CC BY
28
УДК 622.285
В.В. Аксенов, Е.В. Резанова ЭЛЕМЕНТЫ ПРОТИВОВРАЩЕНИЯ КАК ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ГЕОХОДОВ
Проведение подземных выработок горнодобывающих предприятий представляет собой трудоемкий и дорогостоящий процесс. При образовании полости в подземном пространстве с использованием горнопроходческого оборудования необходимо решать задачи безопасности проведения горных работ, повышения скорости проходки и производительности труда, снижения себестоимости.
Некоторые проблемы проходки горных выработок могут быть решены с помощью нового подхода к освоению подземного пространства - геовинчестерной технологии (ГВТ) [1, 2]. При-контурный массив выработки здесь используется как опорный элемент, воспринимающий реактивные усилия от работы базового элемента ГВТ - геохода.
Геоход - это аппарат, движущийся в подземном пространстве с использованием геосреды. Принципиальной отличительной особенностью геохода является его вращение вокруг продольной оси и одновременное поступательное перемещение на забой выработки [2].
Вращение головной секции геохода обеспечивается за счет расположенных по хордам гидроцилиндров поворота, цапфы штоков которых закреплены на головной секции, а цапфы корпусов крепятся к хвостовой. При выдвижении штоков, за счет геометрической особенности расположения гидроцилиндров, создается мощный вращательный момент. При этом, являясь внутренним движителем, гидроцилиндры поворота не только начинают вращать головную секцию, но и передают такой же по величине момент, порядка 3500 - 3600 кН-м, на
хвостовую секцию геохода. Для нормальной работы геохода необходимо удерживать хвостовую секцию от проворота. В противном случае будет вращаться хвостовая, а не головная секция геохода.
Задача удержания хвостовой секции от проворота обусловила необходимость введения элементов противовраще-ния, которые должны воспринимать реактивный момент и перераспределять его на массив [1,2].
Элементы противовраще-
ния, являясь одним из важней-
мента противовращения 8. Выполненные в виде секторов, закрепленные на кольцевых секциях с помощью шарниров 9 и гидродомкратов 10, конструктивно изогнутые под значительным углом, элементы про-тивовращения предотвращали проворачивание хвостовой части геохода и создавали наибольшее удерживающее усилие на секциях В, Г.
Во время работы геохода ЭЛАНГ-3, элементы противовращения 8, разворачиваясь на шарнирах 9, выходили за контур выработки и врезались в
Рис.1. Принципиальная конструктивная схема геохода ЭЛАНГ-3
ших функциональных устройств геохода, впервые были применены в первых экспериментальных образцах геоходов ЭЛАНГ-3 и ЭЛАНГ-4 (аббревиатура авторского коллектива
- Эллер А.Ф., Аксенов В.В., Нагорный В. Д., Горбунов В.Ф.) [1].
Геоход ЭЛАНГ-3 представлял собой цилиндрическую конструкцию, собранную из трех кольцевых секций: головной Б, промежуточной В и хвостовой Г (рис.1). На промежуточной В и хвостовой Г секциях были смонтированы по три эле-
окружающий массив горных пород, фиксируя кольцевые секции В, Г, то есть воспринимали реактивный момент, предотвращая проворот хвостовой части геохода. Работа элементов противовращения 8, установленных на секциях В и Г, происходила циклично [2, 3].
Усовершенствование функционально-конструктивных элементов геоходов вылилось в разработку винтоповоротного проходческого агрегата
ЭЛАНГ-4.
Принципиальным отличием двухсекционного геохода
ЭЛАНГ-4 от трехсекционного
Геотехнология
23
ЭЛАНГ-3 являлась возможность совмещенного во времени перемещения секций (рис. 2).
Конструкция геохода
ЭЛАНГ-4 представляла собой цилиндрическую двухсекционную оболочку. Режущая секция 1 посредством фланца крепилась к головной секции 2, на наружной поверхности которой была выполнена винтовая лопасть 4, являющаяся внешним движителем. Головная секция 2 сопрягалась с хвостовой секцией 9 посредством механизма вращения 10.
На внешней поверхности хвостовой секции 9 было смонтировано шесть элементов про-тивовращения 17, выполненных в виде пластин, плоскости которых были параллельны образующим цилиндрической оболочки секции 9. Элементы про-тивовращения, взаимодействуя с массивом, предотвращали
проворачивание хвостовой секции. Поэтому головная секция
2, имеющая винтовую лопасть 4, начинала вращаться и перемещаться на забой. При включении в работу гидроцилиндров 13, головная секция 2 увлекала за собой в осевом направлении хвостовую секцию 9 [2, 3].
Анализ шахтных испытаний показал, что работа элементов противовращения геохода ЭЛАНГ-3 вызвала наибольшие нарекания. Ввиду недостаточной площади контакта элементов противовращения с окружающим массивом горных пород наблюдался проворот хвостовой секции геохода.
В конструкции геохода ЭЛАНГ-4 заложено противоречие. Исполнительный орган, выполненный в виде барабана с резцами, предназначался для разрушения пород (геосреды) /=4^6 (по шкале проф. М.М Протодьяконова), а элементы противовращения (стрингеры) оснащались ножами, которые могли разрушать породу до f=1. Предусмотренные конструкцией окна, предназначенные для
возможно активного разрушения пород большей крепости, проблемы не решали. То есть элементы противовращения остались самым слабым звеном геохода.
Поэтому работа, направленная на обоснование конструктивных и силовых параметров элементов противовращения геоходов является актуальной.
Использование в качестве силового звена приконтурного массива горных пород, наличие дополнительной технологической операции - формирование системы продольных каналов за контуром выработки и необходимость маневрирования геохода по трассе выработки требуют рассматривать элементы проти-вовращения как самостоятельное функциональное устройство.
На сегодняшний день выявлено следующее.
1. Отсутствуют:
- обоснованные конструктивные решения;
- методики расчета конст-
руктивных и силовых параметров элементов противовраще-ния, адаптивные к работе в различных горно-геологических
условиях.
2. Не исследованы:
- возможность работы элементов противовращения в непрерывном режиме;
- возможность минимиза-
ции массово-габаритных характеристик по условию прочности, варианты расположения элементов противовращения на корпусе геохода.
3. Не проработаны вопросы:
- прочности элементов крепления элементов противовра-щения к хвостовой секции геохода;
- уборки и транспортирования отделенной горной массы;
- замены и ремонта элементов противовращения;
- управления движением геохода по трассе выработки и возможность реверсирования с помощью элементов противо-вращения.
Для достижения поставленной цели - обоснования конструктивных и силовых параметров элементов противовраще-ния геоходов, необходимо решить следующие задачи:
- сформировать требования к элементам противовращения геоходов;
- наработать варианты конструктивных решений элементов противовращения;
- разработать методики расчета конструктивных, силовых и прочностных параметров элементов противовращения с учетом различных горногеологических условий.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Винтоповоротные проходческие агрегаты / А.Ф. Эллер, В.Ф. Горбунов, В.В. Аксенов. - Новосибирск: ВО «Наука». Сибирская издательская фирма, 1992. - 192 с.
2. Аксенов В.В. Геовинчестерная технология проведения горных выработок. - Кемерово: Институт угля и углехимии СО РАН, 2004. - 264 с., ил.
3. Проектирование и расчет проходческих комплексов/Горбунов В. Ф., Аксенов В. В., Эллер А. Ф. и др.- Новосибирск: Наука, 1987.
□ Авторы статьи:
Аксенов Резанова
Владимир Валерьевич Елена Викторовна
- докт. техн. наук, ведущий научный - ст. преп. каф. прикладной
сотрудник ИУУ СО РАН механики
