МЕХАНИЗИРОВАННЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ПРОХОДКИ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Предлагаемое техническое решение относится к области горного дела, а именно к горнопроходческому оборудованию для строительства вертикальных стволов горных предприятий.
Ближайшим аналогом технического решения является стволопроходческий комплекс SBR фирмы Herrenknecht AG, используемый для механизированной проходки стволов большой глубины в породах средней крепости (см., например, патент EP 2245256, опубликованный 06.07.2011). Стволопроходческий комплекс SBR позволяет, одновременно с механическим разрушением породы, производить отгрузку разрушенной горной массы из забоя, а также возводить крепь ствола. Обслуживание и управление комплексом производится с технологических площадок и не требует непосредственного присутствия персонала в призабойном пространстве. Конструкция комплекса представляет собой стволопроходческий агрегат сочлененный с многоэтажным проходческим полком. Общий вес комплекса ~300 т; спуск и подъем осуществляется проходческими лебедками большой грузоподъемности, установленными на поверхности. Стволопроходческий агрегат оснащен телескопической стрелой с режущим барабаном, оборудованным стандартными резцами. Телескопическая конструкция позволяет сооружать стволы переменного диаметра 7500÷11500 мм. Отгрузка разрушенной породы осуществляется пневмотранспортом, трубопровод для пневмотранспорта расположен на стреле, сопло трубопровода находится в зоне режущего барабана. Оборудование пневмотранспорта состоит из сепаратора и вакуумной установки и располагается, как минимум, на четырех этажах проходческого полка. В сепараторах происходит накопление отгруженной из забоя ствола разрушенной породы. Транспортировка на поверхность накопленной в сепараторах породы осуществляется двумя специальными бадьями - скипами. При необходимости крепления ствола тюбинговой крепью комплекс SBR комплектуется дополнительным подъемным оборудованием для монтажа сегментов крепи.
Описанному выше комплексу SBR присущ ряд недостатков. Так, например, комплекс имеет ограниченную область применения, а именно может быть применен только для проходки стволов, которые по всей своей глубине представлены породами крепостью до средней (включительно). Конструкция комплекса не предусматривает возможность его переоснащения под буровзрывной способ проходки в случае пересечения стволом участков крепких пород. Размещенные на поверхности крупногабаритные проходческие лебедки (не менее 4-х штук), предназначенные для спуска-подъема комплекса, занимают значительную часть площадей, на которых должны возводиться здания и сооружения постоянного периода. Это исключает возможность строительства этих зданий и сооружений в период проходки ствола, что приводит к увеличению общих сроков строительства объекта. При необходимости возведения в стволе тюбинговой крепи, комплекс требуется дооснащать дополнительным подъемным оборудованием, при этом тюбинговое кольцо возводится последовательной установкой и креплением к тюбинговой колонне по одному сегменту. Такая схема является трудоемкой и малопроизводительной.
Поскольку сопло трубопровода пневмотранспорта расположено у режущего органа, то следовательно, производительность пневматической отгрузки сопоставима с производительностью резания породы режущим барабаном. Другими словами, работа режущего барабана зависит от работы оборудования пневмотранспорта и в случае выхода последнего из строя, работа режущего барабана должна быть остановлена, что приводит к снижению темпов проходки ствола. В свою очередь предлагаемое техническое решение позволит устранить описанные выше недостатки и обеспечит достижение технического результата, заключающегося в том, что предложен многофункциональный механизированный горнопроходческий комплекс, который при незначительной его модификации, сможет быть использован при проходке стволов по породам различной крепости. То есть, предложенный многофункциональный механизированный горнопроходческий комплекс может быть использован с равной эффективностью при проходке стволов по породам различной крепости. Также, использование предложенного многофункционального механизированного горнопроходческого комплекса позволит сократить сроки строительства горнодобывающего предприятия.
Указанный технический результат достигается при использовании предложенного механизированного комплекса для проходки вертикальных стволов горных предприятий, включающего стволопроходческий агрегат и многоэтажный проходческий полок, на котором расположено оборудование для отгрузки из забоя ствола разрушенной породы. В отличие от известных решений, предложенный механизированный комплекс не является единой конструкцией и стволопроходческий агрегат перемещается в стволе отдельно (независимо) от проходческого полка, при этом проходческий полок перемещается по стволу при помощи тяговых лебедок, установленных на поверхности, а стволопроходческий агрегат - при помощи собственных опорных гидроцилиндров (домкратов). Погрузочное оборудование, располагаемое на проходческом полке, состоит из средств пневмотранспорта, использующихся при механическом способе разрушения породы и грейферного погрузчика типа КС-2у/40, используемого при буровзрывном способе разрушения породы. Грейферный погрузчик может быть задействован для отгрузки и при механическом способе разрушения породы, в случае выхода из строя средств пневмотранспорта. Состав оборудования пневматической отгрузки определяется возможностями его компоновки на этажах проходческого полка, при этом производительность пневматической отгрузки не зависит от производительности режущего органа по разрушению породы. Трубопровод пневмотранспорта может быть закреплен на управляемом манипуляторе. Внешнее, опорное кольцо стволопроходческого агрегата позволяет производить монтаж тюбингового кольца, его подъем и стыковку с тюбинговой колонной. При незначительном демонтаже оборудования стволопроходческого агрегата возможно его применение при проходке ствола в крепких породах буровзрывным способом, при этом отгрузка отбитой породы осуществляется грейферным погрузчиком, размещенным под нижним этажом проходческого полка.
Предложенное техническое решение поясняется чертежами.
Фиг.1 - Состав механизированного комплекса при механическом способе разрушения пород.
Фиг.2 - Состав механизированного комплекса при буровзрывном способе разрушения пород.
Предложенный механизированный комплекс включает работающие автономно в стволе стволопроходческий агрегат 1 и проходческий полок 2, на этажах которого размещаются средства для пневматической отгрузки (пневмотранспорта) из забоя ствола разрушенной механическим путем горной породы. Для пневматической отгрузки горной массы предлагаются две схемы компоновки оборудования на проходческом полке 2. Выбор схемы компоновки определяется достаточностью свободных площадей на этажах проходческого полка 2. При ограниченных площадях применяется схема, включающая вакуумную установку 3, сепаратор 4, конвейер 5, бункер 6. При достаточном количестве площадей применяется схема, включающая вакуумную установку 3, и сепаратор 4. Емкость сепаратора 4, при первой схеме компоновки, недостаточна для разовой загрузки бадьи (скипа). Поэтому из сепаратора 4 производится постоянная отгрузка породы на вертикальный конвейер 5, которым порода доставляется в накопительный бункер 6, размещенный на вышерасположенном этаже полка 2. Емкость бункера 6 должна быть равна, или несколько больше, емкости бадьи (скипа). При второй схеме погрузки емкость сепаратора 4 должна быть достаточна для разовой загрузки бадьи (скипа).
Входящий в состав средств пневмотранспорта всасывающий трубопровод 7 может быть закреплен как на стреле рабочего органа (фрезы) 10, так и на отдельном специальном манипуляторе, управляемом машинистом (оператором) стволопроходческого агрегата. При этом, в первом случае, не является обязательным обеспечение производительности по отгрузке, равной производительности разрушения (резания) породы фрезой 10. Эта возможность объясняется характером работы фрезы 10: располагаясь вертикально по отношению к забою ствола, фреза 10 разрушает породный массив, находясь практически постоянно в погруженном в разрушенный массив состоянии и производительность резания мало зависит (или практически не зависит) от объема разрушенной породы около фрезы 10. В случае выхода из строя средств пневмотранспорта, процесс отгрузки породы не останавливается и реализуется применением для отгрузки грейферного погрузчика. Для того, чтобы задействовать грейферный погрузчик, необходимо опустить в ствол грейфер 8 и присоединить его к тельферной тележке 9, которая прикреплена к первому (нижнему) этажу проходческого полка 2.
Проходческий полок 2 массой не более 100 т, перемещается по стволу при помощи не более двух тяговых лебедок соответствующей грузоподъемности, установленных на поверхности, для подвески полка использованы канаты 11. Стволопроходческий агрегат 1 перемещается в стволе самостоятельно автономно от проходческого полка при помощи опорных гидроцилиндров (домкратов) 12, закрепленных на опорном (монтажном) кольце 13, являющемся частью конструкции стволопроходческого агрегата 1. Благодаря раздельным компоновке и функционированию проходческого полка 2 и стволопроходческого агрегата 1 к ним имеется свободный доступ обеспечивающий возможность производить непосредственно в стволе демонтаж или монтаж оборудования стволопроходческого агрегата 2. То есть, достигается оперативная смена оборудования при переходе от пород средней крепости к крепким породам и наоборот. Также, в связи с тем, что габаритные размеры (в плане) тяговых лебедок не превышают 3.0×3.0 м, то есть лебедки занимают незначительную часть площадей, становится возможным возведение на поверхности, одновременно с проходкой ствола, зданий и сооружений постоянного периода, что в итоге способствует сокращению времени строительства объекта в целом. Опорное (монтажное) кольцо 13, позволяет монтировать на нем тюбинговые кольца 14 и поднимать их для присоединения к тюбинговой колонне.
При переходе на буровзрывной способ проходки, то есть в крепких породах, на стволопроходческом агрегате 1 демонтируется силовая часть: фреза 10, редуктор, колонна, аппаратура управления его работой. Оставшееся опорное (монтажное) кольцо 13 с опорными гидроцилиндрами (домкратами) 12 используется для монтажа тюбинговых колец 14, либо установки передвижной опалубки, в случае крепления ствола бетонной крепью. Описанный выше свободный доступ к оборудованию в стволе обеспечит возможность замены оборудования для пород различной крепости без выдачи механизированного комплекса на поверхность; стволопроходческий агрегат сохраняет возможность автономного перемещения при демонтаже оборудования. Оборудование пневмотранспорта на соответствующих этажах проходческого полка может не демонтироваться, а для отгрузки породы после заряжания шпуров 15 взрывчатым веществом и проведения взрывных работ используется грейферный погрузчик 8, 9 прикрепленный к нижнему этажу проходческого полка 2.
Таким образом, предложен механизированный комплекс для проходки вертикальных стволов горных предприятий, который может быть использован при проходке пород различной крепости.