Проходческие комбайны, классификация, исполнительные органы, схемы и оборудование

Проходческие комбайны служат для механизированного проведения подготовительных выработок на угольных шахтах, рудниках, а также тоннелей при строительстве подземных сооружений.

Комбайновый способ проведения выработок наиболее прогрессивен, так как позволяет совместить во времени наиболее тяжелые и трудоемкие операции по разрушению забоя и уборке из него горной массы.

Кроме того при комбайновом способе проведения выработок существенно повышается устойчивость последних, так как монолитность пород в массиве нарушается в меньшей степени, чем при буровзрывных работах. Последнее обстоятельство позволяет снизить расходы на поддержание выработок.

Классификация проходческих комбайнов

Проходческие комбайны по основным классификационным признакам подразделяются по:

• способу обработки забоя исполнительным органом — на избирательного (цикличного) действия с последовательной обработкой поверхности забоя и бурового (непрерывного) действия с одновременной обработкой всей поверхности забоя;
• крепости пород разрушаемого горного массива — для работы по углю и слабой руде с прослойками и присечками слабых пород (f < 4), для работы по породам средней крепости (f = 4^-8) и по крепким породам (f > 8) ;
• области применения — для проведения основных и вспомогательных подготовительных выработок по полезному ископаемому и смешанным забоем, для проведения основных и капитальных выработок и тоннелей по породе и для осуществления нарезных работ по полезному ископаемому;
• площади сечения проводимых выработок (в проходке) — для проведения выработок от 5 до 16 м2, от 9 до 30 м2 и более 30 м2.

Кроме перечисленных основных признаков комбайны могут также подразделяться по установленной мощности привода конструкции исполнительного, погрузочного органов и органов перемещения.

Проходческие комбайны с исполнительными органами избирательного действия применяются преимущественно для проведения выработок по породам с коэффициентом крепости F < 8, при необходимости изменения в широком диапазоне размеров и формы сечений выработок, а также раздельной выемки полезного ископаемого и породы.

Проходческие комбайны с буровыми исполнительными органами непрерывного действия применяются для проведения выработок постоянного сечения круглой или арочной формы.

Исполнительные органы проходческих комбайнов

Исполнительные органы проходческих комбайнов, выпускаемых в настоящее время, — как правило, корончатые, дисковые или комбинированные.

Конические коронки

Конические коронки (рис. 3.6, а) получили подавляющее применение на стреловидных исполнительных органах проходческих комбайнов избирательного действия ПКЗР, ГПКС, 4ПП-2, 4ПП-5, выпускаемых серийно в России.

Коронки сферической формы

Коронки сферической формы, с вращающимися в разные стороны полушариями (рис. 3.6, б), устанавливаемые на поворачивающихся в горизонтальном и вертикальном направлениях рукоятях (стрелах), применяются в комбайнах типа выпускаемых в ВНР.

Разностороннее вращение полушарий сферической коронки, хотя и усложняет трансмиссию от двигателя к коронке, но позволяет уравновешивать крутящие моменты на исполнительном органе, что весьма существенно для обеспечения устойчивости проходческих комбайнов легкого типа.

С помощью указанных исполнительных органов могут проводиться выработки:

• прямоугольного (схема I, рис. 3.6, в),
• трапецеидального (схема II, рис. 3.6, в),
• арочного (схема III, рис. 3.6, в) сечений.

Ввиду относительно небольших размеров коронок в проходческих комбайнах со стреловидными исполнительными органами облегчен доступ к забою выработок, что позволяет производить замену изношенного рабочего инструмента на коронках без отодвигания комбайна от забоя.

Двух- и трехлучевые коронки большого диаметра

Двух- и трехлучевые коронки большого диаметра применяются так же в роторных исполнительных органах проходческих комбайнов бурового действия.

Роторные исполнительные органы могут быть:

• одноосевыми из одной планшайбы 1 (рис. 3.7, а) — комбайн КРТ;
• сооснопланшайбовыми, состоящими из двух встречно вращающихся планшайб 1 и 2, сидящих на одной оси (рис. 3.7, б) — комбайн ПК8,
• параллельно-осевыми — из трех планшайб, расположенных на параллельных осях — комбайн ПК10 (рис. 3.7, в).

Одноосевой исполнительный орган комбайна КРТ, оснащенный дисковыми или штыревыми шарошками, предназначен для разрушения крепких пород (f>8).

Сооснопланшайбовые исполнительные органы

Сооснопланшайбовые исполнительные органы предназначены для работы по слабым породам и калийным рудам. Встречное вращение внутренней 1 (см. рис. 3.7, б) и наружной 2 планшайб позволило уравновесить реактивные крутящие моменты на коронках и улучшить поперечную устойчивость комбайна.

Резцы сооснопланшайбовых исполнительных органов постоянно контактируют с забоем проводимой выработки, прорезая в нем концентрические кольцевые щели на глубину до 250—300 мм.

Образующиеся между щелями кольцевые породные целички (до 50 % площади забоя) разрушаются менее энергоемким способом — скалывателями.

Порядка 10—15 % площади забоя разрушаются бермовыми фрезами, которые придают сечению выработки арочную форму и одновременно перемещают шнеками разрушенную горную массу к центру выработки. Разрушенная горная масса зачерпывается внизу ковшами, расположенными на планшайбе.

Три трехлучевые коронки 1 — планшайбы (см. рис. 3.7, в), расположенные на параллельных осях, применены в комбайне ПК10, используемом для работы на месторождениях калийных солей.

Разностороннее вращение коронок обеспечивает частичное уравновешивание реактивного крутящего момента на исполнительном органе комбайна. Центральная планшайба выдвинута вперед, а две крайние вращаются в одной плоскости.

Для придания выработке овальной формы ее верхняя часть оконтуривается режущей цепью 2. У почвы работают бермовые фрезы 3 со шнековыми валами. Шнеки транспортируют горную массу к центру выработки, где она поступает на скребковый перегружатель 4.

Дисковые буровые исполнительные органы с планетарным движением резцов

Буровые исполнительные органы по конструктивному исполнению и кинематике движения рабочего инструмента могут быть не только корончатыми роторного типа, но и дисковыми с планетарным движением резцов или шарошек.

В приводе таких исполнительных органов используются планетарные редукторы, которые обеспечивают вращение водила 1 (рис. 3.8, а) с забурником 2 и вращение дисков 3 с резцами относительно водила 1 (комбайн «Караганда»).

Диски совершают относительное движение с угловой скоростью, а их переносное движение относительно продольной от выработки обеспечивается вращением водила с угловой скоростью соц.

В дальнейшем были созданы серийно выпускаемые в настоящее время проходческие комбайны «Урал-10КСА» и «Урал-20КСА» с двумя планетарно-дисковыми исполнительными органами на параллельных осях вращения.

Принципиальная схема исполнительного органа комбайна «Урал-20КСА» приведена на рис. 3.8, б.

Каждый планетарно-дисковый исполнительный орган комбайна «Урал-20КСА» кроме двух дисков 3 с осями вращения, параллельными поверхности забоя, имеет по два плоских диска 2 (с осями вращения, перпендикулярными к поверхности забоя), образующих планетарный забурник.

Планетарные исполнительные органы имеют, по сравнению с другими, более сложную трансмиссию привода. Но благодаря планетарному движению рабочего инструмента возможна обработка значительных поверхностей забоя относительно небольшим количеством инструмента. Это позволяет повысить эффективность процесса разрушения пород забоя за счет передачи на каждый резец большей мощности.

Для получения выработок арочной и овальноарочной формы поперечного сечения комбайны имеют бермовые органы с боковыми дисковыми фрезами 4 и шнеками 5. Шнеки транспортируют отбитую горную массу к центру комбайна, где расположен скребковый конвейер — перегружатель б.

Для оформления кровли выработки исполнительный орган комбайна «Урал-20КСА» имеет верхний отбойный барабан, который с помощью гидроцилиндров может подниматься и опускаться, что обеспечивает необходимый типоразмер выработки. Зона работы исполнительного органа закрыта щитом 7.

Неудобством обслуживания роторных и планетарных исполнительных органов бурового действия является необходимость отгона комбайнов от забоя при замене резцов и осмотрах.

Резцы исполнительных органов проходческих комбайнов

Для оснащения исполнительных органов проходческих комбайнов широкое распространение получили радиальные, круглые (вращающиеся) резцы и шарошки.

Радиальный резец ШБМ2С1 (рис. 3.9, а) предназначен для исполнительных органов проходческих комбайнов по угольным и соляным забоям.

Породный резец РПП2 (рис. 3.9, б) предназначен для стреловидных исполнительных органов проходческих комбайнов при проведении подготовительных выработок по угольному пласту любой крепости с присечкой до 70 % от площади забоя пород почвы или кровли (F<6) абразивностью не более 18 мг.

Поворотный резец РКСЗ (рис. 3.9, в) применяется в случаях проведения выработок сплошным угольным или породным забоем (f = 6) или смешанным забоем с присечкой до 25 % по площади забоя песчаника (f = 6-8) абразивностью до 18 мг.

Шарошки исполнительных органов проходческих комбайнов

На проходческих комбайнах бурового типа при разрушении пород с коэффициентом крепости F более 8 в качестве рабочего инструмента применяются шарошки.

Дисковые шарошки по сравнению с резцовым инструментом позволяют создавать значительные напорные усилия.

Дисковые шарошки могут быть лобовыми (рис. 3.10, а), имеющими форму симметричного клина относительно плоскости вращения шарошки, и тангенциальными (рис. 3.10, б), имеющими форму несимметричного клина и работающими по схеме подрезного резания.

Энергоемкость процесса разрушения по подрезной схеме примерно на 20—30 % ниже, чем по лобовой.

Во время разрушения горных пород шарошка перекатывается по поверхности забоя, вращаясь на оси.

Чаще всего применяют одно- и двухдисковые шарошки диаметром 230—300 мм с режущей частью, армированной пластинками твердого сплава, или изготовленной из легированной стали.

Для разрушения крепких пород используют штыревые шарошки (рис. 3.10, в) со штырями из твердого сплава.

Для погрузки разрушенной горной массы на конвейер комбайна наибольшее распространение в комбайнах избирательного действия получили погрузочные устройства, выполненные в виде нагребающих лап, в комбайнах бурового действия — шнековые и ковшовые погрузочные устройства.

Ходовое оборудование проходческих комбайнов

Ходовое оборудование проходческих комбайнов предназначено:

• для создания напорного усилия на забой при разрушении пород забоя, и при погрузке отбитого материала;
• маневрирования комбайна в забое во время работы;
• транспортирования комбайна при перегонах по горным выработкам.

Применяют гусеничное или шагающее ходовое оборудование. Гусеничное ходовое оборудование обеспечивает высокую маневренность и мобильность проходческого комбайна. Оно получило наибольшее распространение. Применяются двух гусеничные тележки с многоопорными гусеницами.

Давление на почву должно быть не более 0,05—0,1 МПа. У тяжелых мощных комбайнов оно может достигать 0,2 МПа.

В тех случаях, когда для работы комбайнов требуются большие напорные усилия (при работе по крепким породам), применяется распорно-шагающее гидравлическое ходовое оборудование, которое является ходовым оборудованием цикличного действия.

Перевод комбайнов с шагающим ходовым оборудованием в другие выработки не может осуществляться своим ходом, как комбайнов на гусеничном ходу, и требует дополнительных транспортных средств.

Электрооборудования комбайнов

Основной вид энергии проходческих комбайнов — электрическая энергия.

В состав электрооборудования комбайнов входят:

• электрические двигатели для привода исполнительных органов, органов погрузки, перегружателей и органов перемещения (кроме шагающе-распорного ходового оборудования и некоторых гусеничных ходов, оснащенных гидродвигателями), а также для привода насосов масло станций комбайнов;
• магнитные станции с аппаратурой управления и защиты;
• электрические пульты управления;
• аппаратура сигнализации и освещения;
• кабельная сеть и электрическая арматура.

Преимущественное применение на проходческих комбайнах получили асинхронные короткозамкнутые электродвигатели в рудничном взрывобезопасном исполнении РВ.

Синхронная частота вращения ротора составляет обычно 25 с^-1.

Включение и выключение электродвигателей комбайна выполняет машинист на самом комбайне с помощью пусковой аппаратуры, установленной в магнитной станции комбайна.

С целью безопасного обслуживания на всех комбайнах предусмотрена подача звукового сигнала перед включением двигателей.

Системы силового объемного гидропривода

В проходческих комбайнах получили также широкое распространение системы силового объемного гидропривода типа насос — силовой гидроцилиндр и насос — гидромотор.

Первая система используется:

для перемещения стреловидных исполнительных органов комбайнов избирательного действия в горизонтальной и вертикальной плоскостях,

• раздвижности телескопической стрелы,
• подъема и опускания разгрузочного конца конвейера комбайна,
• для работы шагающее-распорного органа перемещения комбайнов бурового типа,
• выполнения вспомогательных операций по управлению движением комбайна и ряда других операций.

Систему насос — гидромотор используют в приводах гусеничного хода комбайнов.

В качестве рабочей жидкости гидросистем комбайнов можно применять минеральное масло, но в целях предотвращения пожаров правилами безопасности требуется применение огнестойкой нетоксичной рабочей жидкости.

Такая жидкость представляет собой мелкодисперсную эмульсию воды и минерального масла (46 % воды и 50 % масла) с добавлением 4 % антизадирных, антикоррозионных и противопенных присадок.