Обоснование необходимости разработки баровых исполнительных органов геоходов Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© В.В. Аксенов, В.Ю. Садовец, А.В. Дементьев, 2011

УДК 622.002.5

В.В. Аксенов, В.Ю. Садовец, А.В. Дементьев

ОБОСНОВАНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ РАЗРАБОТКИ БАРОВЫХ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ОРГАНОВ ГЕОХОДОВ

Обоснована актуальность исследований, направленных на создание баровых исполнительных органов геоходов. Выявлены достоинства, а также конструктивные, технические и технологические особенности баровых исполнительных органов. Обозначены пути создания технических и конструктивных решений баровых исполнительных органов геоходов.

Ключевые слова: горные машины, геоход, баровый исполнительный орган.

Градиционное представление проходки выработки, как процесса образования полости в горном массиве легло в основу существующих методов проектирования горнопроходческих систем [1]. Они ориентируются на наиболее тяжелые горно-геологические условия, а горнопроходческое оборудование развивается по пути увеличения мощности и металлоемкости. Такой путь развития технологий проведения выработок и проектирования оборудования не всегда оправдан, так как вызывает ухудшение маневренности и ограничение области применения горнопроходческих систем.

Существует другой подход к процессу проведения выработок, основанный на вовлечении геосреды в процесс перемещения проходческого оборудования. Такая технология получила название геовинчестерной, базовым функциональным элементом которой является геоход [2].

Главной особенностью геовинчестерной технологии проведения выработок является жесткая взаимосвязь операции перемещения и отделения, так как процесс идет в режиме - на сколько переместились, столько и отделили.

Выполнение основных технологических функций исполнительного органа влияет не только на процесс разрушения горного массива, но и на работу остальных функциональных устройств геохода в целом. Поэтому важнейшим функциональным устройством геохода является исполнительный орган.

Учитывая сложный характер работы и функциональноконструктивные отличия, нами сформулированы основные требования к исполнительным органам геохода:

1. Должна быть обеспечена возможность замены и взаимозаменяемости исполнительного органа на носителе.

2. Работа исполнительного органа должна осуществляться в строгом соответствии с характером и параметрами подачи геохода на забой.

3. Обязательное формирование и разрушение уступа на забое выработки.

4. Разрушение сформированного уступа должно производиться на свободную поверхность;

5. Должна обеспечиваться низкая энергоемкость разрушения горного массива;

6. Обязательное соответствие геометрических параметров ИО геохода, параметрам винтового движителя.

7. Должен обеспечивать маневренность на трассе выработки.

8. Должна быть возможность полного перекрытия забоя выработки.

9. Обязательное нарезание винтовых и продольных каналов за контуром выработки.

Существующие породоотделяющие органы проходческих машин ни конструктивно, ни функционально не соответствуют предъявляемым к исполнительным органам геоходов требованиям.

В настоящее время разработаны конструктивные решения и определены силовые параметры ножевых исполнительных органов геоходов. К сожалению, область применение таких исполнительных органов ограничивается крепостью разрушаемых пород /<■ 1 по шкале проф. М.М. Протодьяконова. Что обуславливает необходимость разработки конструктивных и силовых параметров исполнительных органов геоходов, предназначенных для разрушения пород крепостью /<4 по шкале проф. М.М. Протодьяконова [3].

Наиболее перспективными конструктивными решениями, позволяющими проведение выработки по породам средней крепости, являются баровый и барабанный исполнительные органы геохода [4], сравнительный анализ которых представлен в табл. 1.

70

Таблица 1

Сравнительный анализ баровых и барабанных исполнительных органов

Баровые Барабанные

Достоинства Недостатки Достоинства Недостатки

Простота конструкции и эксплуатации Малая долговечность рабочих органов, особенно с грунтом содержащим инородные включения Позволяет эффективно работать на крепких и вязких породах Отсутствует погрузочная способность, требующая обязательного применения погрузочных щитков

Работают в любых климатических условиях Высокое пылеобразо-вание Возможность оснащения меньшим приводом Низкий КПД привода

Применение различных разрушающих элементов (зубья, резцы, шарошки) Сравнительно большие затраты мощности Позволяет работать на крутонаклонных пластах Разрушается разное количество породы в центре и по краям исполнительного органа

Простота монтажа и демонтажа изношенных частей рабочего органа Высокая безотказность как самих барабанов, так и систем их подвески и регулирования положения по мощности пласта Высокая энергоемкость

Обеспечение разрушения массива под любым углом, относительно движения машины Простота монтажа и демонтажа изношенных частей рабочего органа Диаметр барабана ограничивает высоту уступа

Конструкция исполнительного органа может полностью повторять форму уступа (щели)

71

Разрушение уступа (щели) исполнительным органом различного размера

Скорость экскавации разрушенной породы из траншеи (щели) до шести раз выше скорости обычного экскаватора

Извлекает материала ровно столько, сколько нужно, оставляя траншею (щель) чистой

Рис. 1. Схема барового рабочего органа: Рис. 2. Очистной комбайн широкозахватный типа «Донбасс»

1 - шнековый отвалобразователь; 2 - корпус подшипника; 3 - поддерживающий ролик; 4 - рабочая (скребковая) цепь; 5 - ведущая звездочка; 6 - натяжное устройство; 7 -рама

Выявленные достоинства и недостатки представленных типов исполнительных органов позволяют сделать вывод о том, что баро-вый исполнительный орган обладает достоинствами, которые удовлетворяют предъявляемым требованиям к исполнительным органам геоходов. Поэтому наиболее перспективным направлением исследований является обоснование конструктивных и силовых параметров барового исполнительного органа геохода.

Бар (англ., bar, — полоса металла) - исполнительный орган горной машины или его часть (рис. 1); представляет собой направляющую раму, в ручье которой движется режущая цепь. При работе бар движется в вертикальной плоскости при поступательном перемещении всей машины, в результате чего грунт разрушается и выносится цепью на поверхность. Современная врубовая машина оборудуется устройством для механической заводки бара в пласт и вывода его из вруба, снабжается приспособлением для удаления штыба - расштыбовщиком и оросительным устройством для гашения пыли во время зарубки. Вынесенный на поверхность грунт отодвигают шнековым транспортером в стороны от траншеи

По конфигурации получаемой врубовой щели бары подразделяются на:

• Плоские,

• Изогнутые

• Z-образные

• Кольцевые

• Контурные или шарнирно-складывающиеся.

Наибольшее распространение у врубовых машин получили плоские и изогнутые бары, у добычных комбайнов - кольцевые и контурные. Шарнирно-складывающийся бар состоит из шарнирно-сочлененных звеньев, образующих замкнутый контур, что позволяет складывать бар при холостом перегоне комбайна. Отрезной бар применяется для отделения пачки пласта полезного ископаемого от забоя.

Одним из важнейших компонентов баровой установки являются цепи. Они обеспечивают механизацию землеройных процессов. Цепи баровые различаются количеством соединяющих кулаки планок. Бывают однопланочные и двухпланочные.

Также бывают беспланочные цепи - в них соединение кулаков осуществляется с помощью шарниров. Цепь состоит из кулаков,

соединенных между собой пальцами. В кулаках устанавливаются резцы с напаянными на них твердосплавными пластинами.

Существуют зимние, летние и универсальные цепи, которые определяют область применения барового исполнительного органа. Основные виды и конструктивнотехнические особенности баровых цепей представлены в

К основному недостатку баровых машин относится малая долговечность рабочих органов, особенно с породами, имеющими твердые включения. Выбор наиболее качественных, и, как следствие, долговечных режущих материалов, а также быстрая смена цепей позволяет практически игнорировать этот недостаток.

Для сравнения существующих типов баровых цепей, представленных в таблице выше, были введены следующие критерии оценки:

Крепость разрушаемого массива по шкале проф.

М.М. Протодьяконова, /:

• А1 - охватывает небольшой диапазон (1-2);

• А2 - сравнительно большой диапазон (1-3);

• А3 - большой диапазон (1-5).

Специальные возможности исполнительного органа:

• В1 - массив пород не имеет включений (однороден);

• В2 - разрушение породы с твердыми включениями;

• В3 - возможность разрушения породы с включениями крепких скальных пород.

Кинематические параметры (скорость) движения исполнительного органа:

• С1 - низкая (м/ч);

• С2 - средняя (м/ч);

Рис. 3. Проходческий комбайн типа ШБМ-1

74

Таблица 2

Основные типы баровых цепей

№ Название Внешний вид Область применения Отличительные особенности

Шаг, мм Ширина, мм Крепость f

1 Цепь универсальная 100 200 1-2 Для работы по мерзлым и талым грунтам

2 Цепь режущая 2086 £5 100 200-400 1-3 Представляет собой роликовую цепь

3 Цепь рабочая ЭТЦ-165-0081 (зимняя) 76 180-400 1-3 Режущими элементами являются вращающиеся резцы с победитовыми наконечниками

75

4 Цепь ЭТЦ- 165-7800 (летняя) 100 200-400 1-3 Скребки выполнены из конструкционных сталей с наплавкой твердосплавным электродом Т-590

5 Цепь “аллигаторного” типа Ш&* *} и ■ІГ®* ■ 100 180-400 1-5 Позволяют изменять ширину отрываемой траншеи, не меняя полотна цепи. Допускается включения камней в грунте до 250 мм

76

Таблица 3

Сравнительный анализ баровых цепей

№ Наименование Крепость / Конструкционная особенность Скорость прохода Смена цепи Дополнительные возможности

1 Цепь рабочая ЭТЦ-165-0081 (зимняя) А2 За счет оригинальной конструкции резцов усилие резания грунта снижается до 30% С1 D1 В1

2 Цепь ЭТЦ-165-7800 (летняя) А2 Сменные режущие элементы, позволяют изменять ширину отрываемой траншеи, не меняя полотна цепи С1 D3 В2

3 Цепь универсальная А1 Режущими элементами являются вращающиеся резцы с победитовыми наконечниками С1 D2 В1

4 Цепь 2086.01.02.05002 А3 Лопатки выполнены из конструкционных сталей с наплавкой твердосплавным электродом Т-590 С2 D3 В1, В2

5 Цепь “аллигаторного” типа А3 С твердосплавными пластинами, установленные по одному на каждом звене цепи С3 D3 В1, В2, В3

• С3 - высокая (м/ч).

Смена разрушающих элементов или замена самой цепи:

• Б1 - сложность замены;

• Б2 - позволяет замену;

• Б3 - быстрая замена;

Из данных, приведенных в табл. 2 «Основные типы баровых цепей», были выделены цепи которые отвечают требованиям не только к исполнительным органам геоходов, но и к геовинчестерной технологии проведения выработок. Это цепи: «аллигаторного типа» и «Цепь 2086.01.02.050-02».

Одной из главных особенностей баровых исполнительных органов является его форма, которая в зависи-мости от требований, предъявляемых к функциональным устройствам горнопроходческой техники, может изготавливаться различной формы. Это дает возможность выполнить баровый исполнительный орган в форме геликоида, соответствующей конструкции исполнительного органа геохода.

Выше изложенный материал подтверждает актуальность работы по обоснованию возможности применения баровых исполнительных органов в геовинчестерной технологии формирования подземного пространства, а также внедрения их в новый класс горнопроходческой техники - геоходов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- разработать конструктивные и технические решения баровых исполнительных органов геоходов, основываясь на формировании структуры исполнительного органа геохода, используя структурный портрет горнопроходческой техники;

- разработать модель взаимодействия барового исполнительного органа с геосредой;

- разработать методику расчета силовых параметров барово-го исполнительного органа;

- определить влияние геометрических и силовых параметров барового исполнительного органа на силовые параметры геохода.

Разработка нового типа исполнительного органа геохода позволит существенно расширить область применения и возможности нового класса горнопроходческой техники.

1. Солод В.И., Гетопанов В.Н., Рачек К.М. Проектирование и конструирование горных машин и комплексов. - М.: Недра, 1983.

2. Винтоповоротные проходческие агрегаты / А.Ф. Эллер, В.Ф. Горбунов, В.В. Аксенов. - Новосибирск: ВО «Наука». Сибирская издательская фирма, 1992. - 192 с.

3. Обоснование необходимости создания исполнительных органов геоходов для разрушения пород средней крепости / В.В. Аксенов, В.Ю. Садовец, В.Ю Бегляков - Совершенствование технологии строительства шахт и подземных сооружений. Материалы международной научно-технической конференции, вып. 15. - Донецк: «Норд-Пресс», 2009, с. 2-4.

4. Аксенов В.В., Садовец В.Ю. Синтез технических решений исполнительных органов геоходов // Вестник КузГТУ - 2006. - № 6. - С. 64-68. И5гд=1

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -------------------------------

Аксенов В.В. - доктор технических наук, профессор, Садовец В.Ю. - кандидат технических наук, доцент, Дементьев А.В. -

Юргинский технологический институт ТПУ, е-таіі: v.aksenov@icc.kemsc.ru, begljakov@ramble.ru

А