CC BY
7
© В.В. Аксенов, В.Ю. Садовец, 2012
В.В. Аксенов, В.Ю. Садовец
ОЦЕНКА НЕОБХОДИМОСТИ СОЗДАНИЯ КРЕПЕВОЗВОДЯЩЕГО МОДУЛЯ ГЕОХОДА И ЕГО ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
Обоснована актуальность исследований, направленных на создание функциональных устройств крепевозводяшего модуля геохода. Проведена оценка наличия функциональных модулей, выполняюших технологические операции по образованию полости в подземном пространстве, в сушест-вуюших конструкциях геоходов. Обозначены пути создания технических и конструктивных решений функциональных устройств крепевозводяшего модуля геохода.
Ключевые слова: горные машины, геовинчестерная технология, геоход, крепевозводяший модуль.
По прогнозам мирового научно-технического развития приоритетных технологий на 2000—2020 гг. по группе «Использование подземного пространства» особо важными являются научно-технологические разработки, связанные с созданием новых технологий сооружения сети подземных грузопотоков, строительства автотрасс и железных дорог на значительной глубине.
Традиционное представление технологии проведения выработки определяется совокупностью способов и средств, применяемых для создания в массиве пород полости, обеспечивающей в течение определенного времени свое функциональное назначение. При этом под способами понимается определенный, увязанный во времени и в пространстве порядок выполнения основных и вспомогательных процессов, а также соответствующее этому порядку расположение оборудование.
Для образования полости в подземном пространстве необходимо выполнять четыре основных технологических операции: отделение горной массы, уборка и транспортирование отделенной горной массы, крепление образовавшегося пространства и перемещение оборудования на забой выработки.
Каждая технологическая операция выполняется либо индивидуальной горной машиной, входящей в комплекс проходческого оборудования, либо соответствующим функциональным модулем, установленном на едином носителе.
Развитие существующих технологий проведения выработок идет по пути увеличения мощности и металлоемкости оборудования, и практически исчерпали свои возможности в увеличении производительности, обеспечении безопасности работ и расширения области применения. Поэтому наиболее актуальным является создание принципиально нового, альтернативного подхода для формирования подземного пространства [1].
Геовинчестерная технология проведения горной выработки — процесс механизированного проведения горных выработок с формированием и использованием системы законтурных винтовых и продольных каналов, в котором операции по разработке забоя, уборке горной массы, креплению выработанного пространства, а также перемещению всей проходческой системы на забой осуществляются в совмещенном режиме. Вовлечение приконтурного массива горных пород достигается введением дополнительной технологической операции — формирования системы законтурных каналов. Базовым элементом геовинчестерной технологии является — геоход [2].
На рис. 1 и 2 представлены первые экспериментальные образцы геоходов
Основной особенностью геохода является расположение всех функциональных модулей на едином носителе, позволяющей совмещать все технологические операции по образованию полости в подземном пространстве во времени.
Рис. 1. Экспериментальный обра- Рис. 2. Экспериментальный зец геохода ЭЛАНГ-3 диаметром образец геохода ЭЛАНГ-4 диа-3 м метром 4 м
Основными функциональными модулями геоходов являются:
• носитель — обеспечивающий перемещение геохода в среде вмещающих пород и создании напорных усилий;
• исполнительный модуль — разрушающий забой горной выработки, а также формирующий систему законтурных винтовых и продольных каналов, для перемещения геохода в геосреде;
• породоуборочный модуль — загружающий отделенную горную массу на устройство транспортирования;
• крепевозводящий модуль — устанавливающий постоянную крепь, имеющую специальную конструкцию для использования системы законтурных каналов выработки.
Многие функциональные модули не имеет аналогов в горном машиностроении, обладают основополагающими отличиями по назначению и принципу работы от всех существующих систем горнопроходческих комбайнов и проходческих щитов.
Основными проблемами, стоящими на пути развития геовинчестерной технологии образования подземного пространства являются:
• обоснование функциональных устройств геоходов, включая создание принципиально новых конструкций крепи горных выработок и полостей в подземном пространстве.
• проработки большого количества компоновочных и конструктивных решений по всем функциональным устройствам и элементам геохода.
• разработки методик расчета силовых и конструктивных параметров геоходов и их устройств.
Оценка наличия конструктивных решений функциональных модулей геоходов ЭЛАНГ-3 и ЭЛАНГ-4, а также методики их расчета представлена в табл. 1.
Отсутствие в геоходе крепевозводящего модуля, его обоснованных технических решений, а также методик расчета конструктивных, силовых и прочностных параметров функциональных элементов крепеустановщика, адаптивного к установке различного типа крепи, делают геовинчестерную технологию проведения выработок не завершенной.
Поэтому работа, направленная на создание методологии разработки и обоснования функциональных и конструктивных элементов крепевозводящего модуля является актуальной.
¡о Таблица 1
Существующие функциональные модули геоходов
Функциональ- ЭЛАНГ-3 ЭЛАНГ-4
ным модуль Тип Конструк- Методика Тип Конструк- Методика
тивные расчета тивные расчета
решения решения
Носитель Состоит из трех секций, есть есть Состоит из двух секций; есть есть
с винтовым движителем винтовой движитель
на каждой секции. располагается на
Формирует только головной, а на хвостовой
винтовой канал за элементы проти-
контуром выработки. вовращения (стрингеры).
Формирует продольные
и винтовые каналы за
контуром выработки.
Исполнитель- Ножевой (крепость есть есть Барабанный (крепость есть есть
ный разрушения по шкале разрушения по шкале
модуль Протодьяконова { до 1). Протодьяконова { до 4).
Не нарезает винтовой Нарезает винтовой ка-
канал. нал.
Породо- Пресспогрузчик есть есть Роторный есть есть
уборочный
крепь Отсутствует нет нет Отсутствует нет нет
возводящий
модуль
Крепевозводящий модуль геохода — это функциональное устройство, предназначенное для возведения постоянной крепи, приспособленное под условия и учитывающее возможности геовинчестерной технологии проведения выработок.
На сегодняшний день выявлено, что:
Отсутствуют:
• требования к функциональным устройствам крепевозво-дящего модуля;
• конструктивные решения крепевозводящего модуля геохода и его вспомогательных функциональных элементов;
• компоновочные решения расположения крепевозводяще-го модуля относительно носителя геохода;
• методики расчета конструктивных и силовых параметров крепевозводящего модуля, адаптивных к работе в различных условиях.
Не исследованы:
• возможность работы крепевозводящего модуля в непрерывном режиме;
• способность работы крепевозводящего модуля по установке различного вида крепи;
• влияние компоновочных решений расположения крепевозводящего модуля на НДС хвостовой секции геохода;
• возможность минимизации массово-габаритных характеристик крепевозводящего модуля, для увеличения свободного пространства внутри геохода;
• обоснование необходимости подготовки системы законтурных каналов для установки постоянной крепи.
Не проработаны вопросы:
• расчета на прочность элементов крепления крепевозво-дящего модуля к хвостовой секции геохода;
• создания обоснованных конструктивных решений функциональных устройств и элементов крепевозводящего модуля;
• разработки функциональных устройств и элементов для подготовки системы винтовых и продольных каналов для установки постоянной крепи.
Для достижения поставленной цели — создание научных основ разработки функциональных устройств по возведению постоянной крепи в условиях геовинчестерной технологии проведения выработок, необходимо решить следующие задачи:
• обосновать принцип и разработать структуру функционального устройства по возведению постоянной крепи для проведения выработок в условиях геовинчестерной технологии и сформулировать требования к крепевозводящему модулю геохода;
• разработать обоснованные варианты конструктивных решений функциональных устройств и вспомогательных элементов крепевозводящего модуля геохода для возведения постоянной крепи;
• наработать обоснованных вариантов компоновочных решений расположения крепевозводящего модуля относительно носителя геохода в зависимости от условий проведения выработки;
• разработать модель взаимодействия функциональных устройств крепевозводящего модуля с элементами хвостовой секции геохода;
• разработать методику расчета и проектирования устройств и элементов крепевозводящего модуля геохода, учитывающую конструктивное и компоновочное решение функционального устройства по возведению постоянной крепи;
• выбрать области применения конструктивных решений крепевозводящего модуля, для которых спроектировать и изготовить опытные образцы, а также провести экспериментальную оценку их пригодности и работоспособности в условиях геовинчестерной технологии проведения выработок
- 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. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Аксенов Владимир Валерьевич — доктор технических наук, ведущий научный сотрудник, заведующий лабораторией, е-шаП: v.aksenov@kemsc.ru, Институт угля и углехимии Сибирского отделения РАН (ИУУ СО РАН), Юр-гинский технологический институт (филиал) Томского политехнического университета,
Садовец Владимир Юрьевич — кандидат технических наук, доцент, е-шаП: vsadovec@yandex.ru, Юргинский технологический институт (филиал) Томского политехнического университета.
