ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ОРГАН АГРЕГАТА ДЛЯ ПРОХОДЧЕСКО-ОЧИСТНЫХ РАБОТ
EXECUTIVE BODY OF THE DEVICE FOR TUNNELING WORKS

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для механизированной проходки горных выработок и очистной выемки в шахтах и рудниках в массивах малоабразивных горных пород с крепостью до f=6 по шкале М.М. Протодьяконова.
Известно устройство для разработки грунтов, включающее установленные на направляющих цепные бары со звездочками и фрезу. Четыре направляющих колонны рамы служат для подъема и опускания режущих органов - цепных баров. Для осуществления горизонтального пропила в нижней части обрабатываемого массива между ведомыми звездочками вертикальных баров смонтирована горизонтальная фреза, состоящая из вала многогранного сечения, с укрепленными на каждой его грани резцами. При движении машины в грунте прорезаются две вертикальные параллельно расположенные щели и одна горизонтальная щель. Для пропила щели у задней стенки выпиливаемого блока поступательное движение рабочего органа машины прекращается, производится подъем баров по вертикальным направляющим колоннам и при холостом движении режущих цепей баров фреза осуществляет вертикальный пропил [а.с. №205761, опубл. 02.12.1967 г.].
К недостаткам известного устройства относится то, что в контакте с обрабатываемой поверхностью одновременно находится большое число резцов, что влечет за собой необходимость создания значительного напорного усилия. Отделение горной породы от массива осуществляется исключительно резанием, что обусловливает значительные удельные энергозатраты и низкую производительность процесса разрушения массива.
Известно устройство, предназначенное для разрушения горных пород методом нарезания щелей параллельно забою с последующим отрывом образовавшихся надщелевых целиков. Устройство представляет собой исполнительный орган горного комбайна, который состоит из стрелы с корпусом и приводным валом, на конце которой закреплен фрезерный диск.
В проточке диска размещена тарелка отрывника с подпружиненной ступицей, имеющей ребра и связанной с приводным валом винтовым соединением. Между пружиной и ступицей отрывника размещено кольцо, которое при отрыве надрезанных целиков перемещается в пазу. После отрыва целика пружина отжимает ступицу, и тарелка отрывника перемещается в исходное положение [а.с. №1411461, опубл. 23.07.1988 г.].
К недостаткам известного устройства относится то, что в момент отрыва подрезанного целика тарелка отрывника контактирует с массивом не всей своей площадью, в результате чего на стрелу исполнительного органа действует изгибающий момент, ухудшающий эффективность работы устройства.
Отделение объема горной породы от массива осуществляется при стопорении ступицы отрывника подрезанным целиком. Проворачивание гладкой ступицы нарушает алгоритм работы привода отрывника, что снизит эффективность отделения породы от массива отрывом. Такая конструкция существенно ограничивает объем горной массы, отделяемой от массива отрывом, что обусловливает снижение производительности и увеличение удельных энергозатрат процесса разрушения горного массива, так как значительная часть массива разрушается резанием.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство, представляющее собой исполнительный орган проходческого комбайна, включающий стрелу, режущий диск и гидроотрывник, рабочий цилиндр которого связан с корпусом стрелы через амортизирующий элемент с целью снижения нагрузки на режущий диск. Электродвигатель, жестко закрепленный на корпусе стрелы, передает крутящий момент режущему диску через муфту и вал, установленный в корпусе стрелы. При прорезании щели в массиве вместе с режущим диском в щель проникает тарелка гидроотрывника, соединенного с поршнем гидроцилиндра. При этом к отрываемому целику прикладывается статико-импульсная нагрузка, направленная в сторону свободного пространства. Импульсы нагрузки обеспечиваются автоматическим включением пульсатора [а.с. №352011, опубл. 21.09.1972 г.].
Однако при работе исполнительного органа известной конструкции в момент отрыва подрезанного целика тарелка гидроотрывника контактирует с последним не по всей площади, в результате чего на стрелу исполнительного органа и на тарелку отрывника действуют изгибающие моменты, тем самым существенно ограничивая объем горной массы, отделяемой от горного массива отрывом. Поскольку значительная часть массива разрушается резанием, то работа исполнительного органа проходческого комбайна является низкопроизводительной и сопровождается существенными удельными энергозатратами.
Кроме того, использование известной конструкции приводит к образованию значительного количества мелких пылевидных классов в продуктах отбойки в результате разрушения забоя преимущественно резанием.
Недостатком известной конструкции являются также ограниченные возможности в прохождении горных выработок сложной конфигурации, что обусловлено кинематикой стрелы исполнительного органа и необходимостью осуществлять резание строго вдоль забоя.
Техническая задача состоит в создании исполнительного органа проходческо-очистного агрегата, позволяющего повысить производительность указанного агрегата и обеспечить малые удельные энергозатраты процесса разрушения горного массива.
Технический результат заключается в повышении производительности агрегата для проходческо-очистных работ с уменьшением удельных энергозатрат процесса разрушения массива и снижением количества пылевидных фракций в продуктах отбойки, а также повышении функциональных возможностей указанного агрегата.
Сущность изобретения заключается в том, что в исполнительном органе агрегата для проходческо-очистных работ, включающем корпус, режущий элемент и гидроотрывник, согласно п. 1. ф-лы изобретения, режущий элемент выполнен в виде плоского режущего бара, смонтированного на подвижной каретке, которая снабжена податчиком и распорными гидроцилиндрами для прорезания щелей в горном массиве, а внутри корпуса исполнительного органа в количестве не менее пяти установлены цилиндрические гидроотрывники, выполненные с возможностью двухстороннего воздействия на боковые поверхности щелей в горном массиве.
С целью повышения функциональных возможностей указанного агрегата каретка установлена на универсальном силовом манипуляторе, что позволяет проходить горные выработки с сечениями различных площадей и конфигураций.
Выполнение режущего элемента в виде плоского режущего бара, смонтированного на подвижной каретке, позволяет осуществлять разрушение горного массива врезанием в него торцевой части режущего бара на всю его полезную длину.
Использование каретки с податчиком и распорными гидроцилиндрами для прорезания щелей в массиве позволяет обеспечить необходимые напорные усилия на забой при врезании торцевой части бара в горный массив.
Установка в корпусе исполнительного органа цилиндрических гидроотрывников, выполненных с возможностью двухстороннего воздействия на боковые поверхности щели в массиве, в количестве не менее пяти, позволяет после заглубления бара в массив воздействовать на обе боковые поверхности каждой из прорезанных баром щелей.
Поверхность со стороны горного массива является опорной (базовой) для цилиндрических гидроотрывников, поверхность подрезанного целика подвергается разрушению, тем самым происходит отделение от массива существенных объемов горной породы путем отрыва. Поэтому большая часть горного массива разрушается наименее энергоемким способом, обеспечивающим высокую производительность, а отделение подрезанного целика осуществляется с минимальными удельными энергозатратами.
Отсутствие излишнего дробления горной породы при отделении ее от массива позволяет существенно снижать количество мелких пылевидных классов в продуктах отбойки.
Кроме того, использование универсального силового манипулятора обеспечивает перемещение исполнительного органа с кареткой вдоль плоскости забоя, надежную фиксацию каретки в неподвижном состоянии при заглублении торцевой части бара в массив, что позволяет проходить горные выработки различного сечения по площади, сечению и конфигурации.
Предлагаемое устройство иллюстрируется следующим образом.
На фиг. 1 схематично представлен исполнительный орган агрегата для проходческо-очистных работ.
На фиг. 2 показан поперечный разрез цилиндрических гидроотрывников.
На фиг. 3 - общий вид агрегата для проходческо-очистных работ (вид сбоку).
На фиг. 4 - схемы врубов, реализуемых заявляемым исполнительным органом.
Исполнительный орган агрегата для проходческо-очистных работ (фиг. 1) состоит из плоского режущего бара 1 с резцами 2, установленными на режущей цепи 3. Режущий бар 1 смонтирован на каретке 4 универсального силового манипулятора 5. Податчик 6 каретки 4 обеспечивает внедрение режущего бара 1 своей торцевой частью в массив и прорезание в массиве щели размером В×L×H. Вращающий момент на приводную звездочку бара 1 передается от привода 7. Фиксация исполнительного органа проходческо-очистного агрегата относительно плоскости забоя осуществляется посредством силового манипулятора 5 и распорных гидроцилиндров 8, пики 9 которых внедряются в массив при зарубке бара 1 и выводятся из контакта с забоем при осуществлении отрыва целика. Внутри корпуса 10 исполнительного органа установлен ряд цилиндрических гидроотрывников 11, в количестве не менее пяти.
Цилиндрические гидроотрывники 11 (фиг. 2) предназначены для воздействия на обе боковые поверхности каждой щели, прорезанной баром 1, с целью отделения от массива подрезанного целика горной породы посредством отрыва.
Гидроотрывник 11 содержит корпус 12 с каналами 13, поршневую полость 14, поршни 15, перемещение которых ограничено упорами 16. Пружины 17 обеспечивают возврат поршней в исходное положение при подключении каналов 13 к сливным трубопроводам (не показаны).
Каретка 4 и универсальный силовой манипулятор 5 монтируют на ходовой части 18 агрегата (фиг. 3). Ходовая часть 18 агрегата, в зависимости от условий работы, может быть выполнена на колесно-рельсовом, пневмоколесном или гусеничном ходу. Универсальный силовой манипулятор 5 обеспечивает ориентирование, т.е. перемещение в вертикальной и горизонтальной плоскости, поворот вокруг оси симметрии на 360°, а также жесткую фиксацию устройства по всему сечению проходческого или очистного забоя 19.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
После установки и фиксации ходовой части 18 перед очистным или проходческим забоем 19 с помощью универсального силового манипулятора 5 исполнительный орган подводят к поверхности забоя и с помощью распорных гидроцилиндров 8 пиками 9 фиксируют относительно поверхности забоя. После этого включают привод 7 плоского режущего бара 1. С помощью податчика 6 торцевой частью режущий бар 1 подают в горный массив, прорезая в нем щель размерами Н×В×L, которые определяются конструктивными параметрами устройства.
С целью образования свободных поверхностей внутри массива щели прорезают по различным схемам (фиг. 4). Посредством скалывания объемов породы между соседними щелями формируются так называемые первоначальные врубы 20. Расстояние между боковыми поверхностями первоначальных врубов 20 составляет не менее 2Н. После прорезания первоначальных врубов 20 по заданной схеме осуществляют разрушение остального массива за счет последовательных операций прорезания щели баром 1 и дальнейшего отрыва большого объема породы подрезанного целика от массива с помощью цилиндрических гидроотрывников 11.
Поскольку горные породы имеют наименьшие пределы прочности при их отрыве от массива, то предлагаемое устройство обеспечивает высокую производительность проходческих и очистных работ при малых удельных энергозатратах процесса разрушения массива и незначительном количестве мелких пылевидных классов в продуктах отбойки. Кроме того, наличие универсального силового манипулятора обеспечивает возможность проходить горные выработки различного сечения по площади и конфигурации.