CC BY
17
УДК 622.002.5
ОБОСНОВАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К УСТРОЙСТВАМ ПРОТИВОВРАЩЕНИЯ ГЕОХОДОВ
В.В.Аксенов1, А.Б.Ефременков2, В.Ю.Садовец3, Е.В.Резанова4
1Институт угля и углехимии Сибирского отделения РАН, 650610, г. Кемерово, ул. Рукавишникова, 21.
2Юргинский технологический институт (филиал Томского политехнического университета),
652055, г. Юрга, ул. Ленинградская, 26.
3,4Кузбасский государственный технический университет,
650026, г. Кемерово, ул. Весенняя, 28.
Обоснована актуальность исследований, направленных на создание одного из функциональных устройств, определяющих работоспособность геоходов, - устройства противовращения. Выявлены конструктивные, технические и технологические особенности элементов противовращения экспериментальных образцов геоходов; сформулированы требования к устройствам противовращения. Обозначены пути создания технических решений устройств противовращения. Ил.2. Табл.1. Библиогр. 4 назв.
Ключевые слова: горные выработки; горные машины; техника и технология разработки месторождений твердых полезных ископаемых; геотехнология; геомеханика; геовинчестерная технология; геоход.
RATIONALE FOR DEMAND IN GEOKHODS- COUNTER-ROTATION DEVICES V.V. Aksenov, A.B. Efremenko, V.Yu. Sadovetz, E.V. Rezanova
Institute of Coal and Coal Chemistry of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences, 21 Rukavishnikov St., Kemerovo, 650610.
Yurga Technological Institute (Branch of Tomsk Polytechnical University) 26 Leningradskaya St., Yurga, 652055. Kuzbass State Technical University, 28 Vesennaya St., Kemerovo, 650026.
The authors prove the urgency of researches aimed at the creation of a functional unit determining the efficiency of geokhods (geomobiles)- counter-rotation devices. They specified structural, technical and technological features of the counter-rotation elements of geokhod experimental designs also they formulated the requirements to counter-rotation devices. The authors outline the ways to create technical solutions of counter-rotation devices. 2 figures. 1 table. 4 sources.
Key words: mine workings; mining machinery; technique and technology of development of solid mineral deposits; geo-technology; geomechanics; geowinchester technology; geokhod (geomobile).
Проведение подземных выработок горнодобывающих предприятий представляет собой трудоемкий и дорогостоящий процесс. Образование полости в подземном пространстве с использованием горнопроходческого оборудования обуславливает необходимость решения вопросов 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 проведения горных работ (ГВТ) [1, 2]. При-контурный массив выработки здесь используется как опорный элемент, воспринимающий реактивные усилия от работы базового элемента ГВТ - геохода.
Геоход - аппарат, перемещающийся в подземном пространстве с использованием геосреды, предназначенный для проходки подземных выработок различного назначения и расположения в пространстве. Принципиальной отличительной особенностью работы геохода является его вращение вокруг продольной оси и одновременное поступательное перемещение на забой выработки [3].
Вращение головной секции носителя геохода обеспечивается за счет расположенных по хордам гидроцилиндров поворота, цапфы штоков которых закреплены на головной секции, а цапфы корпусов крепятся к стабилизирующей секции. При выдвижении штоков, за счет геометрической особенности расположения гидроцилиндров, создается мощный враща-
1Аксенов Владимир Валерьевич, доктор технических наук, ведущий научный сотрудник, тел.: 89089535522, e-mail: v.aksenov@kemsc.ru
Aksenov Vladimir Valerievich, Doctor of technical sciences, senior research worker, tel.: 89089535522, e-mail: v.aksenov @ kemsc.ru
2Ефременков Андрей Борисович, кандидат технических наук, доцент, директор, тел.: (38451)62683, e-mail: ytitpu@tpu.ru Efremenkov Andrey Borisovich, Candidate of technical sciences, associate professor, Director, tel.: (38451) 62683, e-mail: ytit-pu@tpu.ru
Садовец Владимир Юрьевич, кандидат технических наук, доцент, тел.: 89502638475, e-mail: vsadovec@yandex.ru Sadovetz Vladimir Yurievich, Candidate of technical sciences, associate professor, tel.: 89502638475, e-mail: vsadovec@yandex.ru
4Резанова Елена Викторовна, старший преподаватель, тел.: 89045726076, e-mail: elen-rezanova@yandex.ru Rezanova Elena Viktorovna, senior lecturer, tel.: 89045726076, e-mail: elen-rezanova@yandex.ru
тельный момент. При этом, являясь внутренним движителем, гидроцилиндры поворота не только начинают вращать головную секцию, но и передают равный по величине момент, порядка 3500 - 3600 кН-м, на стабилизирующую секцию носителя геохода. Для обеспечения возможности работы геохода необходимо удерживать стабилизирующую секцию носителя от проворота. В противном случае будет вращаться стабилизирующая, а не головная секция геохода.
Задача удержания стабилизирующей секции от проворота обусловила необходимость введения элементов противовращения, которые должны воспринимать реактивный момент и перераспределять его на массив [1, 2]. Элементы противовращения относятся к основным функциональным элементам, напрямую определяющим работоспособность геоходов.
Элемент противовращения - конструктивный элемент геохода, предназначенный для предотвращения проворота стабилизирующей секции, восприятия и перераспределения на окружающий массив реактивного момента от действия силового оборудования (гидроцилиндров перемещения).
Элементы противовращения, являясь одним из важнейших функциональных устройств геохода, 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]. Элементы противовращения геохода ЭЛАНГ-3 представлены на рис. 1.
На промежуточной и стабилизирующей секциях геохода ЭЛАНГ-3 были смонтированы по три элемента противовращения. Выполненные в виде секторов, закрепленные на кольцевых секциях с помощью шарниров и гидродомкратов, конструктивно изогнутые под значительным углом, элементы противовращения врезались в контур выработки и воспринимали реактивный момент от ножей исполнительного органа и сил, препятствующих провороту головной секции. Работа элементов противовращения происходила циклично.
Рис.1. Геоход ЭЛАНГ-3:1 - элементы противовращения
Шахтные испытания геохода ЭЛАНГ-3 показали, что ввиду недостаточной площади контакта элементов противовращения с массивом вмещающих горных пород наблюдался проворот стабилизирующей секции носителя.
Совершенствование функционально-конструктивных элементов геоходов вылилось в разработку вин-топоворотного проходческого агрегата ЭЛАНГ-4. Принципиальным отличием двухсекционного геохода ЭЛАНГ-4 от трехсекционного ЭЛАНГ-3 являлась возможность совмещенного во времени перемещения секций. Для геохода была предложена иная конструкция элементов противовращения - в виде пластин, плоскости которых параллельны образующим цилиндрической оболочки носителя (рис. 2).
Рис.2. Геоход ЭЛАНГ-4:1 - элементы противовращения
Однако в конструкции геохода ЭЛАНГ-4 изначально было заложено противоречие. Исполнительный орган геохода, выполненный в виде барабана с резцами, предназначался для разрушения пород крепостью 1<4^6 (по шкале проф. М.М. Протодьяконова), а элементы противовращения (стрингеры) оснащались ножами, которые могли разрушать породу крепостью до 1<1. Предусмотренные конструкцией окна, предназначенные для возможно активного разрушения пород большей крепости, проблемы не решали. Элементы противовращения остались самым слабым звеном геохода.
Использование в качестве силового звена прикон-турного массива горных пород, наличие дополнительной технологической операции - формирование системы продольных каналов за контуром выработки и необходимость маневрирования геохода по трассе выработки требуют рассматривать элементы противо-вращения как самостоятельное функциональное устройство.
Отсутствие требований, обоснованных конструктивных решений, методик расчета конструктивных и силовых параметров устройств противовращения сдерживают создание новых образцов геоходов. Недостаточно исследованы вопросы возможности работы устройств противовращения в непрерывном режиме, минимизации массово-габаритных характеристик,
вариантов технических решений устройств противо-вращения, адаптивных к работе в различных горногеологических условиях. Требуют проработки вопросы прочности устройств противовращения, возможности их замены и ремонта, уборки и транспортирования отделенной горной массы, управления движением геохода по трассе выработки посредством устройств противовращения.
Для достижения поставленной цели - обоснования конструктивных и силовых параметров устройств противовращения геоходов - необходимо решить следующие задачи:
- сформировать требования к устройствам проти-вовращения геоходов;
- наработать варианты конструктивных решений устройств противовращения;
- разработать методики расчета конструктивных, силовых и прочностных параметров устройств противовращения с учетом различных горно-геологических условий.
Элементы противовращения геоходов ЭЛАНГ-3 и ЭЛАНГ-4 отличаются принципом работы. Некоторые конструктивные, технические и технологические особенности представлены в таблице.
Выделение особенностей и сопоставление с ними существующих технических решений геоходов ЭЛАНГ-3 и ЭЛАНГ-4 показывают, что недостаточное внимание уделено вопросам минимизации массово-габаритных характеристик, прочности элементов противовращения, обеспечению возможности нарезания продольных каналов за контуром выработки для последующей установки постоянной крепи, а также возможности маневрирования геоходом при помощи элементов противовращения.
С учетом конструктивных, технических и технологических особенностей, а также накопленного опыта разработки функциональных устройств геоходов [1, 2] нами сформулированы требования к устройствам противовращения. Устройства противовращения должны:
- предотвращать возможность проворота стабилизирующей секции геохода;
- воспринимать нагрузку от силового оборудования;
- перераспределять нагрузку на окружающий массив горных пород;
- иметь возможность работы в непрерывном режиме;
- обеспечивать возможность изменения направления движения геохода по трассе выработки и возможность реверсирования;
- нарезать продольные каналы за контуром выработки;
- оказывать минимальное сопротивление поступательному движению геохода;
- иметь минимальные из условия прочности массово-габаритные характеристики.
Кроме того:
- должна быть обеспечена уборка отделенной горной массы из нарезанных продольных каналов;
- должна быть обеспечена погрузка отделенной горной массы из продольных каналов в средство транспортирования;
- конструкция и характер крепления устройства противовращения к стабилизирующей секции должны обеспечивать возможность установки элементов постоянной крепи;
- прочность крепления функциональных устройств противовращения к стабилизирующей секции должна быть достаточной с учетом действующих нагрузок;
- должна быть обеспечена возможность ремонта и замены функциональных устройств противовращения.
Разработанные требования к устройствам проти-вовращения являются основой при создании новых образцов геоходов. Исходя из предъявляемых требований, основным функциональным назначением устройств противовращения является:
- предотвращение возможности проворота стабилизирующей секции носителя геохода;
- восприятие и перераспределение на окружающий массив горных пород нагрузок, возникающих при работе силового оборудования геохода;
- формирование продольных каналов за контуром проводимой выработки.
На начальном этапе создания первых экспериментальных образцов геоходов для упорядочения возможных технических решений А.Я. Ткаченко была разработана классификация устройств противовра-щения геоходов [3]. По источнику создания удерживающих сил все возможные устройства противовра-щения были разделены им на три группы: реактивное воздействие окружающего массива, использование гравитационных или инерционных сил. Первая группа
- это традиционные средства удержания от проворота [3, 4], вторая и третья - рекомендованы им в случае невозможности применения по различным причинам устройств противовращения первой группы.
Предложенная классификация, по мнению автора, показывает возможные пути создания устройств противовращения. Однако она предусматривает развитие принципиальных и конструктивных решений только в направлении предотвращения возможности проворота стабилизирующей секции носителя геохода и восприятия нагрузок.
В классификации не отражены:
- необходимость формирования продольных каналов за контуром проводимой выработки и перераспределения нагрузок на массив горных пород;
- направление в развитии функциональных элементов устройств противовращения для уборки отделенной горной массы из продольных каналов;
- обеспечение возможности маневрирования геохода в геосреде по трассе проводимой выработки с помощью устройств противовращения.
Кроме того, в предложенной классификации устройства противовращения, работающие на основе гравитационных и инерционных сил, не могут взаимодействовать с окружающим массивом пород, что противоречит их изначальному функциональному назначению.
Особенности элементов противовращения геоходов ЭЛАНГ-3 и ЭЛАНГ-4
№ п/п Особенности элементов ЭЛАНГ-3 ЭЛАНГ-4
Конструктивные
1 Геометрическая форма Секторы, изогнутые под значительным углом Пластины - плоскости параллельны образующим цилиндрической оболочки стабилизирующей секции
2 Крепление элементов противовращения к корпусу агрегата Шарнирное -требует установки гидродомкратов Жесткое сварное соединение
3 Минимизация массово-габаритных характеристик Не учтена Не учтена
Технические
4 Влияние усилий гидроцилиндров механизма поворота головной секции Основное влияние Основное влияние
5 Влияние усилий сопротивления массива осевому перемещению элементов противовращения - Оказывают влияние
6 Влияние усилий сопротивления массива тангенциальному перемещению элементов противовращения Оказывают влияние -
7 Наличие реакции породы на элементы противовращения Периодическая Периодическая, постоянная
8 Влияние неравномерного распределения нагрузки за счет уменьшения площади контакта элемента противовращения с породой (разрушение устья продольной разгрузочной щели) Оказывает влияние Оказывает влияние
9 Цикличность изменения удельной нагрузки Цикличная Циклическая, постоянная
10 Возможность постоянного перераспределения реактивных усилий на массив элементом противовращения Невозможно Возможно
11 Учет напряжений, возникающих в элементах противовращения при работе геохода Не учтены Не учтены
12 Учет напряжений в соединениях, применяемых для крепления элементов противовращения к корпусу геохода Не учтены Не учтены
Технологические
13 Периодичность цикла работы элементов противовращения Периодическое вдавливание Периодическое, непрерывное
14 Нарезание продольных каналов за контуром выработки Не осуществляется Осуществляется вручную
15 Возможность работы под любым углом наклона выработки Возможно Возможно
16 Возможность маневрирования геоходом при помощи элементов противовращения Невозможно Невозможно
17 Наличие исполнительных органов, нарезающих продольные каналы за контуром выработки Отсутствуют Отсутствуют
18 Наличие устройств уборки отделенной горной массы при нарезании продольных каналов Отсутствуют Отсутствуют
19 Учет возможности последующей установки крепи Не учтена Не учтена
20 Возможность ремонта и замены элементов противовращения или их составных частей в период работы Возможно Затруднено
Среди возможных путей создания конструктивных решений устройств противовращения геоходов можно выделить два: разработка пассивных или активных устройств противовращения.
Пассивное устройство противовращения - это функциональное устройство или функциональный элемент, назначением которого является только предотвращение проворота стабилизирующей секции носителя геохода. Пассивные устройства противо-вращения, примененные, например, в геоходе ЭЛАНГ-4, обладают рядом недостатков и не способны удовлетворять новым требованиям, предъявляемым к конструкции геохода.
Активное устройство противовращения - это система функциональных элементов, выполняющих функции восприятия и перераспределения нагрузок на окружающий массив горных пород, формирования продольного канала за контуром выработки и уборки отделенной горной массы из продольных каналов. Отличительной чертой активного устройства противо-вращения должно являться наличие собственного исполнительного органа для формирования продольного канала за контуром выработки и конструктивных решений, позволяющих маневрировать геоходом в геосреде по трассе проводимой выработки.
Действительно, сама идея вовлечения геосреды в процесс движения геохода предполагает, что функциональные устройства, взаимодействующие с геосредой, должны по возможности работать активно.
Исходя из функционального назначения, устройство противовращения необходимо рассматривать как систему, состоящую из нескольких, как минимум трех, функциональных элементов:
1. Крыло, непосредственно воспринимающее и перераспределяющее на окружающий массив горных пород нагрузки от работы силового оборудования.
2. Исполнительный орган (ИО), формирующий каналы за контуром проводимой выработки.
3. Средства уборки и транспортирования отделенной горной массы из продольных каналов.
Крыло - это функциональный элемент устройства противовращения, активно взаимодействующий с геосредой за контуром выработки и предназначенный для предотвращения проворота стабилизирующей секции геохода, восприятия и перераспределения на приконтурный массив нагрузок от работы силового оборудования и обеспечения возможности маневрирования геоходом в геосреде по трассе проводимой выработки. Крыло должно удовлетворять следующим требованиям:
- предотвращать возможность проворота стабилизирующей секции носителя геохода;
- воспринимать нагрузку, возникающую при работе силового оборудования геохода;
- перераспределять нагрузку на окружающий массив горных пород;
- обеспечивать возможность изменения направления движения геохода по трассе выработки и возможность реверсирования;
- оказывать минимальное сопротивление движению геохода;
- иметь минимальные массово-габаритные характеристики;
- иметь достаточную для восприятия действующих нагрузок прочность элементов крепления крыла к стабилизирующей секции носителя геохода;
- должна быть обеспечена возможность ремонта и замены элементов конструкции.
В свою очередь исполнительный орган устройства противовращения должен:
- разрушать горную породу (геосреду) для формирования продольных каналов за контуром выработки;
- соответствовать ИО, разрабатывающему забой с учетом крепости разрушаемых пород;
- иметь возможность работы в совмещенном режиме с другими функциональными устройствами геохода;
- прочность элементов крепления ИО к стабилизирующей секции носителя геохода должна быть достаточной для восприятия действующих нагрузок;
- иметь возможность ремонта и замены;
- обеспечивать возможность установки несущих элементов постоянной крепи.
При наработке конструктивных решений средств транспортирования и уборки должны быть решены вопросы:
- уборки отделенной горной массы из формируемых продольных каналов;
- погрузки отделенной горной массы в средство транспортирования;
- прочности элементов крепления средств транспортирования и уборки к стабилизирующей секции носителя геохода с учетом действующих нагрузок;
- возможности ремонта и замены средств транспортирования и уборки отделенной горной массы.
Возможность изменения направления движения геохода по трассе выработки и возможность реверсирования на начальном этапе предполагается обеспечивать за счет конструктивных решений крыла. Позднее, после определения принципиальных решений по маневрированию геохода в геосреде и выделения в системе устройства противовращения функциональных элементов, отвечающих за данную технологическую операцию, к данным элементам будут выработаны требования.
Таким образом, создание активных устройств про-тивовращения является более сложным, но единственно возможным путем развития устройств противо-вращения геохода с точки зрения выполнения ими своих функций.
Функциональное устройство противовращения геохода является системой функциональных элементов, которая должна удовлетворять предъявляемым требованиям.
Конструктивные решения и рабочие параметры функциональных элементов устройства противовра-щения должны быть взаимоувязаны.
1. Эллер А.Ф., Горбунов В.Ф., Аксенов В.В. Винтоповорот-ные проходческие агрегаты. Новосибирск: 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.
Библиографический список
3. Проектирование и расчет проходческих комплексов/Горбунов В.Ф., Аксенов В.В., Эллер А.Ф. [и др.]. Новосибирск: Наука,1987.
4. Клорикьян В.Х., Ходош В.В. Горно-проходческие щиты и комплексы. М.: Недра, 1980. 384 с.
УДК 622.271.3:622.88
ОЦЕНКА ЦЕЛЕСООБРАЗНЫХ СРОКОВ РАСКОНСЕРВАЦИИ УГОЛЬНЫХ РАЗРЕЗОВ С УЧЕТОМ ДИНАМИКИ ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
Е.А.Коробкова1, Б.Л.Тальгамер2
1Черемховский горнотехнический колледж, 665400, Иркутская обл., г. Черемхово, ул. Ленина, 26. 2Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Сделан анализ проектов по консервации угледобывающих объектов, обоснована методика расчета продолжительности консервации, приведен пример обоснования экономически целесообразного срока расконсервации угледобывающего объекта. Ил. 3. Табл. 2. Библиогр. 2 назв.
Ключевые слова: обоснование сроков консервации; методика расчетов.
ASSESSMENT OF ECONOMICALLY ADVISABLE PERIODS OF MINES REACTIVATION SUBJECT TO THE DYNAMICS OF ECONOMIC INDICATORS E.A. Korobkova, B.L. Talgamer
Cheremhovsky mine technical college 26 Lenin St., Gheremhovo, Irkutsk region, 665400. Irkutsk State Technical University 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074
The authors performed the analysis of projects on mining sites conservation. They justified the calculation procedure of conservation duration. The authors gave an example of the rationale of the economically advisable period of coal mining facility reactivation. 3 figures. 2 tables. 2 sources.
Key words: justification of conservation periods; calculation procedure.
В настоящее время из-за нестабильности спроса на уголь и частых изменений тарифов на транспортные услуги рентабельность многих объектов угледобычи резко снизилась. В связи с этим некоторые объекты становятся временно убыточными и консервируются. За последние годы в Иркутской области законсервировано семь объектов. Анализ проектов консервации данных объектов свидетельствует о слабом обосновании сроков консервации, способов и технологий проведения работ. Последнее объясняется отсутствием нормативных документов и единых требований к работам по консервации. Поэтому сроки консервации принимаются весьма ориентировочно и почти во всех случаях близки к десятилетию. Объемы работ по консервации при этом принимаются минимальными.
Опыт консервации показывает, что в ряде случаев
после окончания установленных проектами сроков расконсервации многих объектов не происходит и период консервации продляется. При этом на законсервированном на короткое время объекте продолжаются эрозионные процессы, медленно восстанавливается растительность.
Способ, технология и объемы работ по консервации обусловлены и должны определяться периодом остановки добычных работ. Поэтому одним из самых важных факторов в обосновании требований к консервируемым объектам является продолжительность консервации, которая в настоящее время устанавливается весьма ориентировочно. В связи с этим остается актуальным вопрос о разработке методики определения сроков консервации.
Необходимость в консервации объектов по добыче полезных ископаемых возникает, как правило, из-за
1Коробкова Елена Ананьевна, зам. директора по учебной работе, тел.: (39546) 50590, факс: (39546) 50140,е-mail: cheremgtk@mail.ru
Korobkova Elena Ananievna, Deputy Director on Academic Affairs, tel.: (39546) 50590, fax: (39546) 50140, e-mail: che-remgtk@mail.ru
2Тальгамер Борис Леонидович, доктор технических наук, профессор, декан горного факультета, тел.: (3952) 405197, факс: 40-51-04, е-mail: gor@istu.edu
Talgamer Boris Leonidovich, Doctor of technical sciences, professor, Dean of the Mining Department, tel.: (3952) 405197, fax: 40-5104, e-mail: gor@istu.edu
