CC BY
53
© Д.А. Юнгмейстер, А.Я. Бурак,
С.А. Игнатьев, М.А. Васильева,
2010
УДК 622.063.23
Д.А. Юнгмейстер, А.Я. Бурак,
С.А. Игнатьев, М.А. Васильева
КОМПЛЕКС ДЛЯ СПЕЦИАЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК ОАО «МЕТРОСТРОЙ»
В статье анализируют компонование и конструктивные схемы различных вариантов проведения камер специального назначения для условий шахт метро Санкт-Петербурга. Указываются варианты оснащения механизированного проходческого комплекса на основе стандартного тюбингоукладчика. Представлены графические зависимости величины производительности таких комплексов в зависимости от вариантов оснащения его различными исполнительными органами для разрушения забоя. Представлены запатентованные конструкции комплексов для проходки специальных выработок. Установлено, что рациональным комплексом при наилучших показателях отработки забоя является вариант оснащения исполнительным органом с гидравлическим многозвенным манипулятором с малогабаритным ударником.
Ключевые слова: камеры специального назначения, механизированный проходческий комплекс, тюбингоукладчик, гидравлический многозвенный манипулятор, малогабаритный ударник.
Семинар № 22
настоящее время строительство -^-'подземных сооружений осуществляется следующими способами: открытым, закрытым, опускным, горным, щитовым, механизированным и продавли-ванием исполнительного органа. Проведенные исследования [1] современных способов проходки спецвыработок и станционных тоннелей небольшой протяженности в условиях ОАО «Метрост-рой» показали, что наименее эффективной, с точки зрения производительности и технологичности, является технология бесщитовой проходки тоннелей отбойными молотками с применением ручного труда и механизированного укладчика тоннельной обделки, который применяется до сих пор. Данный способ проходки имеет ряд существенных недостатков:
• высокие трудозатраты;
• низкая производительность;
• высокая продолжительность монтажно-демонтажных работ тюбингоукладчика;
• высокий уровень травматизма, т. к. рабочим приходится находиться в непосредственной близости от забоя;
• профессиональные заболевания от воздействия пыли и вибрации.
В связи с этим дан прогноз возможности получения значительного социально-экономического эффекта в случае внедрения в производство механизированного проходческого комплекса на основе стандартного оборудования, который обеспечил бы механизацию процессов отбойки, крепление и уборку отбитой породы, повысил производительность по любому забою, например, имеющему небольшие размеры, при простоте монтажа и использования.
Оборудование для отбойки разрабатываемого массива при этом целесообразно укомплектовать гидравлическими фрезами или малогабаритными ударниками с высокой эффективностью передачи энергии удара на забой.
Специалистами кафедры конструирования горных машин и технологии машиностроения СПГГИ (ТУ), совместно с руководством ОАО «Метрост-рой», были проведены работы по разработке и исследованию проходческого комплекса, при максимальном использовании серийного оборудования, для механизированной проходки камер и тоннелей большого диаметра и незначительной протяженности.
Анализ различных вариантов компоновок проходческого комплекса для проведения спецвыработок и станционных тоннелей в условиях ОАО «Метрострой» с использованием метода морфологического анализа позволило остановиться на варианте оснащения шагающего крепеустановщика конструкции ОАО «Метрострой» исполнительным органом, обеспечивающим механизацию процесса отбойки породы и исключающим присутствие людей в забое [3,4].
Основой предлагаемой технологии является применение модернизированной стрелы манипулятора (серийного производства) с механизмом для разрушения массива горной породы, установленные на шагающем крепеустановщи-ке. Возведение постоянной железобетонной обделки осуществляется с помощью самостоятельной в конструктивном исполнении машины (рукояти крепеустановщика). В качестве модернизированной стрелы манипулятора (серийного производства) предлагается использовать, например, манипулятор шведской машины фирмы Вгокк с воз-
можностью размещения на его рычаге сменного навесного рабочего оборудования. Общий вид проходческого агрегата с таким исполнительным органом приведен на рисунке 1. Вариантами сменного рабочего оборудования по разработке забоя в условиях ОАО «Метрострой» рассмотрены:
Г идроударники зарубежных фирм, таких как РОКСОН, KONE (Финляндия), Rammer (Финляндия), KRUPP (Германия) и др.;
Г идравлические фрезы фирм
WEBSTER SCHAEFF, ERKAT, HITACHI и др. двух типов исполнения: а) с продольно-режущей головкой; б) с поперечно-режущей головкой.
Сравнительный анализ технологии проведения спецвыработок и станционных тоннелей в условиях шахт ОАО «Метрострой» (рис. 2) показывает, что по варианту проходки выработки без щита методом сплошного забоя с использованием отбойных молотков требуется две смены (14 ч) для разработки 56,5 м3 объема грунта. Следовательно, производительность отбойки породы (кембрийской глины котлинского горизонта с редкими, тонкими (до У см) линзообразными прослоями глинисто -мергелистого и кварцевого песчаников с крепостью по шкале М. М. Протодьяко-нова f=2 ^ 2,5) составит 4,03 м3/ч (см. рис. 2). В случае явно выраженного кливажа течения и кливажа разлома в забое выработки породы разрушаются на параллельные плиты различной толщины, при этом производительность отбойки молотками может увеличиться до 18
3
м /ч.
В варианте проходки выработки проходческим комплексом, агрегатирован-ным манипулятором со сменными
\ *
юоо юоо
Рис. 1. Технологическая схема проходки спецвыработок с использованием проходческого агрегата на основе крепеустановщика, агрегатированного серийным манипулятором: 1 - стойка; 2 - рама несущая; 3 - раскосы; 4 - рычаг крепеустановщика; 5 - платформа; 6 - механизм подачи манипулятора на забой; 7 - тюбинг; 8 - манипулятор машины фирмы Brokk; 9 - продольно-режущая фреза; 10 - поворотная платформа машины фирмы Brokk; 11 - самоходная машина фирмы Brokk легкой серии; 12 - навесное оборудование
Рис. 2. Производительность отбойки породы без щита методом сплошного забоя с использованием отбойных молотков ^ОМ) и проходческим комплексом, оснащенным различными ис-
полни^ЪельнЫми органами ^фрезы, Qгидvоvдаvника)^
Ф рфрезы; Упб=0,1 м/с — — рфрезы; Упб=0,08 м/с
------- рфрезы; Упб=0,05 м/с — - ♦ - — рфрезы; Упб=0,02 м/с
— <■ д рк, гидроударника А ру, гидроударника
X ром, с закварцованными прослоями твердых включений X ром, с кливажом в забое
исполнительными органами, для разработки 56,5 м3 объема грунта с помощью гидроударника или гидравлической фрезы потребуется не более 1 смены. Следовательно, производительность отбойки кембрийской глины с встречающимися твердыми прослоями глинисто — мергелистого и кварцевого песчаников с крепостью f=2 ^ 2,5 составит (см. рис. 2): для гидроударника - 3,88 м3/ч; для гидравлической фрезы со скоростью боковой подачи 0,02 м/с, принятой на основании экспериментальных данных для условий шахт ОАО «Метрострой», -5,64 м3/ч.
Расчет производительности отбойки породы гидроударником и фрезой выполнялся по стандартным методикам, а производительность отбойки породы отбойными молотками Q^ рассчитывалась на основе планограмм проходческих работ по данным шахты № 614 для забоев участка станции «Пушкинская» (объект ЗАО «Тоннельный отряд — 3»).
Анализ зависимости производительности проходки от крепости пород по шкале М. М. Протодьяконова (см. рис. 2.) для различных вариантов исполнительных органов показывает, что для условий шахт ОАО «Метрострой» производительность фрезы недостаточно велика и меньше производительности гидроударника.
Так как в реальных условиях для отработки забоя необходимо использовать гидроударник большой мощности, что может привести к «расколу забоя», то далее гидроударник рассматривается в качестве исполнительного органа по отработке забоя с крепкими прослойками [2]. Гидравлические фрезы продольного вращения, например немецкой фирмы ERKAT, могут широко применяться для отбойки глиняного за-
боя, так как они имеют небольшие габариты, вес, выпускаются для проведения специальных подземных работ и тоннелестроении.
Работа комплекса будет осуществляться следующим образом. Гидравлическая фреза продольного вращения под воздействием гидроцилиндров манипулятора, рычага, а также гидроцилиндров платформы, связанных с основанием манипулятора, выставляется в начальное положение. После включения привода исполнительного органа (ИО) и выдвижения гидроцилиндра рычага манипулятора происходит зарубание фрезы (или гидроударника) в породу забоя. Затем под действием привода поворотного редуктора основания манипулятора и гидроцилиндров манипулятора фреза (гидроударник), перемещаясь согласно выбранной траектории, производит отбойку породы. Отработав забой на ширину кольца тюбинговой обделки, манипулятор машины устанавливаем в положение, при котором не будет мешать во время работы рычага крепеустановщика и манипулятора машины Brokk, отрабатывающего нижнюю часть забоя. После полной отработки забоя рычагом крепеустановщика устанавливаем тюбинговую обделку. Цикл повторяется.
Таким образом, внедрение разработанного комплекса и технологии отработки забоя позволит исключить ручные работы с использованием отбойных молотков, увеличить скорость проходки, повысить безопасность ведения работ, улучшить условия труда горнорабочих и производить более точное профилирование контура выработки.
_____________ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
