Разработка и обзор стволопроходческого агрегата АСП-8,0

ГОРНОЕ ДЕЛО

УДК 622.254.5

РАЗРАБОТКА И ОБЗОР СТВОЛОПРОХОДЧЕСКОГО АГРЕГАТА АСП-8,0

А.Д. Фомичев

Представлены конструктивная схема, основные узлы, общая техническая характеристика и схема работы стволопроходческого агрегата АСП-8,0. Выполнен расчет исполнительного органа по исходным данным технического задания.

Ключевые слова: шахтный ствол, агрегат стволопроходческий, проектировочный расчет исполнительного органа, теоретическая производительность.

В настоящее время рынок стволопроходческого оборудования в России развивается в геометрической прогрессии, увеличивается парк стволопроходческих комплексов для строительства стволов в различных горно- и инженерно-геологических условиях. Растет спрос и расширяется спектр предлагаемых услуг по оптимальной подготовке проекта, организации управления стройплощадкой с самого начала сопровождения строительства ствола. При этом возрастающие объемы строительства предъявляют все более высокие требования к эксплуатационным показателям стволопроходческого оборудования, а следовательно, и к его конструкции..

Совместно с ЗАО «ОГСК» («Объединенная горно-строительная компания») и ООО «Скуратовский опытно-экспериментальный завод» велось проектирование агрегата стволопроходческого АСП-8,0 (рис. 1), предназначенного для сооружения вертикальных стволов с монтажом тюбинговой крепи внутренним диаметром 8,0 м механизированным способом с возможностью использования элементов агрегата в качестве монтажного кольца для буровзрывного способа проходки.

Главной частью агрегата (см. рис. 1) является внутреннее кольцо 1 с платформой, на которой закреплен блок исполнительного органа 3, а также элементы гидро- и электрооборудования 5 и 6. Внутреннее кольцо распо-

лагается на монтажном кольце 2 с возможностью вращения относительно него. Монтажное кольцо крепится к тюбинговой обделке и служит для подвески агрегата. Исполнительный орган оснащается шнековой фрезой с резцовым инструментом, при этом ось вращения фрезы направлена вниз.

Проектирование агрегата включало в себя расчет исполнительного органа с использованием существующих методик проектировочного и проверочного расчетов. Первоначально проводился проектировочный расчет, заключающийся в выборе типа породоразрушающего инструмента и расчете основных параметров исполнительного органа. Затем проводился проверочный расчет, который включал в себя расчет нагрузок на исполнительном органе и расчет производительности шнеково-фрезерного исполнительного органа стволопроходческого агрегата при разрушении горных пород для заданных параметров приводного двигателя и конструкции исполнительного органа.

Рис. 1. Конструктивная схема стволопроходческого агрегата АСП-8,0 [1]:

1 - внутреннее кольцо; 2 - монтажное кольцо; 3 - исполнительный орган; 4 - привод поворота внутреннего кольца; 5 - гидрооборудование; 6 - электрооборудование; 7 - гидроцилиндры вертикального

перемещения агрегата

Исходные данные для расчета по техническому заданию приведены в табл.1

Таблица 1

Исходные данные для расчета

Мощность электродвигателя привода вращения исполнительного органа, кВт 250

Потребное значение теоретической производительности, т/мин 0,5

Максимальное усилие, приведенное к оси вращения исполнительного органа, кН: в горизонтальной плоскости в вертикальной плоскости 220

50

Максимальный крутящий момент, т/м 15

Конструкция исполнительного органа: диаметр исполнительного органа, м ширина захвата, м 1,2

0,8

Тип исполнительного органа Шнеко-фрезерный

Частота вращения исполнительного органа, об/мин 32, 36, 42

Характеристики разрушаемой горной породы: предел прочности на одноосное сжатие &сж, МПа; плотность пород, т/м3 15,78...38,05

2,12...2,65

Расчет усилий, действующих на резцы шнековой фрезы, удобно выполнить по методике [4]. Расчет проводился для резцов в соответствии с принятой схемой их расстановки на исполнительном органе (см. табл. 2). На основании расчетов были получены зависимости для забойных резцов, представленные на рис. 2.

Расчет проводился для различных типов резцов, частот вращения фрезы и разрушаемых пород.

Выбор и расчет основных параметров шнекового исполнительного органа агрегата выполнялся по методике [3]. Параметры исполнительного органа (скорость резания и подачи, толщина и ширина стружки) принимались, исходя из обеспечения заданной производительности при минимальной энергоемкости резания. Проектировочный расчет проводился для трех типов резцов: ПС-1 ПС-2 и ПС1-8У. В результате была разработана схема набора инструмента для каждого типа резцов (табл. 2).

Таблица 2

Схема набора инструмента для каждого типа резцов

Тип резцов Количество резцов в кутковой части, шт. Количество резцов в забойной части, шт. Шаг резания резцов в кутковой части, мм Шаг резания резцов в забойной части, мм Число линий резания в кутковой части, шт. Число линий резания в забойной части, шт.

ПС-1 17 11 20, 25 ,30 40, 45, 50 3 1

ПС-2 16 11 25, 30, 35 40, 45, 50 55 3 1

ПС1-8У 22 11 15, 20, 25 30, 35, 40 3 1

кВт

5

48

38

30 35 40 45 п^об/кт

Рис. 2. Зависимость мощности, расходуемой на резание, от частоты вращения фрезы при прочности пород на сжатие 38,05 МПа:

1 - для резцов ПС-1; 2 - для резцов ПС-2; 3 - для резцов ПС1-8У

Анализ расчетных данных усилия подачи, крутящего момента и расходуемой мощности при разрушении горных пород (согласно рис. 3, 4) показывает следующее. Для обеспечения требуемой теоретической минутной производительности по разрушению Qт = 0,5 т/мин и при наиболее нагруженном режиме работы шнековой фрезы в установившемся режиме значения крутящего момента Ыкр и мощности приводного двигателя N

при разрушении различных горных пород оказываются ниже значений, указанных в табл. 1.

Наименьшие значения усилия подачи, крутящего момента и мощности приводного двигателя получились при использовании резцов ПС-2, которыми впоследствии оснастили исполнительный орган при проектировании.

В результате выполненных расчетов и конструкторских работ на

214

«Скуратовском опытно-экспериментальном заводе» был изготовлен агрегат АСП-8,0 (рис. 3).

Рис. 3. Стволопроходческий агрегат АСП-8,0 в сборочном цехе

АСП обеспечивает проходку стволов круглым сечением в необвод-ненных породах крепостью до 4 единиц по шкале проф. М.М. Протодьяко-нова или с пределом прочности пород на одноосное сжатие асж < 60 МПа и абразивностью до 15 мг, в том числе в обводненных породах в условиях проходки с замораживанием. Совместно с АСП-8,0 работают погрузочная машина 2КС2У/40 и вспомогательное оборудование. Погрузочная машина осуществляет погрузку разрушенной породы в бадьи, которые впоследствии транспортируются на поверхность по стволу с помощью специальных канатов. Вспомогательное оборудование включает в себя трехэтажный проходческий полок, бункер для приема бетонной смеси и грузовую бадью. Тем самым обеспечивается комплексная механизация строительства ствола.

Общий вид комплекса в стволе представлен на рис. 4.

Рис. 4. Схема расположения АСП-8,0 и погрузочного комплекса 2КС2У/40 в стволе

Техническая характеристика АСП-8,0

1. Производительность по разрушению массива пород:

средняя техническая производительность, т/мин................0,5

2. Форма сечений выработки (ствола)......................круглая

3. Размеры выработки в проходке, м:

- диаметр ствола основной.....................................8

- наибольшая глубина забоя..................................1,8

4. Г абаритные размеры агрегата, мм:

- диаметр..................................................9630

- высота в сложенном состоянии.............................7500

- высота в рабочем положении...............................9300

5. Исполнительный орган..................телескопическая штанга

с рукоятью и шнековой фрезой

7. Тип подающей части........................цевочный механизм

9. Масса агрегата с тюбингоукладчиком, т......................85

Техническая характеристика 2КС2У/40 [1]

1. Емкость грейфера, м 3.......................................1,3

2. Техническая производительность, м3/мин......................2,1

3. Эксплуатационная производительность, м /мин.................130

4. Грузоподъемность, кг.......................................5000

5. Высота подъема грейфера, м...................................10

6. Средняя продолжительность цикла погрузки, с..................30

7. Общая установленная мощность пневмодвигателей, кВт...........96

8. Масса, т...................................................19,2

Работа агрегата осуществляется по следующей циклической схеме.

Во время разработки забоя агрегат распирается в стенки ствола и к тюбингам крепи ствола. Исполнительным органом осуществляется отбойка породы на заданную глубину по всей площади сечения ствола с применением:

- качания исполнительного органа в горизонтальной плоскости;

- подъема-опускания исполнительного органа;

- поворота (перестановкой) внутреннего кольца.

Разрушенная горная масса находится на почве забоя, перемещение породы от периферии забоя к центру осуществляется с применением плужка, установленного на рукояти рабочего органа.

Далее производятся отсоединение агрегата от крепи ствола, опускание на телескопических домкратах на величину отработанного пространства, монтаж нового кольца тюбингов и фиксация к нему Агрегата.

После этого цикл проходки повторяется.

При проходке пород крепостью асж >32 МПа используется буровзрывной способ. В данном случае конструкция агрегата служит основанием для возведения чугунного тюбингового кольца на безопасном удалении от зоны ведения взрывных работ с последующим вертикальным перемещением агрегата.

На сегодняшний день стволопроходческий агрегат используется для строительства ствола на Ново-Усольском месторождении с общей глубиной более 500 м. Основные породы, встречающиеся при проходке: мергель, мергель загипсованный, сильвинит полосчатый, сильвинит красный и каменная соль.

Список литературы

1. Объединенная горно-строительная компания, проектирование и строительство вертикальных стволов горнодобывающих комплексов М.: ЗАО «ОГСК». [Электронный ресурс]. иКЬ: http://ogsk.ru/

2. Мерзляков В.Г., Бафталовский В.Е. Физико-технические основы гидроструйных технологий в горном производстве. М.: ННЦГП-ИГД им.

А.А. Скочинского, 2004. 645 с.

3. ОСТ 12.44.258-84. Комбайны очистные. Выбор параметров и расчет сил резания и подачи на исполнительных органах. Методика.

4. РД 1321-77. Комбайны проходческие избирательного действия. Расчет исполнительных органов. Методика.

Фомичев Алексей Дмитриевич, асп., leha.f71 @mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

DEVELOPMENT AND REVIEW OF THE SHAFT SINKING ASSEMBLY ASP-8,0 UNIT

A.D. Fomichev

The constructive scheme, the main knots, the general technical characteristics and the scheme of operation of the shaft sinking assembly ASP-8,0 unit is submitted, and also calculation of executive body for basic data of the specification is executed.

Key words: mine trunk; shaft sinking assembly; design calculation of executive body; theoretical productivity

Fomichev Aleksey Dmitrievich, postgraduate, leha. f71 amail. ru,, Russia, Tula, Tula State University