Стволопроходческий комбайн
SHAFT SINKING COMBINE

Изобретение относится к горному делу, в частности к стволопроходческим комбайнам, и может быть использовано при проходке вертикальных шахтных стволов.
Уровень техники
5
Известен стволопроходческий комбайн [Описание изобретения к патенту РФ №2 600 807 от 29.09.2015, МПК E21D 1/03, опубл. 27.10.2016, Бюл. № 30], характеризующийся наличием породоразрушающего органа для разработки забоя и органа для погрузки разрушенной породы, и устройства для возведения армирующей крепи, при этом устройство для возведения армирующей крепи включает монтажную раму, в нижней части которой по периметру расположены направленные вниз опорные домкраты с независимыми рабочими приводами, выполненные с возможностью взаимодействия с дном ствола, а со стороны боковой поверхности монтажной рамы расположены направленные в стороны распорные домкраты, выполненные с возможностью взаимодействия со стенкой ствола, при этом породоразрушающий орган для разработки забоя и погрузки разрушенной породы смонтирован на забойной раме, которая связана с монтажной рамой посредством ряда расположенных по ее периметру подвесных домкратов, причем забойная рама снабжена элементами поступательных кинематических пар для взаимодействия с опорными домкратами монтажной рамы устройства для возведения армирующей крепи, при этом забойная рама расположена относительно монтажной рамы с возможностью сближения в процессе работы, исключающего физический контакт.
Недостатком описанного технического решения является необходимость взаимодействия опорных домкратов с дном ствола для обеспечения устойчивости, обуславливающая использование породоразрушающего органа избирательного действия. Такой породоразрушающий орган имеет ограниченные габариты и ввиду необходимости сложного позиционирования органа обладает меньшей жесткостью, вследствие чего имеет относительно небольшую энерговооруженность. Это обстоятельство снижает способность породоразрушающего органа разрушать крепкие породы, а также не позволяет обеспечивать существенно большую производительность.
5
Известен стволопроходческий комбайн [Описание изобретения к патенту РФ №2667988 от 02.06.2016, МПК E21D 1/06, опубл. 25.09.2018, Бюл. № 27], включающий  несущий узел и связанный с ним посредством домкратов бурильный узел, оснащенный породоразрушающим органом, выполненным с возможностью неизбирательной обработки забоя, а также устройство для уборки породы в потоке воздуха, бункер для хранения продуктов разрушения, подвесной узел и распорную систему, выполненную в виде заклинивающих модулей на бурильном узле и радиальных стабилизаторов, расположенных, по меньшей мере, в двух уровнях на несущем узле.
К его недостаткам относится наличие подвесного узла, подразумевающего размещение на поверхности дополнительных подъемных машин, способных удерживать многотонную конструкцию комбайна. Кроме того, подразумеваются существенные габариты комбайна, так как породоразрушающий орган для обеспечения естественного сползания породы в зону подбора устройством для уборки породы в потоке воздуха выполнен конусообразным, что при типовых диаметрах ствола означает заметное прибавление в вертикальных габаритах комбайна.
Увеличенные габариты усложняют процесс монтажа комбайна, так как для этого требуется увеличивать размеры сборочной камеры. Таким образом, оснащение поверхности дополнительными специализированными подъемными машинами и подготовка увеличенной сборочной камеры для обеспечения возможности использования описанного комбайна приводит к удорожанию его эксплуатации.
5
Известен стволопроходческий комбайн [Описание изобретения к патенту РФ №2 685 517 от 15.05.2018, МПК E21D 1/06, опубл. 19.04.2019, Бюл. № 11], включающий бурильный узел со смонтированным на нем породоразрушающим органом для избирательной разработки забоя, систему подачи бурильного узла, устройство для механической уборки породы, бункер для хранения продуктов разрушения и распорную систему, взаимодействующую и с бурильным узлом, и с системой подачи.
Недостатком данного технического решения является использование породоразрушающего органа избирательного действия. Однако в данном случае за счет компактной и автономной (независимой от оснащения поверхностной площадки) конструктивной концепции, в которой распорная система способна обеспечивать устойчивое положение комбайна в забое, исключив опорные домкраты для взаимодействия с дном ствола или подвесной узел и связанные с этими решениями недостатки, возможен монтаж на бурильном узле породоразрушающего органа неизбирательного действия. Это позволит использовать большую установленную мощность на разрушение горного массива за счет более жесткой конструкции, а также установить более твердый инструмент для разрушения крепких пород с большей производительностью. При этом важно предусмотреть параметры породоразрушающего органа такими, чтобы сохранить общую компактность конструкции.
Таким образом, задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в совершенствовании компактной автономной конструкции стволопроходческого комбайна за счет применения породоразрушающего органа с возможностью неизбирательной обработки забоя, сохраняющего основные достоинства концепции.
Описание изобретения
Цель изобретения - совмещение компактной автономной концепции стволопроходческого комбайна с возможностью неизбирательной обработки забоя. Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении энерговооруженности комбайна, приводящей к возможности использования инструментов для разрушения пород большей крепости и с повышенной производительностью.
Поставленная задача решается за счет того, что породоразрушающий орган представляет собой тело вращения с вертикальной осью, причем поверхность контакта породоразрушающего органа с забоем является выпуклой в сторону забоя и биконической с усеченными вершинами в плане, притом, что угол наклона, по меньшей мере, периферийной грани поверхности контакта превышает наибольший угол естественного откоса горных пород в разрыхленном состоянии, слагающих проходимый ствол, при этом система уборки породы представляет собой бункер, выполненный с возможностью осуществления разгрузки складированной в нем разрушенной породы вниз, и устройство для уборки породы с забоя в потоке текучего вещества, выполненное с возможностью вращения вместе с породоразрушающим органом и оснащенное расположенным в зоне усеченной вершины поверхности контакта породоразрушающего органа с забоем всасывающим соплом, а в верхней части соединенное с бункером посредством переходного устройства.
Изобретение проиллюстрировано четырьмя чертежами:
Фиг. 1 - общий вид стволопроходческого комбайна в разрезе в исходном положении;
Фиг. 2 - общий вид стволопроходческого комбайна в разрезе в исходном положении с торообразным коленом переходного устройства в бункере;
Фиг. 3 - общий вид стволопроходческого комбайна в разрезе в положении окончания технологического шага с разгрузкой скопившейся в бункере породы;
Фиг. 4 - общий вид стволопроходческого комбайна в разрезе в исходном положении после технологического шага.
Бурильный узел представляет собой раму 1, на которой закреплен породоразрушающий орган 2 в виде биконического (с усеченными вершинами, направленными в сторону разработки забоя) тела вращения с вертикальной осью. Породоразрушающий орган приводится в действие посредством электродвигателей 3. Подача породоразрушающего органа 2 на забой осуществляется за счет домкратов подачи 4, связанных своими выдвижными элементами 5 с рамой 1 бурильного узла, а невыдвижными элементами 6 с несущим узлом 7. Непосредственно разрушение горной породы осуществляется установленными на породоразрушающем органе 2 породоразрушающими инструментами 25. Для обеспечения устойчивости комбайна в процессе работы комбайн оснащен распорной системой, состоящей из расположенных по периферии несущего узла 7 радиальных домкратов 8 и по периферии рамы 1 бурильного узла радиальных домкратов 9, а также щитовой распорной оболочки 10, взаимодействующей с радиальными домкратами 8 и 9. При этом радиальные домкраты 9 бурильного узла для взаимодействия с щитовой распорной оболочкой 10 оснащены ползунами 11 со стороны стенок ствола. В то же время в щитовой распорной оболочке 10 выполнены вертикальные пазы 12 для взаимодействия с ползунами 11, причем длина паза составляет величину не менее хода домкратов подачи 4. Для уборки породы, разрушенной при подаче породоразрушающего органа 2 на забой, используется устройство 13 для уборки породы в потоке текучего вещества, состоящее из, по меньшей мере, всасывающего сопла 14, призабойного наклонного патрубка 15, переходного колена 16, вертикальной трубы 17. В целях обеспечения ремонтопригодности устройства 13 все его элементы 14-17 выполняются с возможностью их замены, что обусловлено высокой степенью их истирания в виду движения на большой скорости частиц разрушенной породы. Для обеспечения возможности вращения устройства для уборки породы 13 на нем установлено переходное устройство 18. В преимущественном исполнении системы уборки породы всасывание породы во всасывающее сопло 14 осуществляется методом эжекции, для чего в зоне всасывания создается разряжение путем подачи воздуха под давлением по воздуховоду 19. По устройству 13 разрушенная порода попадает в переходное устройство 18, выполняющее, кроме функции обеспечения вращения устройства 13 для уборки породы, также функции токосъемника, воздухосъемника и за счет наличия агрегатированного в конструкцию бункера 20 трубопровода 26 еще и функцию доставки разрушенной породы непосредственно в бункер 20. Для того чтобы разрушенная порода равномерно распределялась по бункеру 20, напротив выходного отверстия вертикальной трубы 17 расположен конусообразный упрочненный отбойник 21. Возможны варианты исполнения устройства 18 с включенным в состав трубопровода 26 торообразным коленом 22, выходным концом направленным в полое пространство бункера 20, причем торообразное колено 22 выполнено съемным. Причем трубопровод 26, оборудованный торообразным коленом 22, может как проходить «сквозь» бункер 20 (см. фиг. 2), так и располагаться снаружи его корпуса, однако такие исполнения не являются предпочтительными. Для выгрузки породы из бункера 20 в породные бадьи 23 внизу бункера 20 смонтировано шиберные выдвижные лотки 24. Их количество в предпочтительном исполнении должно совпадать с количеством подъемных машин для работы с породными бадьями 23.
Рассмотрим работу комбайна на примере.
В исходном положении, показанном на Фиг. 1 и 2, комбайн опирается на забой посредством породоразрушающего органа 2. Выдвижные элементы 5 домкратов подачи 4 втянуты. Ползуны 11 радиальных домкратов 9 находятся в верхнем крайнем положении относительно пазов 12 распорной оболочки 10. Радиальные домкраты 8 и 9 приведены в рабочее состояние, обеспечивая прижатие распорной оболочки 10 к стенкам ствола. Шиберные выдвижные лотки 24 на бункере 20 находятся в закрытом положении. Бункер 20 не заполнен. Породоразрушающий орган 2 и устройство для уборки породы 13 подключены к обществоловым коммуникациям (по меньшей мере, к электричеству и сжатому воздуху) через переходное устройство 18.
I
II
I
III
IV
После запуска комбайна включаются электродвигатели 3, приводя в действие породоразрушающий орган 2. Вращаясь вокруг своей оси, породоразрушающий орган 2 осуществляет разрушение горной породы посредством взаимодействующих с забоем породоразрушающих инструментов 25. Причем предпочтительно использовать в качестве породоразрушающего инструмента 25 шарошки, способные разрушать породы крепостью до 20 единиц по шкале проф. М.М. Протодьяконова (максимальная крепость). Поверхность контакта породоразрушающего органа с забоем состоит из, по меньшей мере, периферийной грани , расположенной под углом к оси ствола, достаточным для естественного скатывания разрушенной породы, углубленной плоской части  (усеченных вершин биконической в плане и выпуклой в сторону забоя фигуры), примыкающей к периферийной грани , и внутренней наклонной грани . Возможно, но не обязательно, также наличие плоской центральной части  или иной конфигурации граней в центральной части забоя, например, в виде ломаных линий. За счет описанной формы породоразрушающего органа 2 формируется углубление забоя между его периферией и центром. Формирование данного углубления является одной из ключевых особенностей предлагаемого технического решения.
Одновременно с приведением в действие породоразрушающего органа 2 по воздуховоду 19 подается сжатый воздух в зону усеченной вершины поверхности контакта породоразрушающего органа 2 с забоем, за счет чего в указанной зоне создается разряжение. За счет перепада давления разрушенная порода, находящаяся в зоне всасывания (текущей зоне действия всасывающего сопла 14), всасывается внутрь сопла 14. Далее за счет струи воздуха пода давлением, выходящей воздуховода 19, направленного внутри сопла 14 вверх, увлеченные частицы разрушенной породы направляются по призабойному наклонному патрубку 15, переходному колену 16 и вертикальной трубе 17 вверх. Далее разрушенная порода через переходное устройство 18 и трубопровод 26 попадает в бункер 20. В зависимости от конструкции трубопровода 26 и бункера 20 это происходит либо по торообразному колену 22, либо вылетающие из вертикальной трубы 26 частицы породы ударяются об конусообразный упрочненный отбойник 21 и отскакивают в бункер 20. Подача на забой породоразрушающего органа 2 осуществляется за счет выдвижения выдвижных элементов 5 домкратов подачи 4. Работа по разрушению породы комбайном продолжается до тех пор, пока ползуны 11 радиальных домкратов 9 не достигнут крайнего нижнего положения в пазах 12 распорной оболочки 10 либо пока бункер 20 не будет полностью заполнен. Если ползуны 11 достигают крайнего нижнего положения в пазах 12 распорной оболочки 10, то это положение, показанное на Фиг. 3, соответствует окончанию технологического шага. По достижении указанного положения выдвижные элементы 5 домкратов подачи 4 полностью втягиваются в невыдвижные элементы 6, за счет чего несущий узел 7 опускается на величину хода выдвижных элементов 5, как показано на Фиг. 4. Комбайн вновь находится в исходном положении, и цикл работы повторяется.
Таким образом, удалось совместить компактную автономную концепцию стволопроходческого комбайна с возможностью неизбирательной обработки забоя, что позволило повысить энерговооруженность комбайна, и как следствие, использовать инструменты для разрушения пород большей крепости и с повышенной производительностью.