CC BY
67
24
Е.В. Курехин
ции резерва производительности экскаватора. При выборе модели экскаватора его производительность должна рассчитываться с учетом выполнения этих видов работ.
2. При проектировании технологических схем разработки наносов в конкретных условиях рекомендуется выбирать их из широкого диапазона описанных выше структур.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Курехин Е.В. Выемка маломощных пластов гидравлическими экскаваторами зарубежного произ-водства/Курехин Е.В.// Вестн. Кузбасского гос. тех. унив., 2008. № 3. с. 3-5.
2. Угольная база России. Том II. Угольные бассейны месторождения Западной Сибири (Кузнецкий, Горловский, Западно-Сибирский, бассейны; месторождения Алтайского края и Республики Алтай). - М.:
ООО «Геоинформцентр», 2003. - 604 с.
3. Рыбаков Б.Н. Исследование и обоснование технико-технологических условий обеспечения полноты выемки пластов угля на карьерах Кузбсса. Автореф. Диссерт. М. 1980 г. - 22 с.
4. Мельников Н.Н. Технология применения и параметры карьерных гидравлических экскавато-ров/Н.Н.Мельников, Д.Г.Неволин, Л.С. Скобелев //Отв.ред. Н.Н. Мельников. - Апатиты: Кольский научный центр РАН. - 1992. - с. 210.
5. Томаков П.И. Гидравлические обратные лопаты для разработки сложноструктурных месторождений Кузбасса/ П.И.Томаков, А.С.Ненашев, Б.Н.Рыбников//: Обзор/ЦНИЭИуголь. - М., 1984. - с. 49.
□ Автор статьи
Курехин Евгений Владимирович
- канд. техн. наук, доц. каф. «Открытые горные работы» ГУ КузГТУ.
Тел. 8-(384-2)-58-30-59. e-mail: kev.ormpi@kuzstu.ru
УДК 622.002.5
В.В. Аксенов, А.Б. Ефременков, М.Ю. Блащук, В.Ю. Тимофеев
ОБОСНОВАНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ РАЗРАБОТКИ ТРАНСМИССИИ ГЕОХОДОВ
Формирование и использование подземного пространства является одним из приоритетных направлений развития промышленности до 2020 г. При этом сооружение подземных выработок представляет собой трудоемкий и требующий больших капитальных вложений процесс. В условиях развивающихся рыночных отношений особо остро стоят задачи повышения скорости проходки, производительности труда, безопасности, а также снижения капитальных затрат и себестоимости ведения горнопроходческих работ.
За последние 10 лет технико-экономические показатели скорости проходки не только не улучшаются, но в ряде показателей появились тенденции к ухудшению. В связи с этим назрела необходимость разработки новых технологий, которые могли бы ускорить процесс проходки, снизить его себестоимость и энергоемкость, а главное повысить безопасность.
Для проведения подземных горных выработок наибольшее распространение получили технологии с использованием традиционного оборудования - проходческих комбайнов и щитов. В то же время, давно и широко используемое при ведении горнопроходческих работ и строительстве подземных сооружений оборудование, имеет сущест-
венные недостатки:
- невозможность движения проходческого оборудования в массиве горных пород в различных направлениях;
- сложность создания достаточных усилий тяги и напорных усилий на исполнительном органе для разрушения крепких горных пород;
- невозможность полностью обеспечить безопасность ведения горных работ в призабойной зоне.
На протяжении многих десятков лет повышение производительности традиционного горнопроходческого оборудования идет по пути увеличения его мощности и металлоемкости. В настоящее время масса, например, проходческого комбайна уже достигает 75 т (проходческий комбайн КСП-42), а проходческих щитов - существенно больше. Увеличение массы комбайнов и щитов ведет, в первую очередь, к увеличению материальных, стоимостных и трудовых затрат, а также к снижению их маневренности и ограничению области применения в части углов наклона и прочностных характеристик пород почв проводимой выработки.
При работе традиционного проходческого оборудования, например, проходческого комбайна
а б
Рис.1. Экспериментальные образцы геоходов: а - ЭЛАНГ-3, б - ЭЛАНГ-4
для создания силы тяги и напорного усилия на исполнительном органе не используется прикон-турный массив горных пород и, как правило, «участвует» только почва проводимой выработки, т.е. поверхность, расположенная на контакте твердой и воздушной сред, а при щитовом способе проходки - постоянная крепь.
На основании проведенных коллективом авторов ИУУ СО РАН исследований [1, 2] был предложен совершенно иной, инновационный подход [3] к процессу проведения горных выработок - изначально проходку выработок необходимо рассматривать как процесс движения твердого тела (проходческого оборудования) в твердой среде и только потом, как процесс образования полости в массиве горных пород. При этом прикон-турный массив пород должен использоваться как опорный элемент, воспринимающий реактивные усилия от горнопроходческого оборудования при выполнении им основных технологических операций. Такой принцип функционального совмещения основного движения (подачи на забой) и процесса резания горных пород дал название геовин-честерной технологии (ГВТ) проведения горных выработок.
Геовинчестерная технология - это процесс механизированного проведения горных выработок с формированием и использованием системы законтурных винтовых и продольных каналов, при котором операции по разработке забоя, уборке горной массы, креплению выработанного пространства, а также перемещению всей проходческой системы на забой осуществляются в совмещенном режиме [1].
Область применения в будущем данной технологии, в виду ее большей универсальности [2], по сравнению, например, с щитовым способом проходки, видится довольно широкой. Возможно многоцелевое применение ГВТ:
- проходка горных выработок различного пространственного расположения (в том числе возможно создание агрегата для проходки выработок при проведении спасательных работ в чрезвычайных ситуациях на горнодобывающих предприятиях и при ликвидации последствий техногенных
катастроф);
- сооружение подземных транспортных магистралей (метрополитена, железнодорожного
транспорта и автотранспорта);
- сооружение подземных хранилищ различного назначения;
- подземная прокладка трубопроводов при преодолении естественных и искусственных препятствий и др.
Базовым элементом геовинчестерной технологии является щитовой проходческий агрегат -геоход [2].
Геоход - это аппарат, движущийся в подземном пространстве с использованием геосреды [1]. Геоходы представляют собой новый класс горнопроходческой техники.
В процессе создания геохода в конце прошлого века группой ученых и инженеров были проведены научно-исследовательские и опытноконструкторские работы, в ходе которых была разработана методика расчета силовых параметров привода геохода, а также математическая модель, в первом приближении, описывающая взаимодействие геохода с окружающей его геосредой. В результате были созданы экспериментальные образцы геоходов ЭЛАНГ-3 и ЭЛАНГ-4, а геоход ЭЛАНГ-3 прошел натурные испытания, что доказало принципиальную возможность нового способа перемещения. На рис. 1 представлены экспериментальные образцы геоходов.
В созданных конструкциях было достигнуто:
- снижение металлоемкости проходческого агрегата по сравнению с проходческими щитам того же диаметра;
- снижение энергопотребления при проходке;
- возможность проведения горных выработок в сложных горно-геологических условиях;
- возможность проведения выработок под различными углами наклона относительно горизонта.
Как и в любом движущемся агрегате, в геоходе для обеспечения требуемого усилия на внешнем движителе необходимо устройство для преобразования энергии от силовой установки и передачи его на внешний движитель - трансмиссия. Перемещение проходческих машин - комбайнов
26 В.В. Аксенов, А.Б. Ефременков, М.Ю. Блащук, В.Ю. Тимофеев
или проходческих щитов, происходит с применением трансмиссии. Для проходческого комбайна это коробка скоростей гусеничного привода, а для проходческого щита - распорные устройства.
Следует отметить, что данные приводы и трансмиссии изначально были разработаны для машин и агрегатов, выполняющих различные строительные и землеройные работы на поверхности, т. е. предназначены для работы на поверхности контакта твердой и воздушной сред.
Для движения геоход использует непосредственно саму геосреду. Основная нагрузка при создании усилия тяги и напорных усилий на исполнительном органе приходится на трансмиссию проходческого агрегата. Так как именно трансмиссией определяются достижимые силовые параметры геохода и скорость продвижения его в геосреде, то особое значение приобретают вопросы, связанные с разработкой конструкции трансмиссии геохода и определением ее техникоэксплуатационных параметров.
Рис. 2. Расположение гидроцилиндров трансмиссии в геоходе ЭЛАНГ-3
Роль трансмиссии в экспериментальных образцах геоходов ЭЛАНГ-3, ЭЛАНГ-4 выполняли гидроцилиндры (рис. 2), расположенные по хордам окружностей. Преимущества такого решения:
- создается большой крутящий момент при включении гидроцилиндров перемещения для вращения головной секции;
- не загромождается призабойное пространство;
- отсутствует необходимость в упоре в ранее возведенную постоянную крепь.
Однако у данного привода есть и недостатки:
- сложность синхронизации действия всех гидроцилиндров;
- цикличность продвижения геохода;
- закрутка рукавов высокого давления в процессе вращения головной секции;
- возможность перекоса штока и поршня цилиндра вследствие продвижения вперед головной секции.
Практическое отсутствие исследований и наработок в этой области обусловливает необходимость рассмотреть возможные варианты создания адаптивной трансмиссии способной развивать необходимые силовые параметры и обеспечивать непрерывность движения самого геохода. Кроме того, эта необходимость продиктована проводимыми в настоящее время работами по созданию новых конструкций геоходов
В связи с этим работы, направленные на создание одной из основных систем геохода - трансмиссии, напрямую определяющей его работоспособность, являются, безусловно, актуальными.
Одним из направлений таких работ должно стать обоснование силовых и конструктивных параметров трансмиссии геохода.
При этом необходимо решить следующие задачи:
- выработать требования к трансмиссии геохода;
- разработать компоновочные схемы и конструктивные решения трансмиссии геохода;
- разработать математическую модель взаимодействия элементов трансмиссии;
- разработать методику расчета силовых и конструктивных параметров трансмиссии геохода;
- определить влияние различных факторов на параметры трансмиссии.
При рассмотрении возможных вариантов трансмиссий геохода необходимо определить граничные условия применения того или иного вида трансмиссии и технические требования к самой трансмиссии, исходя из которых, формируются варианты технических решений всего привода и компоновочных решений геохода.
Граничные условия применения формируются на основании силовых и прочностных характеристик, а также показателей надежности того или иного вида привода. Также имеют значения габаритные размеры применяемого привода, в виду ограниченности пространства выработки и размеров агрегата.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Горбунов В.Ф. Экспертная оценка влияния особенностей нового класса горнопроходческой техники на методику расчета его параметров / В.Ф. Горбунов, В.В. Аксенов, В.Ю. Садовец // Вестник КузГТУ
- 2004. - №6.1. - С.43...45.
2. Аксенов В.В. Геовинчестерная технология проведения горных выработок. - Кемерово: Институт угля и углехимии СО РАН, 2004, 264 с., с ил.
3. Аксенов В.В. Геовинчестерная технология и геоходы - инновационный подход к освоению подземного пространства / В.В. Аксенов, А.Б. Ефременков // «Эксперт-Техника». - 2008. - №1. С. 18...22
4. Структурная матрица геоходов / В.В. Аксенов, В.Ю. Садовец // «Служение делу»: - Кемерово, -2006. - С.90...99.
□Авторы статьи
Аксенов Владимир Валерьевич
- докт. техн. наук, ведущий научный сотрудник ИУУ СО РАН, профессор Юр-гинского технологического института (филиала) ТПУ.ЕшаП: у/ак8епоу@кеш8с.ги
Ефременков Андрей Борисович
- канд. техн. наук, директор. Юргинского технологического института (филиала) Томского политехнического университета, Email: ytitpu@tpu.ru
Блащук Михаил Юрьевич
- старший преп. каф. горно-шахтного оборудования Юргинского технологического института (филиала) Томского политехнического университета, тел. (384-51) 6-05-37,
Тимофеев Вадим Юрьевич
- механик каф. горношахтного оборудования Юргинского технологического института (филиала) Томского политехнического университета, тел. (384-51) 6-05-37, 1у-у1йрш@гашЫег.т
