Процесс эксплуатации оборудования (стр. 3 )

Разработана механизированная двухстоечная щитовая крепь поддерживающе-оградительного типа Ml37 и М137А. Секции крепи могут располагаться в забое по «заряженной» (для ком­байновых комплексов) и «незаряженной» (для струговых комп­лексов) схемам. В последнем случае крепь может иметь вы­движные верхняки.

Для тяжелых по обрушаемости пород кровли Гипроуглемашем разработаны и приняты к серийному производству трехстоечная М144 и четырехстоечные щитовые крепи поддержи­вающе-оградительного типа М138, М138А и М142.

Шаг установки секций этих крепей составляет 1,5 м (равен длине рештака става забойного конвейера), а ход гидродом­кратов передвижки секций крепи — 0,63 и 0,8 м.

СОСТАВ И РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ КРЕПИ

В сложных горно-теологических условиях, где применение механизированных крепей невозможно или экономически нецелесообразно, исполь­зуют индивидуальные крепи.

Индивидуальная крепь состоит из следующих основных эле­ментов: забойной стойки, посадочной стойки и верхняка, которые не связаны между собой ни конструктивно, ни кинематически, а только технологически. Совместное использование их в процессе эксплуатации позволяет защищать рабочее пространство и управ­лять кровлей. Забойная крепь возводится в призабойном простран­стве и предназначена для поддержания кровли с помощью верхняков. Посадочная крепь возводится на границе рабочего и обрушаемого выработанного пространства и предназначается как для поддержания, так и для удержания края обрушаемой кровли на границе с рабочим пространством. Металлические верхняки, опи­раясь на забойные и посадочные стойки, непосредственно поддер­живают кровлю по всей ширине призабойного пространства.

Одна из основных функций крепи — регулирование опуска­ния пород кровли. По характеру взаимодействия стоек с породами кровли различают стойки жесткие и податливые. Податливые стойки могут иметь характеристики с нарастающим и постоянным сопротивлением. На рис. IV. 13 показаны идеальные механические характеристики некоторых типов стоек.

Стойки с жесткой характеристикой в силу их низкой эффектив­ности и быстрого выхода из строя в угольных шахтах СССР не применяют (за исключением выкладки костров). Металлические стойки могут иметь характеристики II, III и IV типов.

Таким образом, каждая стойка имеет определенную характе­ристику в зависимости от сопротивления Р, препятствующего опусканию пород кровли и вздутию пород почвы, от величины просадки стойки А/.

На рис. IV. 14 дана реальная характеристика податливой ме­таллической стойки.

На рис. IV. 13 и IV. 14 обозначены:

НС — начальное сопротивление стойки, которое она набирает при незначительной просадке (ΔlНС) до наступления основного ее рабочего периода. Иногда эту точку характеристики называют конечным установочным сопротивлением;

ДС — допустимое сопротивление стойки при максимально до­пустимой величине ее просадки (ΔlДС);

ΔlНС ÷ ΔlДС —рабочая зона характеристики стойки;

PC — разрушающее сопротивление. Обычно принимают ДС = = 0,6 ÷ 0,7 PC.

Некоторые типы стоек имеют механизм, служащий для созда­ния предварительного распора – начального установочного со­противления стойки.

Зависимости, показанные на рис. IV. 13, являются «идеаль­ными» характеристиками стойки. Реальная характеристика в ра­бочей зоне имеет пилообразный характер (рис. IV. 14). Наклонные участки реальной характеристики соответствуют моменту просадки на Л/ с уменьшением сопротивления стойки на величину АР. Затем наступает нарастание сопротивления стойки без просадки до того момента, пока давление пород кровли и почвы не превысит сопротивляемости стойки в данной точке ее рабочей характери­стики. В гидравлических стойках регулирующим элементом яв­ляется предохранительный клапан, диапазоном перепада давления при срабатывании которого и объясняются пики характеристики.

Металлические стойки трения (рис. IV. 15) состоят из корпуса 3, на котором монтируются все детали стоек; выдвижной части /, входящей в корпус и обеспечивающей сокращение высоты стойки под давлением проседающих пород кровли; замка 2, служащего для фиксации выдвижной части стойки после ее установки и создания сил трения (сил сопротивления) при просадке стоики; верхней / и нижней 5 опор, воспринимающих давление пород кровли и почвы и передающих его на остальные элементы стойки. Если выдвижная часть имеет клиновидную форму с углом ко­нусности а (см. рис. IV.15), то по мере проседания выдвижной части силы нормального давления и трения возрастают. Конус­ность выдвижной части стойки определяет степень крутизны ее характеристики в рабочей зоне. В стойках крутонарастающего со­противления уклон выдвижной части находится в пределах от 1 : 100 до 1 : 200, а в стойках пологонарастающего сопротивле­ния — от 1 : 200 до 1 : 700. Стойка с уклоном менее 1 : 700 отно­сится к стойкам постоянного сопротивления.

Наиболее прогрессивны призабойные гидростойки, которые имеют нагрузочную характеристику постоянного сопротивле­ния. Промышленностью выпускаются два вида гидростоек— с внутренней циркуляцией рабочей жидкости и с внешним пи­танием.

Гидростойка с внутренней циркуляцией рабочей жидкости (рис. 1.16, а) состоит из рабочего цилиндра 9, выдвижной части 8, поршня 7 со штоком 12, фильтра 2, предохранительно-разгрузочного клапана 4 и клапанно-распределительной систе­мы 10 и 11 насоса.

Рис. 1.16. Схемы устройства индивидуальных гидростоек с внутренней цир­куляцией рабочей жидкости (а) и с внешним питанием (б)

Полость А выдвижной части заполняется маслом (индуст­риальное И-20А или И-30А с добавлением специальных инги­биторов, повышаю-щих коррозионную стойкость дета-лей) и служит внутренним резервуа-ром. Раздвижка и распор стойки производятся одноступенчатым порш-невым насосом, приводи­мым в действие кривошипным механизмом 5 с помощью руко­ятки 6. При движении поршня 7 вверх масло переливается из полости А через клапан 11 в полость Б. Затем при движении поршня 7 вниз клапан 11 закрывается, а клапан 10 открывает­ся и рабочая жидкость поступает в полость В и поднимает вверх выдвижную часть 8.

Если давление в полости В превысит величину, на которую отрегулирован предохранительно-разгрузочный клапан 4, то последний срабатывает и жидкость переливается в полость А. Для разгрузки стойки поднимают вверх ручку разгрузочного устройства 3 и выдвижная часть 8 опускается за счет переливания жидкости из полости В в полость А через клапан 4. Масло пополняется через заливное отверстие 1 (закрываемое проб­кой) и сетчатый фильтр 2.

Гидростойки с внешним питанием не имеют встроенного на­соса. Раздвижка и распор таких стоек осуществляется с по­мощью пистолета 1 (рис. 1.16,6), присоединенного к насосной станции. Жидкость при подаче пистолетом 1 через фильтр 11 и клапан 10 поступает в полость А стойки и далее через клапан 9 в рабочую полость Б стойки. При этом перемещается вверх выдвижная часть 7. После окончания распора перекрывается трехходовой кран 2 пистолета 1 и жидкость, поступает в слив­ную линию 3 насосной станции. Пистолет отключается от стой­ки. Если давление в рабочей полости Б рабочего цилиндра 8 превышает допустимое, то срабатывает предохранительный клапан 4 и обеспечивает необходимую податливость стойки.

Стойка разгружается клапаном 5, который при повороте рычага 6 против часовой стрелки отклоняется влево, в резуль­тате чего открывается отверстие для слива жидкости из полос­ти Б стойки.

В качестве рабочей жидкости в гидростойках с внешним пи­танием используется водомасляная эмульсия с антикоррозион­ной и антифрикционной присадками.

ПРОХОДЧЕСКИЕ КОМБАЙНЫ

КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ ТИПЫ

По назначению все проходческие комбайны делятся на две основные группы:

– комбайны для проведения выработок по углю и мягким породам с f < 4-5 (ПУ);

– комбайны для проведения выработок по породе с f >5(ПП).

Конструкция проходческого комбайна в основном определяется его назначением, выбранным способом обработки забоя и типом исполнительного органа.

По способу отработки забоя современные отечественные кон­струкции делятся на три типа:

фронтальные, которые обрабатывают одновременно всю пло­щадь забоя;

фланговые, обрабатывающие забой снятием слоя породы по всей его ширине или высоте при фланговом или вертикальном переме­щении исполнительного органа;

избирательные, которые могут проходить выработки любой формы с селективной выемкой угля и породы. При этом схема обработки определяется горно-геологическими и горнотехниче­скими факторами.

Комбайны первого типа могут являться как машинами непре­рывного действия, так и цикличного, а второго и третьего — только - цикличного.

Схемы обработки забоя комбайнами этих типов показаны на рис. IV.56— IV.59.

На рис. IV.56 даны_в_озможные варианты обработки забоя комбайнами типа ПКЗ. Основными факторами, влияющими на выбор схемы обработки, в этом случае являются: необходимость селективной обработки; обработка периметра выработки; мини­мальное число переключений; работа по напластованию. При этом забой обрабатывается циклами, при заглублении коронки на величину Н с последовательностью перемещений, указанных стрелками на рис. IV.56, а, б, в, г.

Комбайн «Караганда-7/15» может работать и по фронтальной схеме — обрабатывать забой А (рис. IV.57) при непрерывной подаче vn на забой или при цикличной подаче на величину Я с последующим качанием рабочего органа со скоростью сокач из положения / в положение //.

Схемы обработки забоя комбайнами ПК8 (рис. IV.58, а) ПКЮ (рис. IV.58, б) и «Ясиноватец» (рис. IV.59) являются фронталь­ными. Комбайны ПК8 и ПКЮ являются машинами непрерывного действия. Комбайн «Ясиноватец» предназначен для работы по породам с f < 8. Его исполнительный орган оснащен лобовыми шарошками и требует очень высоких напорных усилий, имеет домкратный напорный механизм подачи (аналогично комбайнам ШБМ и ТОР) с обеспечением одновременной или попеременной (в более крепких породах) подачи внутреннего ВБ и наружного НБ буров. Являясь фронтальной машиной, но имея домкратный механизм перемещения, комбайн работает циклично при наличии холостого подтягивания корпуса комбайна.

Одним из основных направлений технических поисков по рас­ширению области применения проходческих комбайнов, кроме изыскания эффективных способов и средств разрушения крепких пород, является создание конструкций, обеспечивающих работу комбайнов в выработках с углом наклона более ± 15° как по фактору удержания и перемещения комбайна, так и по фактору погрузки разрушенной массы из уклонного забоя. Так, разработан и испы­тан комплекс КН5Н, работающий на углах восстания до 35°, выполненный на базе комбайна ГПК, встроенного в специальную механизированную крепь, перемещающую и удерживающую комплекс.

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

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. Наибольшее распространение получили двухгусеничные тележки с много­опорными гусеницами.

Недостатком гусеничного ходового оборудования является то, что развиваемое напорное усилие зависит от веса комбайна и коэффициента сцепления гусениц с почвой и не превышает по величине собственный вес комбайна.

С ростом нагрузок на коронку стреловидного исполнитель­ного органа при расширении области применения комбайнов по крепости разрушаемых пород важное значение приобретает проблема обеспечения устойчивости комбайнов. Опирание ком­байна на носок стола питателя погрузочного

Рис. IV.56. Схема обработки забоя комбайнами типа ПК. Ч

Рис. IV.57. Схема обработки забоя комбайном «Караганда-7/15»

Рис. IV,58. Схемы обработки забоя комбайнами IIК8 (а) и ПКЮ (б)

устройства и дом­краты-аутригеры, расположенные позади гусеничных тележек, повышают устойчивость комбайна в процессе работы исполни­тельного органа без увеличения веса комбайна.

В тех случаях, когда для работы комбайнов требуются боль­шие напорные усилия (при работе по крепким породам), при­меняется распорно-шагающее гидравлическое ходовое оборудо­вание (рис. 2.9, б), 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.

Проходческие комбайны избирательного действия. Отличи­тельные особенности этой группы комбайнов: возможность из­бирательной обработки забоя (раздельная выемка полезного ископаемого и породы при проведении выработки по пласту полезного ископаемого с присечкой боковых пород), возможность проведения одним комбайном выработок с поперечными сечениями различной формы и размеров без переналадки ис­полнительных органов, а также относительная простота их кон­струкции по сравнению с буровыми комбайнами предопредели­ли широкое применение этих комбайнов в промышленности.

В настоящее время заводы выпускают комбайны избира­тельного действия со стреловидными исполнительными органа­ми типов: 1ПКЗР, 1ГПКС, 4ПП2М и 4ПП5. Наиболее массовы­ми являются комбайны типа ГПКС.

В базовом исполнении комбайн 1ГПКС предназначен для проведения горизонтальных и наклонных (до ±10°) выработок сечением 6—17 м2 по углю, породе или смешанному забою с присечкой до 50% (по площади сечения выработки) пород, сопротивляемостью одноосному сжатию до 70 МПа, с показате­лем абразивности до 15 мг.

Проходческий комбайн 1ГПКС (рис. 2.10) состоит из испол­нительного органа, включающего в себя телескопическую стре­лу 3 и резцовую коронку 1; ходовой части 11; погрузочного уст­ройства 12; гидросистемы 6; электрооборудования 5; пульта управления 7; скребкового конвейера 8, системы пылегашения2.

Исполнительный орган смонтирован на поворотной турели и посредством силовых цилиндров 4 η 13 может перемещаться в горизонтальной и вертикальной плоскостях при обработке за­боя. Стрела 3 телескопическая, имеет раздвижность до 500 мм.

Ходовая часть представляет собой самоходную гусеничную· тележку и предназначена для движения, поворотов и разворо­тов комбайна. Привод гусениц осуществляется от общего электродвигателя через коническую передачу и кинематические цепи, включающие в себя два рабочих и два тормозных фрик­циона.

За ходовой частью размещены гидроцилиндры 10, выпол­няющие роль вспомогательных опор-аутригеров, использование которых повышает устойчивость комбайна в процессе работы.

Погрузочное устройство состоит из рамы с закрепленными на ней двумя кинематическими связанными редукторами на­гребающих лап, привод которых от скребковой цепи конвейера. Тяговый орган скребкового конвейера представляет собой круглозвенную цепь с установленными на ней штампованными скребками. Концевая часть конвейера может перемещаться гидроцилиндрами 9 в вертикальной и горизонтальной плоско­стях.

За рубежом комбайны избирательного действия со стрело­видным исполнительным органами выпускаются фирмами «Эйкгофф», «Паурат», «Вейстфалия», «Демаг» (Германия), «Вест-Альпина (Австрия), «Андерсон», «Стрэтклайд» (Великоб­ритания). Особенности комбайнов, выпускаемых указанными фирмами, — большие площади сечения проводимых выработок, и, как правило, значительная мощность привода исполнительно­го органа.

ПРОХОДЧЕСКИЕ КОМБАЙНЫ С БУРОСКАЛЫБАЮЩИМ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫМ ОРГАНОМ

К комбайнам данного типа относят ПК8, ПК10 и ШБМ. Ком­байн ПК8 имеет уравновешенный рабочий орган (рис. IV.64), что обеспечивается правильным выбором конструктивных и режимных параметров наружного 1 и внутреннего 2 буров, имеющих противо­положное вращение.

Комбайн ПК10 имеет уравновешенные левый / и правый 2 буры и неуравновешенные центральный бур 3, вращающиеся с переносными скоростями соп, и верхнее отбойное устройство 4 (рис. VI.65, а).

Все буры комбайнов несут специальные державки, прикреп­ляемые к планшайбе бура и оснащенные резцовым инструментом для прорезания концентрических щелей. Межщелевые целики разрушаются скалывателями 5 (рис. IV.65, б). Комбайны данного типа разрушают скалыванием до 60% горной массы.

Буроскалывающие исполнительные органы обеспечивают воз­можность самоуравновешивания, постоянную глубину резания, лучшую сортность и меньшую энергоемкость процесса разрушения полезного ископаемого и получили значительное распространение как в выемочных, так и в проходческих комбайнах.

Режимные и конструктивные параметры этого органа разруше­ния зависят от целого ряда факторов, в том числе от физико-механических свойств пород, условий и параметров разрушения, параметров геометрической формы и схемы набора рабочего инструмента и т. д.

Особенностью исполнительного органа буроскалывающего типа является работа режущего инструмента в относительно глубоких щелях и разрушение межщелевых целиков специальными скалы­вателями. Режущие инструменты постоянно контактируют с поро­дой и осуществляют ее разрушение в щелях с глубиной резания, обусловленной скоростью движения комбайна на забой. Скалыва-тели же вступают в контакт с межщелевыми целиками лишь при достижении последними определенной высоты. Причем' регулируе­мым в процессе работы параметром, существенно влияющим на процесс разрушения ископаемого, является лишь скорость подачи комбайна.

Эффективная работа буроскалывающего исполнительного органа достигается за счет того, что энергоемкость процесса разрушения межщелевых целиков значительно ниже энергоемкости процесса разрушения резанием в глубоких щелях. Так, при разрушении монолитных и вязких калийных руд, имеющих коэф­фициент крепости f = 2,7 ÷3,5, энергоемкость процесса разруше­ния межщелевых целиков статическими катящимися скалывателями составляет 0,4—1,25 кВтּч/м3, в то время как энергоемкость процесса разрушения резанием в глубоких щелях составляет 7—14 кВтּч/м3.

Рис. 1V.64. Исполнительный орган комбайна ПК8

ПРОХОДЧЕСКИЕ КОМБАЙНЫ С ПЛАНЕТАРНЫМ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫМ ОРГАНОМ

Планетарные исполнительные органы проходческих комбайнов имеют различное конструктивное исполнение, обеспечивающее, как правило, рабочему инструменту два вращательных движе­ния — относительное и переносное. При этом исполнительный орган разрушает забой либо прорезанием концентрических щелей и скалыванием межщелевых целиков (по схеме работы комбайнов ПКГЗ, ПКГ4), либо путем резания с открытой поверхности забоя (по схеме ТПК1 или К.7/15).

К планетарным органам разрушения относят и исполнительный орган комбайна ТОР72, разрушающий забой дисковыми шарош­ками, работающими в режиме подрезного резания, и исполнитель­ные органы комбайнов «Ясиноватец» и «Союз-19».

Исполнительные органы типа ТПК являются плоскопланетар­ными, а типа ПКГ и К7/15 — пространственнопланетарными. Последние требуют резцов специальной конструкции, так как применение обычных резцов приводит к работе не только передней, но и боковой гранями, что резко повышает энергетические показа­тели процесса разрушения. К достоинствам планетарных органов можно отнести возможность создания сетки пересекающихся резов, что снижает энергоемкость процесса разрушения.

Резцовый инструмент исполнительного органа комбайна К7/15 совершает сложное движение со скоростью ω0 (рис. IV.69, а) по спирали с радиусом Rд при одновременном переносном движении со скоростью ωп, по радиусу тора RТ, при этом получается спираль замкнутая в тор (рис. IV.69, б).

Рис. 1V.69. Траектория движения резцов режущего диска комбайна

а – в плоскости перпендикулярной груди забоя; б – по торовой поверхности

ЩИТОВЫЕ ПРОХОДЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ

Щитовые проходческие ком­плексы применяют в сложных горно-геологических условиях, требующих, как правило, сплош­ного крепления проводимой выра­ботки — в слабых грунтах и по­родах, в плывунах или под ними, при неглубоком залегании выра­боток под сооружениями, под близкими водоносными горизон­тами, при проведении подземных городских трасс различного назначения.

Разнообразие горно-геологических условий и требований к воз­водимой крепи обусловили следующие основные технологические схемы щитовых комплексов:

щитовые комплексы, для проходки тоннелей независимо от возводимой крепи, применяемые при работе в устойчивых крепких породах. В неустойчивых мягких породах требуется возведения временной крепи, которая не является опорным элементом для домкратов передвижения щита. Щит должен иметь специальное распорное устройство.

Применение ограничено, так как в таких условиях более целесообразно вести комбайновую или буровзрывную проходку;

щитовые комплексы для строительства тоннелей со сборной крепью.

При работе комплексов в головной части щита 2 (рис. V.38, а) разрабатывается порода вручную или исполнительным органом /, а под защитой его оболочки 3 собирается тоннельная крепь из отдельных чугунных или железобетонных элементов 5. Щит про­двигается вперед, упираясь гидравлическими домкратами 7 в торец собранной крепи. Тоннельная крепь в этом случае имеет наружный диаметр меньше, чем наружный диаметр щита, так как необходимо зону сборки крепи перекрыть оболочкой щита и иметь специаль­ный зазор 6 для возможности сборки крепи и поворотов щита на криволинейных участках трассы. Пустоты между крепью и сте­нами выработки в устойчивых породах обычно заполняют це-ментно-песчаным раствором 4. За проходческим комплексом на некотором расстоянии от забоя, как правило, ведутся гидроизо­ляционные работы — чеканка швов между элементами крепи и контрольное нагнетание за нее цементного раствора. Механизмы и устройства щитового комплекса в этом случае должны обеспе­чивать разработку породы в забое и ее погрузку в транспортные средства, разгрузку сборных элементов крепи из транспортных средств и подачу их в зону сборки, сборку крепи, прием материа­лов для нагнетания и нагнетание цементно-песчаного раствора на крепь, а также продвижение проходческого комплекса вперед по мере образования выработки.

При строительстве тоннелей со сборной крепью, обжатой в по­роду (рис. V.38, б), наружный диаметр крепи 8 получается равным диаметру выработки и необходимость в нагнетании цементно-песчаного раствора отпадает. В этом случае комплекс может не иметь устройств для нагнетания цементно-песчаного раствора и приема материалов, необходимых для этой цели, а должен иметь приспособления для обжатия крепи в породу, вставляемые в окна 9, которые впоследствии заливаются монолитным бето­ном 10. При выполнении гидроизоляционных работ контрольное нагнетание цементного раствора за крепь остается.

Рис. V.38. Схемы возведения сборной крепи: а — обычной; б — обжатой в породу

Существует несколько схем проведения тоннелей проходче­скими комплексами при строительстве тоннелей со сборной крепью, из которых можно выделить схематично несколько характерных (рис. V.39).

Порода (рис. V.39, а) в головной части щита 2 разрабатывается вручную или частично механизированным способом, а ее погрузка на конвейер 4 или непосредственно в одиночные вагонетки 5 осуществляется или вручную, или погрузочными устройствами / щита. Элементы сборной крепи 6 подаются к крепеукладчику 3 по нижнему ярусу. Аппарат 7, заполненный материалами для нагнетания цементно-песчаного раствора за крепь, размещается также внизу.

Порода (рис. V.39, б) в головной части щита разрабатывается механизированным исполнительным органом 12, а ее погрузка осуществляется системой конвейеров 11 в нерасцепленные составы вагонеток 10. Элементы сборной крепи к крепеукладчику и мате­риалы к аппарату для нагнетания цементно-песчаного раствора подаются или по верхнему 8, или по нижнему 9 ярусам. В случае, если при строительстве тоннеля в сложных гидрогеологических условиях щит оборудуется герметической перемычкой, отделя­ющей кессонную камеру с повышенным давлением воздуха от остальной части комплекса, порода выдается из этой камеры через шлюзовые аппараты.

Порода (рис. V.39, в) в призабойной камере 13 щита, отделен­ной герметической перегородкой 14 и заполненной водой или тиксотропным раствором, разрабатывается гидромеханизированным способом или механизированным исполнительным органом, пре­вращается в пульпу и удаляется по трубе 16. Вода или тиксотропный раствор подаются в камеру по трубе 15. Элементы сборной крепи и материалы для приготовления цементно-песчаного рас­твора могут подаваться к механизмам по верхнему или нижнему ярусам.

Рис. V.39. Схемы комплексов для проведения тоннелей со сборной крепыо:

а — частично механизированным щитом с погрузкой конвейером в одиночные вагонетки; о — с механизированным щитом с подачей элементов крепи по верхнему ярусу; в — со щитом с призабойной камерой, заполненной водой или тиксотропным раствором

Проходческие щитовые комплексы для строительства тоннелей с монолитно-прессованной. бетонной крепью позволяют строить тоннели по технологии, при которой крепь формуется непосред­ственно около забоя из бетонной смеси давлением, создаваемым проходческим щитом или дополнительным устройством по мере образования выработки. Бетонная смесь нагнетается в простран­ство, ограниченное с наружной стороны оболочкой щита 2 (рис. V.40), с внутренней стороны опалубкой 6, сзади уже готовой тоннельной крепью 5 и со стороны забоя штампом — прессующим кольцом 3. Щит продвигается вперед, упираясь домкратами / через прессующее кольцо и бетонную смесь 4, которая под давлением прижимается к породе, заполняя пространство, освобождае­мое оболочкой, и исключая подвижки породы сзади щита. В ре­зультате наружный диаметр тоннеля получается равным или несколько большим, чем наружный диаметр щита, а бетонная крепь имеет плотный контакт с окружающим ее породным масси­вом. Последнее обстоятельство значительно уменьшает развитие горного давления на крепь, улучшает условия ее статической работы и позволяет даже в подвижных песчаных породах исклю­чить появление осадки поверхности земли над тоннелем, которая возникает при сооружении тоннелей со сборной крепью.

Щитовые комплексы для строительства тоннелей с комбиниро­ванной крепью применяются в тяжелых инженерно-геологиче­ских условиях, в которых из-за возникающих больших нагрузок оправдано возведение комбинированной крепи, сочетающей как сборные элементы, так и монолитно-прессованный бетон. Ком­плексы, кроме механизмов для разработки забоя и погрузки породы в

Рис. V.40. Схема возведения монолитно-прессованной бетонной крепи

транспортные средства, одновременно должны включать механизмы и устройства для выполнения операций по возведению как сборной, так и монолитно-прессованной бетонной крепи.

Комплексы выполняются в двух вариантах:

со специальной опалубкой для возведения монолитно-прессо­ванной бетонной крепи. Внутренняя крепь из сборных элементов возводится в уложенной монолитной крепи за опалубкой;

крепь из сборных элементов возводится без отставания за щитом и служит опалубкой для монолитно-прессованной бетон­ной крепи.

Проходческие щитовые комплексы для строительства тоннелей методом проталкивания сборной крепи (рис. V.41) применяют в мягких породах при сооружении тоннелей сравнительно не­большой протяженности под шоссе, железнодорожными путями и т. п. Механизмы и устройства комплекса выполняют операции по разработке породы в забое и погрузке ее в транспортные средства, сборке крепи в монтажной камере и се проталкиванию впе­ред. С целью уменьшения трения между наружной поверхностью крепи и породой иногда применяют нагнетание смазывающего раствора за крепь или тонкие металлические волосы, которые разматываются с наружной стороны по мере проталкивания крепи, в результате чего трение крепи о породу заменяется тре­нием ее о металл. Наиболее характерными являются следующие примеры.

Крепь 3 (рис. V.41) в головной части жестко соединена с ноже­вой секцией 2, оборудованной элеронами 1 для направленного проталкивания. Порода отбирается вручную или частично меха­низированным способом и грузится в одиночные вагонетки 4. Крепь устанавливается в монтажной камере 6 и проталкивается домкратной установкой 8 с распределительным кольцом 7. Крепь может проталкиваться по частям с использованием как домкрат­ной установки в монтажной камере, так и одной или нескольких промежуточных домкратных установок 5.

По площади поперечного сечения различают щиты малого (до 3200 мм), среднего (3200—5200 мм) и большого (более 5200 мм) диаметров.

По степени механизации различают щиты частично или пол­ностью механизированные. В частично механизированных щитах разрушение пород забоя производится подрезными ножами с его зачисткой ручным инструментом, отбойными молотками или буровзрывным способом с последующей погрузкой пород в кон­вейерный бункер или специальными погрузочными средствами — нагребающими лапами, ковшовыми машинами, наклонными грей­ферами, скребковыми грузчиками и др.

В механизированных щитах разрушение пород забоя произ­водится исполнительными органами избирательного или ротор­ного типа, конструктивно принципиально не отличающихся от органов разрушения проходческих комбайнов.

При разработке мягких и вязких пород применяются роторные винтовые двух заходные и более планшайбы, оснащенные пластин­чатыми подрезными резцами. При разрушении пород с коэффи­циентом крепости f = 1 ÷ 3 планшайбы оснащаются стержневыми резцами, а при более крепких породах — шарошечным инстру­ментом.

Рис. V.41. Схемы комплексов для проведения тоннелей методом проталкивания крепи:

а — с головной ножевой секцией; б — со щитом

В зависимости от типа и состояния окружающих и разрушае­мых пород щиты выполняют с закрытой головной частью, с откры­тым забоем и с шандорным креплением. Проведение выработок в плывунах производится под повышенным давлением с приме­нением кессонных камер.

1.7. Области применения и выбор типа проходческого щита

Наиболее полное представление о рациональных об­ластях применения проходческих щитов, исходя из конструктивно-технологических схем их основных функци­ональных элементов, дает классификация щитов /8/, в которой они классифицированы по двум группам при­знаков:

I - основным, определяющим область применения щи­тов;

II - вспомогательным, определяющим конструктив­но-технологические схемы основных функциональных элементов щита.

Проходческие щиты 1. Область применения

1.1. Категория грунтов, пород:

- грунты водонасыщенные, плывуны (В);

- грунты естественной влажности, неустойчивые, сы­пучие (Н);

- грунты мягкие малоустойчивые (М);

- грунты устойчивые с коэффициентом крепости f ≤ 5 (У);

- породы скальные устойчивые с коэффициентом кре­пости f > 5 (С).

1.2. Форма и диаметр щита, тоннеля, выработки:

- щиты малого диаметра: 0< 3,2 м;

- щиты седнего диаметра: О = 3,2- 5,6;

- щиты большого диаметра: В = 5,6- 10,0;

- щиты для арочных выработок;

- щиты для прямоугольных выработок.

1.3. Угол проведения выработки:

- щиты для горизонтальных выработок;

- щиты для наклонных выработок.

1.4. Длина выработки:

- щиты для выработок длиной > 200-300 м;

- щиты для выработок длиной от 20 до 200м.

2. Конструктивно-технологические схемы основных функциональных элементов.

2.1. Для крепления и удержания забоя:

- выдвижные козырьки (Н, М);

- подвижные поворотные плиты (Н, М);

- шандоры (В, Н);

- диафрагмы (В);

- рассекающие площадки (Н, М);

- роторный исполнительный орган (Н, М).

2.2. Для разработки забоя

2.2.1. Немеханизированные щиты:

- ручная (лопата, отбойный молоток) с рабочими пло­щадками (Н, М);

- БВР с рабочими площадками (У, С);

2.2.2. Механизированные щиты:

- механизированная с исполнительными органами;

- роторный: с притру зом (В, Н),

без пригруза (М, У, С);

- планетарный фронтальный:

с пригрузом (В, Н), без пригруза (М, У, С);

- планетарный цикличный (М, У, С);

- стреловидным (Н, М, У);

- экскаваторный (Н, М);

- челюстные механизмы (грейферные) (Н, М);

- ударный (У, С);

- гидромеханизированный (В, Н, М);

- комбинированный.

2.3. Для погрузки разрушенной массы:

- непрерывного действия:

- ковшевой роторный (Н, М, К, С)

- нагребающие лапы (Н, М, У, П);

- шнековый (В, Н, М);

- гидромеханизированный (В, Н, М);

- лопастной барабанный (Н, М, У);

- гравитационная (Н, М);

- цикличного действия:

- ручная (Н, М);

- ковшовый автономный (Н, М, У, С);

- экскаваторный (И, М);

- челюстные механизмы (Н, М, У);

- скребковый (Н, М, У, С).

2.4. Для возведения обделки (крепи):

- комплексы для строительства сооружений со сбор­ной крепью (необжатой, обжатой в породу);

- комплексы для строительства сооружений с моно­литно-прессованной бетонной крепью;

- комплексы для строительства тоннелей методом

проталкивания сборной крепи

- комплексы для строительства сооружений с комби­нированной крепью:

- со специальной опалубкой;

- без специальной опалубки.

Кроме рассмотренных признаков щиты по ОСТ 12.44.250-84 делятся на два типа:

- проходческие щиты механизированные (ПЩМ), в

которых все основные процессы (разработка и погрузка породы в забое транспортирование до перегрузочного конвейера комплекса и крепление тоннеля, выработки)

механизированы;

- проходческие щиты частично механизированные (ПЩ), в которых разработка забоя производится вруч­ную, погрузка породы может быть механизирована или производится вручную, креплние тоннеля (выработки) механизировано.

В соответствии с этим же ОСТом условное обозначе­ние щита состоит из типоразмера, вида крепи (С - сборная, М - монолитная, К - кольцевая), названия исполнитель­ного органа (П - комбинированные площадки, Р - ротор­ный, К - качающийся, Э - экскаваторный).

Примеры условных обозначений

Проходческий щит механизированный диаметром 2100 мм с роторным исполнительным органом для строи­тельства тоннелей со сборной крепью - ПЩМ-2.1 СР.

Проходческий щит частично механизированные диа­метром 4030 мм для строительства тоннелей с монолит­но-прессованной бетонной крепью - ПЩ-4М.

Несмотря на большое классификационное многооб­разие механизированных щитов по типам исполнитель­ных органов, их можно объединить в две группы: с фрон­тальными и избирательными исполнительными органами, в которых можно выделить по две подгруппы основных типов.

Выделим основные достоинства и недостатки ниже­указанных типов исполнительных органов, а следователь­но, и щитов в целом,

1. Щиты с фронтальными исполнительными органа­ми.

Исполнительные органы роторного типа с планшай­бой или радиальными лучами, оснащенные резцовым ин­струментом, разрушающие забой сразу по всей площади (по полному диаметру) забоя проходимой выработки.

Достоинства: точность круглого контура проходимой выработки; возможность оснащения исполнительного ор­гана ковшевыми органами погрузки.

Недостатки: высокая мощность привода, а следова­тельно, большие габариты и масса оборудования; необхо­димость специального блокоукладчика, увеличивающего длину комплекса; сложность замены рабочего инструмен­та.

Исполнительные органы, на водило которых располо­жена одна или две коронки, имеют радиальное перемеще­ние.

Имеют те же достоинства, что и органы первой группы и, кроме того, могут иметь меньшую мощность привода и доступность к рабочему инструменту.

Недостатки: более сложная кинематика привода ис­полнительного органа; цикличность в обработке забоя при снижении, как правило, темпов проходки.

2. Щиты с избирательными исполнительными органа­ми. Избирательные исполнительные органы щитов, осна­щенные стрелой с конусной коронкой.

Достоинства: возможность проходки выработок раз­личной формы и сечений, что, к сожалению, не может быть реализовано в конструкциях современных щитов;

относительно высокая удельная энергетическая оснащен­ность рабочего инструмента; простота доступа к инстру­менту; хороший обзор забоя, возможность обхода (с по­следующим удалением) валунов и других твердых вклю­чений.

Недостатки: большой вылет рабочего органа по оси щита, что требует дополнительной длины камеры при зарубке, высокая трудоемкость управления при отсутст­вии автоматизированной программы; необходимость в специальном органе погрузки, невозможность работы в породах с высокой налипаемостью.

Избирательные органы щитов с экскаваторным рабо­чим органом. Имеют те же достоинства, что и предыду­щие, и, кроме того, обеспечивают возможность погрузки из забоя на перегрузочные средства и работы по породам с высокой налипаемостью.

Недостатки: ограниченность области работы сыпучи­ми и мягкими породами. Но необходимо отметить, что эта область разработок достаточно широка.

Следует отметить, что имеются разработки по совме­щению исполнительных органов с укладчиком крепи у избирательных органов со стрелой и у фронтальных орга­нов с водилом и коронками.

Выбор типа проходческого щита

Определяющими условиями выбора типа проходче­ского щита являются горно-геологические и горнотехни­ческие условия проходки и сооружений подземной ком­муникации: диапазон гидрогеологических условии по ка­тегории грунтов, их крепости и разнообразию, устойчи­вости забоя, обводненности, диаметр и длина выработки, необходимые радиусы разворота, требования по просадке дневной поверхности и др.

Рекомендации по выбору конструктивно-технологи­ческих схем основных функциональных элементов про­ходческих щитов в зависимости от типа разрабатываемых пород даны в разделе классификации щитов.

При разработке водоносных песков, песчанистых илов, супесей, липких и размокаемых глин без примене­ния спецспособов проходки (замораживание, водопони-жение, химзакрепление) возможно лишь применение щи­тов с роторным исполнительным органом с глинистогрун-товым, шламовым или пеногрунтовым пригрузом. Из за­рубежных конструкций в отечественной практике хорошо зарекомендовали себя щиты фирм "Мицубиси" (Япония) и "Вайс унд Фрайтаг" (ФРГ). В стадии разработки нахо­дится отечественный щит КППМ-2,6 В.

Для глинисто-песчаных пород естественной влажно­сти и устойчивых пород до Ш категории широко приме­няются щиты с экскаваторным рабочим органом в комп­лексах КПЩМ-2 , 6Э(в), КПЩМ-2,6Э (н), КПЩМ-3,63 (в), КШЦМ-4Э (в), КТ-5.6Б2, КТ-5,6Д2.

В устойчивых твердых породах и глинах, мергелях с коэффициентом крепости f < 2,0 применяются щиты с ще­левым роторным органом (КТ1-5,6) и щиты ПМЩ-3,2Б, КПЩМ-4ПМ со стреловидным исполнительным органом.

В устойчивых породах, мергелях, известняках с f ≤ 5,0 целесообразно применение щитов с роторным рабочим органом (щиты ЩН-1М) или с режущими коронками на стреле или водиле (щиты КТ1-5.6Д2, КПЩМ-4ПМ).

Для освоения новых технологических схем и повы­шения уровня механизации проходки станционных и эс­калаторных тоннелей созданы механизированные про­ходческие комплексы КПЭ-9,5 и КПС-8,5 соответствен­но для диаметров выработок 9,5 и 8,5 м.

Необходимо отметить, что в последнее время при проходке коммуникационных выработок и тоннелей, а также станционных тоннелей по устойчивым породам с коэффициентом крепости f < 6,0 стали широко применять­ся, особенно в метростроении, отечественные проходче­ские комбайны типа ГПКС, 4ПП-2М, 4ПП-5.

В таблицах 15,16 и 17 приведены технические харак­теристики различных типов проходческих щитов.

Основными преимуществами щитов со стреловидным исполнительным органом являются: возможность избира­тельной разработки забоя, обнаружения и удаления валу­нов; хороший обзор забоя; доступность для осмотра и замены инструмента; небольшая величина реактивного момента по развороту щита вокруг его продольной оси. Главным недостатком является трудность управления ра­бочим органом, особенно по оконтуриванию выработок,

Кроме того, все эти типы щитов могут применяться лишь в устойчивых породах.

По ОСТ 12.44.250-84 рекомендуется следующее ис­пользование различных типов щитов в зависимости от вида грунтов и крепости пород:

­  щиты с рассекающими комбинированными площад­ками различной конструкции для разработки забоя в сы­пучих и малоустойчивых породах (грунтах);

­  щиты с роторным исполнительным органом с пло­ской или винтовой рабочем поверхностью для разработки забоя в песках, устойчивых лессах, суглинках, супесча­ных, глинистых и других породах (грунтах) с коэффици­ентом крепости по шкале проф. f = 0,5-1,2;

­  щиты с одним или несколькими экскаваторными исполнительными органами для разработки (во многих случаях также для погрузки породы) забоя в смешанных породах (грунтах) преимущественно с f = 0,5-2; щиты с многолучевым роторным исполнительным органом рез­цовым инструментом для разработки забоя в устойчивых лессах, углях, мергелях, в слабых известняках, слабых песчаных сланцах, глинистых и суглинистых сланцах средней крепости, суглинистых, супесчаных, отвердев­ших глинистых и других породах (грунтах) преимущественно с f = 1-4 и абразивностью по и ­нецову не более 10 мг, а также с шарошечном инструмен­том для разработки забоя в трещиноватых породах с f ≥4 и абразивностью не более 50 мг;

­  щиты с качающимся исполнительным органом для разработки пород (грунтов) преимущественно с f = 1-4 и абразивностью не более 10 мг;

­  щиты с одним или несколькими стреловидными ис­полнительными органами с резцовой коронкой для разра­ботки устойчивого забоя в различных породах преимуще­ственно с f = 4-6 и абразивностью до 15 мг;

­  щиты со сменными и комбинированными исполни­тельными органами для разработки широкого диапазона пород (грунтов).

Область применения щитов расширяется с использо­ванием специальных способов проходки и строительства тоннелей.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3