Геотехнические принципы создания проходческих комбайнов для обеспечения высокопроизводительной добычи угля

УДК 624.19

ГЕОТЕХНИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ ПРОХОДЧЕСКИХ КОМБАЙНОВ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОЙ ДОБЫЧИ УГЛЯ

А.Б. Жабин, В.В. Семенов, А.Е. Пушкарев, А.А. Маликов

Обобщение научных и практических результатов позволило сформулировать геотехнические принципы разработки, проектирования и создания горных машин и оборудования. Базовые положения по освоению и сохранению недр были положены в основу направлений научных исследований в геотехнике в целом и проходческих комбайнов, в частности.

Ключевые слова: проходческий комбайн, геотехника, гидромеханическое разрушение, исполнительный орган, проектирование, конструкция.

Социально-экономические и политические условия последних десятилетий обусловили необходимость того, что при освоении и эксплуатации недр должны быть в полной мере учтены два императива: социальный и экологический. В данной работе это было положено в основу геотехнологических принципов создания горных машин и оборудования и потребовало кардинального повышения наукоемкости горного производства, создания предпосылок для гуманизации труда горняков, повышения общественного статуса и престижа деятельности по освоению недр [1, 2]. Именно таким образом, осуществлялся поиск радикальных решений, которые позволили создать и в течение многих лет производить машины нового технического уровня, эффективность которых признана в России и за рубежом. Следует отметить, что в настоящее время наблюдается рост эффективности созданной техники (с точки зрения социально-экономических и технических характеристик), которая находит новые сферы применения.

В процессе разработки представленных в данной работе машин и оборудования наряду с традиционными требованиями к технологиям и машинам (повышение производительности, снижение массы оборудования и др.) были учтены возрастающие экологические требования к горному производству и факторы производственной безопасности. В процессе многолетних исследований и производственной деятельности было установлено, что критерий экологичности становится одним из важнейших среди всех ограничений развития горно-добывающей промышленности. Экологические ограничения налагают высокие требования на технический уровень горной промышленности, что может быть обеспечено соответствующими геотехнологиями и высокоразвитой геотехникой.

Отличительными особенностями выполненных исследований и проектирования горных машин является учет специфики конкретных горных условий (горное давление, напряженное состояние горного массива и прочностные характеристики пород и полезных ископаемых, газоносность, тем-

пературные перепады, влажность, запыленность и т.д.), которые накладывают свои, присущие только им ограничения. Конструирование и создание горных машин и механизмов по заданным технологическим требованиям осуществлялось с учетом ограничений по факторам промышленной и экологической безопасности. Комплексные исследования, связанные с обоснованием параметров и исследованием горных машин непосредственно на стадии совместного их рассмотрения с горно-технологическими процессами и во взаимодействии со средой, позволило разработать ряд алгоритмов аэрогазодинамики горных выработок, которые обеспечивают устойчивое проветривание шахт и рудников, снимая ограничения по газовому фактору. Для этого в течение нескольких лет выполнялись технико-экономические анализы, проводились эксперименты в лабораторных и натурных условиях [1].

В результате были установлены новые и уточнены существующие закономерности взаимодействия исполнительных органов машин с массивом в процессе разрушения и перемещения горных пород. При этом исследованы различные виды воздействий на горные породы, изучены связи в геотехнических и геотехнологических системах, исследованы кинематика и динамика работы созданных горных машин. Полученные рабочие режимы, конструктивные и эксплуатационные параметры горных машин и оборудования позволили развить теорию проектирования, создания и эксплуатации машин.

Обобщение научных и практических результатов позволило сформулировать геотехнические принципы разработки, проектирования и создания горных машин и оборудования для освоения и сохранения недр как следующую структуру и основные направления научных исследований в геотехнике:

изучение закономерностей взаимодействия исполнительных органов машин и комплексов с горными породами;

исследование закономерностей рабочих процессов горных машин;

создание методы расчета рабочих процессов и систем машин (агрегатов, комплексов);

оптимизация параметров машин и режимов их работы;

изучение взаимосвязи параметров, принципиальных и конструктивных схем машин (агрегатов, комплексов) с горнотехническими условиями;

разработка научных основ создания средств комплексной механизации и автоматизации производственных процессов с применением систем горных машин и оборудования;

прогнозирование развития систем горных машин и оборудования;

разработка научных основ и технических решений для роботизированных горных машин;

повышение уровня качества и надежности горных машин, оборудования, их элементов;

разработка методов и средств контроля качества и надежности;

решение проблемы системы «человек — машина — окружающая среда» с учетом особенностей технологий горного производства, требований промышленной безопасности и экологических факторов.

На рис. 1, 2 представлены проходческие комбайны, которые были созданы в процессе исследований, производились и производятся до настоящего времени. Следует отметить, что разработанные проходческие комбайны избирательного действия могут эффективно использоваться при разработке техногенных месторождений угольных шахт, представленных породными отвалами, и для отработки угольных пластов в зонах геологических нарушений.

Проходческий комбайн 1ГПКС предназначен для механизации отбойки и погрузки горной массы при проведении горизонтальных и наклонных горных выработок по углю, углю с присечкой породы с пределом прочности при одноосном сжатии до 70 МПа и показателем абразивности до 15мг по Л.И. Барону и А.В. Кузнецову в забоях опасных по газу и пыли.

Рис. 1. Проходческий комбайн 1ГПКС

Рис. 2. Проходческий комбайн КП21

Комбайн может проходить выработки прямоугольной, трапециевидной или арочной формы с размерами от 2,1 до 4,05 м по высоте и от 2,6 до 4,7м по ширине нижнего основания. Усовершенствованный погрузочный орган комбайна 1ГПКС имеет возможность производить погрузку отбитой горной массы как лапами так и плоскими дисками имеющими форму трехлучевой звезды. Применение дисков в определенных условиях значительно повышает эксплуатационные качества комбайна.

Проходческий комбайн КП21 предназначен для механизации отбойки и погрузки горной массы при проведении горизонтальных и наклонных ±12° горных выработок. Комбайн может проходить выработки арочной, трапециевидной и прямоугольной форм с размерами от 2,3 до 4,5 м по высоте и от 3,6 до 6,5 м по ширине нижнего основания, прочностью присекаемых пород на одноосное сжатие асж < 100 МПа и показателем абразивности до 15 мг по Л.И. Барону и А.В. Кузнецову. Исполнительный орган комбайна выполнен в виде телескопической стрелы, с гидрозажимами направляющих балок для придания жесткости конструкции во время отбойки, снабжен системой подвода воды к резцам коронки для снижения пылеобразования и обеспечения взрывозащиты от фрикционного искрения. Гусеничные тележки и питатель комбайна оснащены индивидуальными гидроприводами, что обеспечивает работу комбайна в обводненных забоях. В комбайне КП21 нашли воплощение лучшие отечественные и зарубежные достижения в области горного машиностроения. Изготовленные первые опытные образцы довольно успешно прошли эксплуатационные испытания на шахтах Кузбасса, показали высокий спрос на этот комбайн, продемонстрировали высокую надежность и ремонтопригодность. За 2004 год потребителям было отгружено более 30

комбайнов. Комбайны КП21 достойно конкурируют с зарубежными образцами горнопроходческой техники.

Список литературы

1. Расчет и проектирование гидромеханических исполнительных органов проходческих комбайнов / Н.М. Качурин [и др.]. М.: Изд-во МГГУ. 2003. 293 с.

2. Разрушение горных пород шарошками и диспергирование примесей в жидкостях / Н.М. Качурин [и др.]. Тула: Изд-во «Гриф и К0». 2003. 330 с.

Жабин Александр Борисович, д-р техн. наук, проф., galina_stas@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Семенов Виктор Владимирович, канд. техн. наук, генеральный директор, galina_stas@,mail.ru, Россия, Копейск, ОАО «Копейский машиностроительный завод»,

Пушкарев Александр Евгеньевич, д-р техн. наук, проф., kopeysk-kmz@chel. surnet.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Маликов Андрей Андреевич, д-р техн. наук, проф., galina_stas@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

GEOTECHNICAL PRINCIPALS OF CREATING DEVELOPMENT MACHINE FOR PROVIDING HIGHLY PRODUCTIVE COAL MINING

A.B. Gabin, V.V. Semenov, A.E. Pushkarev, A.A. Malikov

Generalization of scientific and practical results allowed formulating geotechnical principals designing and creating mining machine and different equipment. Basic principals by development subsoil and Earth interior protection were used for formulating scientific direction at geotechnical researches as a whole and for development machine specifically.

Key words: development machine, geotechnical science, hydro-mechanical destruction, executive device, designing, construction.

Gabin A.B., Doctor of Science, Full Professor, galina_stas@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Semenov V.V., Candidate of Science, General Director, galina_stas@,mail. ru, Russia, Kopeisk, Company «Kopeiskyi Mashinostroitelnyi Zavod»,

Pushkarev A.E., Doctor of Science, Associate Professor, kopeysk-kmz@chel. surnet.ru Russia, Tula, Tula State University,

Malikov A.A., Doctor of Science, Full Professor, Head of a Department ecology @tsu. tula.ru , Russia, Tula, Tula State University