусом

буровзрывного способа добычи полезного ископаемого в подземных

условиях является сложность и опасность технологической схемы, а также

длительность рабочего цикла.

Комбайновый способ проведения выработок

Научно-технический прогресс в области проведения горных выработок,

являющихся важнейшим элементом современной технологии добычи

полезных ископаемых, в основном реализуется путем развития

ком б а йн о в ого спос оба п рове дени я . П о с ле д н ий, по сравнению с

буровзрывным способом, о б есп е чивает более высокие темпы

проходки и производительность труда.

Парк проходческих комбайнов в угольной отрасли составляет около

360 штук (порядка 240 из них находятся в Кузбассе). Основой этого парка

являются комбайны типа ГПКС производства Копейского

машиностроительного завода (по Кузбассу, например, 97%). Анализ

состояния проходческих комбайнов указывает на неуклонное снижение

парка новых машин.

Сейчас в России, вместо ранее выпускавшихся заводами СССР для

нужд угольной промышленности, других горнодобывающих отраслей и

подземного строительства шести моделей комбайнов весом от 12 до 80 т, на

потоке единственный массовый комбайн 1ГПКС (масса 24 т) и ставится на

промышленное производство базовая модель комбайна среднего класса

КП-25 (масса 52 т) и комбайн КП-21.

При комбайновом способе проведения горных выработок существенно

сокращается число основных процессов проходческого цикла по сравнению с

буровзрывной технологией. Вспомогательные процессы остаются такими же,

как и при буровзрывной технологии. Большое внимание следует уделять

пылеподавлению. По существу технология строительства сводится к

механическому разрушению массива, погрузке и транспортировке породы, что

можно выполнять одновременно с возведением постоянной крепи. Такие

процессы, как бурение шпуров, заряжание и взрывание, проветривание и

приведение забоя в безопасное состояние после взрывания, исключаются из

проходческого цикла. Для комбайновой, технологии строительства характерна

циклично-поточная организация труда.

Поэтому большое значение приобретает своевременность выполнения

вспомогательных процессов (настилка рельсовых путей, увеличение длины

конвейеров, прокладка труб и кабелей, устройство водоотводной канавки и

др.), относительная трудоемкость которых в связи с недостаточным уровнем

их механизации значительно возрастает.

Основными достоинствами комбайнового способа проведения

горных выработок являются:

- полная механизация и совмещение по времени основных процессов выемки

и погрузки горной массы, при применении временных передвижных крепей с

этими работами совмещают также возведение постоянной крепи;

- выемка породы производится в пределах проектного контура выработки без

нарушения сплошности окружающего массива;

- увеличение темпов проходки и производительности труда рабочих в 2-2,5

раза по сравнению с буровзрывным способом:

- снижение стоимости строительства;

- повышение безопасности и улучшение санитарных условий работ.

В качестве одного из основных критериев оценки сопротивляемости

пород разрушению механическим способом принят предел прочности пород

при одноосном сжатии. Эффективность работы проходческих комбайнов

зависит не только от прочностных свойств пород, но и в значительной степени

от их абразивности, так как последняя изнашивает породоразрушающий

инструмент, изменяя его геометрию, обусловливает рост усилий, действующих

на комбайн в целом.

Параметры режима разрушения выбирают с учетом хрупкости и вязкости

пород. Эти характеристики определяют как частное от деления пределов

прочности пород на одноосное сжатие и растяжение.

Нарушенность и трещиноватость массива также оказывают

существенное влияние на сопротивляемость его разрушению механическими

способами.

Крепление горных выработок

Горная крепь — искусственное сооружение, возводимое в горных

выработках для предотвращения обрушения окружающих пород и

сохранения необходимых размеров поперечных сечений, а также для

управления горным давлением.

Горные крепи подразделяются:

по основному материалу — на деревянные, металлические (из стали, легких

сплавов), каменные (из естественных и искусственных камней), бетонные,

железобетонные (монолитные, из отдельных блоков или элементов),

смешанные;

по роду выработок — на крепь капитальных, подготовительных, нарезных и

очистных, горизонтальных, наклонных и вертикальных выработок;

по сроку службы — на временные и постоянные;

по форме — на трапециевидные, прямоугольные, арочные, кольцевые;

замкнутые и незамкнутые по периметру выработки;

по характеру работы — на жесткие, податливые (постоянного и

нарастающего сопротивления), шарнирные, комбинированные (шарнирно-

податливые).

Анкерная (штанговая) крепь — крепь в виде металлических,

деревянных или железобетонных стержней (анкеров, штанг), закрепленных в

шпурах или скважинах и прижимающих при их натяжении к поверхности

обнажения пород верхняки или шайбы (плиты). Концы анкеров, как правило,

закрепляются в крепких и устойчивых породах. При натяжении анкеров слои

пород прижимаются друг к другу и образуют устойчивую, монолитную

толщу. Поэтому анкерная крепь увеличивает устойчивость обнаженного

массива и удерживает его от расслоения и обрушения.

При работе комбайнов избирательного действия по мере подвигания

забоя возводят временную или постоянную крепь в зависимости от

устойчивости пород кровли.

В качестве постоянной крепи в выработках, в большинстве случаев,

применяют крепи металлическую, арочную из спецпрофиля, рамную

смешанную из железобетонных трубчатых стоек и металлических верхняков,

анкерную, деревянную рамную и различные виды бетонной крепи.

При неустойчивой кровле по мере подвигания забоя возводят

постоянную крепь. В этот период комбайн не работает. При устойчивой

кровле по мере подвигания забоя рекомендуется возводить крепь у забоя с

большим расстоянием между рамами, чем предусматривает паспорт

постоянного крепления.

Значительно усложняется производство работ по креплению, если в

качестве постоянной крепи принята арочная крепь спецпрофиля, причем с

бетонными затяжками. Механизировать установку арок сложно и еще

сложнее механизировать закладку бетонных растяжек. По этим причинам

возведение такого вида крепи, как правило, сопровождается полной

остановкой комбайна и приводит к существенным потерям времени.

Как показывает опыт, на возведение крепи с рамными металлическими

конструкциями при применении комбайнов избирательного действия

приходиться до 40% времени проходческого цикла.

Указанные недостатки могут быть устранены заменой деревянных и

бетонных затяжек тканевыми или металлическими сетчатыми затяжками, а

также применением временной гидрофицированной металлической

передвижной крепи или установкой на комбайне специального навесного

оборудования для механизации монтажа элементов крепи.

Классификация проходческих комбайнов

Применяемые в настоящее время в промышленных условиях

проходческие комбайны делятся на две группы: бурового действия

(роторные) и избирательного действия (стреловидные).

Проходческие комбайны бурового действия

Комбайны бурового действия могут разрушать породы

прочностью до 150 МПа и более. Они работают по принципу распорно-

шагающих механизмов и обеспечивают проведение выработок круглой

формы. Проходческие комбайны бурового действия имеют роторный

исполнительный орган, объединяющий функции разрушения породы,

погрузки и транспортировки, снабженный шарошками лобового резания,

погрузочными ковшами и ленточным конвейером. Роторный исполнительный

орган разрушает породу шарошками одновременно по всей площади забоя,

поэтому требует усилия подачи 1400-1600 кН и выше, а также большой

мощности электродвигателей: 440-540 кВт - для исполнительного органа,

660-850 кВт - для всего комбайна и 900-1100 кВт - для комбайна со

вспомогательным оборудованием.

Структурно-компоновочная схема проходческого комбайна с буровым исполнительным органом

представлена на рис. 1.

Рис. 1.

Роторный проходческий комбайн.

1 – роторный исполнительный орган, состоящий из

одной или двух соосно расположенных планшайб; на их

забойной стороне расположен рабочий инструмент

(резцы, шарошки), а с внутренней, как правило,

размещаются ковши погрузочного устройства;

2 – бермовые фрезы, осуществляющие оформление

забоя до арочной формы;

3 – привод роторного исполнительного органа и

бермовых фрез, состоящий из электродвигателя и

редуктора;

4 – щит ограждения, препятствующий проникновению

пыли из зоны работы исполнительного органа в

выработанное пространство;

5 – несущая рама комбайна с расположенным на нем

электро- и гидрооборудованием;

6 – ходовая часть гусеничного или распорно-шагающего

типа;7 – конвейер ленточного типа.

Недостатками комбайнов бурового действия являются:

-ограниченная мобильность из-за сложного распорно-шагающего

устройства;

- большие масса и длина комбайна (масса 90-250 т, длина 15-16 м);

- проведение выработок только круглого сечения с большим радиусом

искривления (100-140 м);

- необходимость замены роторного исполнительного органа при

изменении размеров выработки;

- громоздкость комбайна, затрудняющая его осмотр, ремонт и выполнение

работ по креплению выработок;

- высокая трудоемкость монтажных работ (на доставку и монтаж

затрачивается 1000-2500 чел/смен без учета устройства специальной

камеры объемом до 1200-1500 м ).

В связи с высокой стоимостью и большими затратами времени на

монтажные работы комбайны бурового действия целесообразно применять

только при проведении длинных малоискривленных выработок. В

настоящее время их, как правило, применяют для проведения длинных

тоннелей и реже - выработок в шахтах.

Проходческие комбайны избирательного действия

Практический интерес для горнодобывающих предприятий

представл я ю т с т р е л о в и д н ы е п р о х о д ч е с к и е к о м б а й н ы , и л и , к а к

и х е щ е н аз ыв аю т, к о м б а й н ы и з б и р а т е л ь н о г о д е й ст ви я ,

к о торые позволяют полностью механизировать процесс отбойки и погрузки

горной массы. Эти мощные самоходные агрегаты снабжены режущей

головкой и погрузочным органом. Как правило, комбайны имеют гусеничный

ход, но существуют модификации на пневмоколесном и рельсовом ходу.

Погрузочный орган обычно представляет собой комбинацию нагребающих

лап или нагребающего ковшового органа со скребковым или цепным

конвейером.

Комбайны избирательного действия по сравнению с комбайнами

бурового действия имеют следующие преимущества:

- более маневренны, их можно монтировать в выработках небольшой

площади сечения (8-10 м) без применения специального оборудования;

- обеспечивают раздельную выемку горной массы в смешанных забоях в

выработках любой формы;

- после окончания проведения выработки переводятся в другой забой без

перемонтажа;

-имеют меньшую массу и стоимость.

Имея перечисленные преимущества, стреловые комбайны значительно (в

2-4 раза) уступают комбайнам бурового действия по производительности.

Комбайны избирательного действия выпускаются двух типов: тяжелого

(масса более 40 т) и легкого (масса до 20 т). В настоящее время в РФ

основном применяют комбайны легкого типа (более 85 %) с резцовыми

исполнительными органами. За рубежом находят применение (около 70 %)

комбайны тяжелого типа в породах с прочностью на сжатие более 60 МПа. В

породах меньшей прочности используют комбайны легкого типа, как при

проведении выработок, так и при добыче полезных ископаемых.