Новая проходческая техника Донгипроуглемаша для решения задач



Предыдущая | Следующая

 

Новая проходческая техника Донгипроуглемаша для решения задач своевременной и качественной подготовки фронта очистных работ КОСАРЕВ Василий Васильевич Директор института «Донгипроуглемаш» Канд. техн. наук МИЗИН Вадим Александрович Заместитель директора по научной работе института «Донгипроуглемаш» Горный инженер Одним из основных направлений работы института «Донгипроуглемаш» является создание техники для подготовительных работ, и прежде всего проходческих комбайнов избирательного действия.
Созданные в 1994 – 1996 гг. проходческие комбайны П110 и П220 завоевали популярность на Украине и широко применяются на шахтах России. В настоящее время различным потребителям поставлено более 160 единиц проходческих комбайнов П110 и П220. Накопленный опыт эксплуатации, существенно возросшие требования потребителей к этим комбайнам диктовали необходимость принятия, прежде всего изготовителем комбайнов, срочных мер по совершенствованию базовых моделей – в части расширения функциональных возможностей, оперативного создания различных исполнений под конкретные условия эксплуатации, повышения гарантийного ресурса, эксплуатационной надежности, ремонтопригодности, обеспечения более безопасных и улучшенных условий труда проходчиков.
Для насыщения рынка современными проходческими комбайнами и комплексами на их основе, создания здоровой конкуренции и заинтересованности изготовителей в совершенствовании выпускаемого оборудования институт «Донгипроуглемаш» в 2002 г. приступил к разработке типоразмерного ряда проходческих комбайнов нового технического уровня КПД, КПУ, КПЛ, а также не имеющего аналогов в странах СНГ проходческо-анкеровального комплекса КПА.
Проходческий комбайн среднего класса КПД Первым представителем типоразмерного ряда является проходческий комбайн среднего класса КПД (рис. 1), который предназначен для проведения выработок арочной и прямоугольной формы сечением от 11 до 25 м2 в проходке.
Основными конструктивными особенностями комбайна являются:
- повышенная жесткость системы подвески исполнительного органа, позволяющая снизить до минимума упругие перемещения коронки при резании пород, обеспечить стабильный шаг резания и толщину стружки при разрушении крепких пород и тем самым уменьшить нагрузки на привод и металлоконструкции комбайна, повысить их долговечность;
- стреловидный телескопический исполнительный орган с поперечной осью вращения, эллипсовидной формой коронок и усовершенствованной схемой набора режущего инструмента, обеспечивающий эффективное разрушение горного массива с сохранением устойчивого положения комбайна;
- возможность установки трех типов электродвигателей исполнительного органа: 110, 132 кВт (n = 1500 мин-1), а также 75 кВт (n = 1 000 мин-1), c целью выбора наиболее экономически эффективного режима резания пород различной прочности в диапазоне скоростей резания от 1,6 до 3 м/с;
- погрузочный орган в виде кинематически не связанных друг с другом нагребающих звезд, обеспечивающий высокую производительность при погрузке, возможность эффективной работы в обводненных выработках, удобство при доставке, монтаже, прохождении сбоек, заездов, сопряжений за счет разборной конструкции, состоящей из трех частей;
- скребковый конвейер армирован полосами из износостойкой стали, повышающими его ресурс в 2-3 раза;
- установка охлаждения рабочей жидкости, обеспечивающая ограничение температуры нагрева масла в гидросистеме комбайна не более 65о;
- система высоконапорного наружного орошения, обеспечивающая в 12 – 15 раз снижение концентрации пыли в проходческом забое за счет обволакивания водо-воздушной смесью резцовой коронки;
- аппаратура управления и диагностики, обеспечивающая дистанционное управление комбайном, в т.ч. и беспроводное по радиоканалу.
По требованию заказчика комбайн может оснащаться:
- исполнительным органом с продольно-осевой коронкой;
- специальным исполнительным органом, позволяющим проводить выработки минимальной высоты до 2 000 мм;
- коронками диаметром 1 000 мм для проведения выработок минимальной высоты 2 300 мм;
- активными (с индивидуальным гидроприводом) уширителями погрузочного органа для увеличения фронта погрузки до 4 800 мм;
- двумя гидравлическими бурильными установками для возведения анкерной крепи, которые работают от гидросистемы комбайна;
- устройством крепемонтажным для возведения арочной крепи;
- прицепным ленточным перегружателем длиной от 19 до 40 м, с лентой шириной 800 мм, для погрузки разрушенной горной массы на скребковый и ленточный конвейеры;
- мостовым ленточным перегружателем длиной 40 м, с лентой шириной 800 мм, для погрузки разрушенной горной массы в вагонетки;
- коротким поворотным ленточным конвейером, обеспечивающим эффективную погрузку разрушенной горной массы на транспортные средства при углах поворота ± 60о от продольной оси комбайна, в отличие от традиционного ±35о для других типов комбайнов.
В настоящее время выпущено более 30 комбайнов КПД, которые эксплуатируются на шахтах Украины, а также России — в объединениях ОАО «Воркутауголь» и ООО УК «Южуголь».
В этих объединениях созданы сервисные центры и консигнационные склады, подобраны специалисты для технического обслуживания комбайнов, выполнено оснащение сервисных центров различными стендами, имитирующими работу отдельных систем для обучения обслуживающего персонала шахт навыкам работы на комбайне. Специалистами института и завода-изготовителя оказывается необходимая техническая помощь при вводе в эксплуатацию комбайнов, ведется постоянный контроль за их работой, проводятся технические совещания по дальнейшему совершенствованию отдельных узлов и систем комбайна. В результате этого уже на второй месяц работ многие бригады достигают устойчивых темпов работы 220 – 250 м при максимальных 12 – 14 м/сут.
Основные параметры комбайна КПД приведены в таблице.
Проходческий комбайн тяжелого класса КПУ Вторым представителем типоразмерного ряда является проходческий комбайн тяжелого (до 70 т) класса КПУ (рис. 2),
который предназначен для проведения выработок сечением от 13 до 32 м2 в проходке.
В мировой практике комбайны тяжелого (70 т и выше) класса занимают до 35 % общего парка стреловидных проходческих комбайнов. Основным фактором, определяющим применение проходческих комбайнов, является крепость вмещающих пород. Для расширения их области применения необходимо создавать комбайны, которые могут устойчиво разрушать породы с коэффициентом крепости f ? 8 (?сж ? 120 МПа) и преодолевать отдельные участки выработки с присечкой пород f ? 9ч10 (?сж ? 130?145 МПа). Выполненный анализ горно-геологических условий украинских шахт говорит о том, что эффективной областью работы проходческих комбайнов тяжелого типа могут быть выработки, проводимые с присечкой пород крепостью f = 6ч8 (?сж ? 85?120 МПа), доля которых составляет около 27 % пластовых и 42 % полевых выработок.
Отличительными конструктивными особенностями комбайна КПУ являются:
- исполнительный орган энерговооруженностью 220 кВт, который при массе комбайна 70 т обеспечивает его высокопроизводительную и устойчивую работу по разрушению забоя. Возможность установки двигателей с суммарной мощностью 150 кВт (2х75 кВт) и частотой вращения 1000 мин-1 позволяет получить пониженную в 1,5 раза скорость резания и, тем самым, перейти на оптимальный режим по разрушению крепких абразивных пород;
- погрузочный орган в виде нагребающих звезд, обеспечивающий высокую производительность при погрузке и возможность работы в обводненных выработках;
- гусеничный ход с двумя приводными блоками (впереди и сзади) на каждой гусеничной тележке, обеспечивающий высокое тяговое усилие, что особенно важно при работе на уклоне;
- система высоконапорного внешнего орошения;
- оснащение комбайна средствами для возведения анкерной и арочной крепи;
- дистанционное управление комбайном, в т.ч. радиоуправление.
Основные параметры комбайна КПУ представлены в таблице.
По результатам проведения приемочных испытаний опытного образца в 2004 г. комбайн КПУ принят к серийному производству. В настоящее время на ЗАО «Горловский машиностроитель» идет подготовка к изготовлению первых двух комбайнов установочной серии.
Проходческий комбайн легкого типа КПЛ Несмотря на то, что тенденция постепенного вытеснения комбайнами среднего (до 50 т) и тяжелого (до 70 т) классов легких (до 25 т) комбайнов существует, доля последних (комбайны 1ГПКС) в общем парке проходческих комбайнов на Украине составляет на сегодня 43 %, или 210 единиц. Учитывая то, что большинство комбайнов 1ГПКС работают в горно-геологических условиях, превышающих их техническую характеристику, прежде всего по крепости разрушаемых пород, институтом «Донгипроуглемаш» разработан проходческий комбайн легкого типа КПЛ (рис. 3), который предназначен для проведения выработок сечением от 7 до 20 м2 в проходке по породам крепостью ? ? 6 (?сж ? 80 МПа).
Конструктивными особенностями комбайна КПЛ являются:
- высокая энерговооруженность исполнительного органа (110 кВт) при относительно небольшой массе комбайна (26 т), позволяющая получить максимальную производительность при разрушении забоя;
- рациональная компоновка основных силовых узлов, позволяющая проводить выработки минимальной высоты (до 2 м);
- погрузочный орган в виде двух независимых скребковых конвейеров, обеспечивающих погрузку отбитой горной массы по всей ширине выработки и ее транспортирование вдоль комбайна;
- возможность диагонального движения исполнительного органа по забою;
- установка охлаждения рабочей жидкости, ограничивающая температуру нагрева масла в гидросистеме комбайна не выше 65о С;
- аппаратура управления и диагностики, обеспечивающая дистанционное, местное и радиоуправление комбайном, контроль и визуальное отображение параметров основных узлов и систем комбайна.
Основные параметры комбайна КПЛ представлены в таблице.
Опытный образец комбайна прошел предварительные стендовые испытания на породоцементном блоке (рис. 4),
где было разрушено и погружено около 40 м3 породоцементной смеси, проведен комплекс тензометрических замеров нагруженности силовых узлов комбайна, проверена работоспособность его принципиально новых узлов и систем, выполнена необходимая доработка комбайна перед отправкой его на шахту.
В настоящее время опытный образец проходческого комбайна КПЛ проходит приемочные испытания на ООО ш/у «Садкинское» УК «Южуголь» в России.
Проходческо-анкеровальный комплекс КПА Несмотря на очевидные преимущества, все стреловидные комбайны имеют один существенный недостаток – невозможность совмещения операций по разрушению забоя и возведению крепи. В результате этого коэффициент машинного времени работы этих комбайнов едва достигает 0,35.
Опыт работы ведущих угледобывающих стран мира – США, Австралии, Великобритании, Германии — говорит о возможности решить задачу совмещения операций по разрушению забоя и возведению крепи, при этом коэффициент машинного времени может быть равен 0,9. Этого можно достичь, только применяя технологию крепления выработок с помощью анкерной крепи. Такая технология крепления очень широко применяется на шахтах России, а в последнее время получает все большее распространение в угольной и горно-рудной промышленности Украины.
Учитывая горно-геологические условия угольных шахт Украины, где среднединамическая мощность отрабатываемых в настоящее время угольных пластов составляет 1,21 м, а технология работ предполагает обязательную присечку пород при проведении выработок, перед институтом «Донгипроуглемаш» была поставлена задача создания проходческо-анкеровального комплекса КПА (рис. 5) для проведения выработок с плоской кровлей сечением от 13,5 до 21 м2 по углю и смешанному забою с крепостью пород f ? 6 (?сж ? 80 МПа), существенного снижения трудоемкости крепления, обеспечения темпов проходки 600 – 800 м/мес.
Отличительными особенностями комплекса КПА являются:
- высокая энерговооруженность двух исполнительных органов суммарной мощностью 320 кВт;
- совмещение операций по разрушению забоя и возведению анкерной крепи;
- возможность одновременной установки четырех анкеров в кровлю и двух — в бока выработки;
- наличие предохранительного распорного устройства для поддержания кровли в зоне работы исполнительного органа;
- дистанционное управление работой комбайна, в том числе радиоуправление.
Комбайн может оснащаться ленточным перегружателем длиной до 40 м, специальным погрузочным пунктом, системой высоконапорного внешнего орошения, агрегатом обеспыливающим.
В 2005 г. комплекс КПА был изготовлен ЗАО «Горловский машиностроитель», проведены предварительные стендовые испытания на угле-породо-цементном блоке (рис. 6), где комбайном было разрушено и погружено более 170 м3 материала блока, отработаны режимы бурения и установки анкерной крепи, выполнены необходимые тензометрические замеры нагруженности основных силовых узлов при различных режимах резания и схемах набора инструмента на шнеках исполнительного органа, доработаны отдельные узлы по результатам испытаний и пожеланий потенциальных заказчиков Украины и России.
Приемочные испытания опытного образца проходческого комплекса КПА предполагается провести в России в 2006 г. на одной из шахт ОАО «Воркутауголь».
ВЫВОДЫ 1. Новые проходческие комбайны типоразмерного ряда КПД, КПУ, КПЛ охватывают практически весь диапазон горно-геологических условий шахт Украины и России.
2. Базовые исполнения комбайнов предусматривают возможность оперативного оснащения комбайнов навесным и прицепным оборудованием в различной комплектации для комплексного решения всех вопросов проходческого цикла.
3. Проходческо-анкеровальный комплекс КПА позволяет проводить выработки с плоской кровлей сечением до 21 м2 (6х3,5) по смешанному забою с крепостью пород ? ? 6 (? сж ? 80 МПа) с совмещением операций по разрушению забоя и возведению анкерной крепи, обеспечивая темпы проходки 600 – 800 м/мес.
Широкое внедрение проходческих комбайнов КПД, КПУ, КПЛ и комплексов на их основе, а также проходческо-анкеровальных комплексов КПА позволит существенно увеличить темпы проведения выработок, ускорить ввод лав под современные очистные комплексы, обеспечить многим шахтам стабильное поддержание готовых к выемке запасов на уровне 1,5-2 лет работы шахты, значительно снизить долю ручного труда, создать более безопасные условия для проходчиков.