Классификация бурильных машин и способов бурения

где k_м – коэффициент  машинного   времени.

Повышения производительности подземных экскаваторов можно добиться сокращением длительности цикла работы благодаря более рациональной расстановке оборудования, уменьшением угла поворота и совмещением отдельных операций, а также лучшим дроблением горной массы,   при котором увеличивается коэффициент   заполнения   ковша   и   сокращается   длительность цикла в связи с более быстрым его заполнением.

Не менее важным являются организация обслуживания и ремонта, высокая квалификация обслуживающего персонала и соблюдение правил эксплуатации и техники безопасности всеми рабочими, находящимися в забое при ведении работ. В частности, во время работы, экскаватор должен быть заземлен и гусеницы его заторможены. При остановке экскаватора или ведении каких-либо работ на рабочем оборудовании ковш должен быть опущен на породу. При перемещении экскаватора путь для его движения должен быть спланирован, а ковш опорожнен и подтянут к стреле.

 

БУЛЬДОЗЕРЫ

Бульдозерами называют горные машины прерывного действия, предназначенные  для послойного срезания, соскребания  и продольного перемещения толканием-волочением насыпного груза на небольшие (обычно до 100 м) расстояния.

Бульдозер состоит из ходовой тележки 1 (рис. VI.2) с приводом 6, отвала 5, которым перемещается груз толканием-волочением, оборудования 2 для управления отвалом, двух толкающих брусов 3 с подкосами 4 и приводной лебедки 7.

В горной промышленности бульдозеры особенно широко применяют на открытых разработках и на поверхности шахт, однако в последние годы они находят все большее применение и на подземных работах для зачистки и выравнивания почвы забоя, концентрации горной массы в месте погрузки ее экскаватором, отодвигания взорванной горной массы от забоя с целью подготовки забоя к бурению, перемещения бутов, транспортирования горной массы на расстояние до 40—50 м, устройства и содержания дорог при безрельсовом транспорте и на других работах.

Принцип работы бульдозера заключается  в том, что, перемещаясь собственным ходом (аналогично гусеничным тракторам), бульдозер подходит к требуемому месту работы, опускает отвал на почву и, перемещаясь вперед (а иногда и назад), соскребает горную массу, располагающуюся перед отвалом в виде призмы волочения. Дальше бульдозер перемещает захваченную горную массу на некоторое расстояние толканием-волочением и затем разгружается, сталкивая ее с откоса, поднимая отвал или отходя назад. Затем бульдозер возвращается к месту заполнения отвала, и  рабочий цикл  повторяется.

К конструкции бульдозера, применяемого на подземных работах, по сравнению с общепринятыми для строительных работ предъявляются  дополнительные требования,   связанные со спецификой их эксплуатации. Так, при зачистке почвы выработки неровности скальной породы не могут быть срезаны ножом отвала. В связи с этим отвал подземного бульдозера, который не срезает грунт, а перемещает скальную породу толканием-волочением, должен иметь повышенную точность управления, чтобы обходить встречающиеся неровности и принудительно прижиматься к почве выработки. В связи с

Рис. VI.2. Схема универсального поворотного бульдозера

 

необходимостью работы в тупиковых забоях и на отвалах, отвал подземного бульдозера должен быть выдвижным и двустороннего действия. Для перемещения породы насторону отвал должен иметь возможность поворачиваться в процессе движения в плане на 30—60°. Вся конструкция бульдозера и особенно отвала должна обладать повышенной прочностью, износостойкостью и проходимостью. В связи со стесненными условиями горных выработок бульдозер должен разбираться на транспортабельные узлы с учетом сборки в шахтных условиях.

С целью  классификации  подземные бульдозеры  могут быть подразделены:

по способу управления отвалом  — на канатные и гидравлические;

по возможности  изменения  угла установки  отвала  в  плане  (5—6°) — с   поворотным   и   неповоротным   отвалом;

по возможности изменения  угла резания (5—6°) — с постоянным и переменным углом установки отвала;

по возможности перекоса отвала (3—6°) — допускающие перекос в вертикальной плоскости и не допускающие;

по  типу  ходового  оборудования — гусеничные   и   колесные;

по роду потребляемой энергии — с двигателями внутреннего сгорания, электро- и пневмоприводом.

В отечественной горной промышленности в настоящее время  используют несколько переоборудованные  бульдозеры общего назначения и специально спроектированные для работы в подземных выработках.

Техническая характеристика основных типов бульдозеров, применяемых  в  подземных   условиях,   приведена в  табл.   VI.2.

Основным недостатком  дизельного привода на бульдозерах, ограничивающим их применение на подземных  работах, является выделение выхлопных  газов, содержащих токсичные вещества. Поэтому необходимо наличие специальных устройств для очистки выхлопных газов дизелей и их разрежения, а также более интенсивное проветривание для поддержания в очистных забоях загазованности воздуха в пределах санитарных норм, что в ряде случаев затруднительно  и  неэкономично.

В последние годы для подземных  работ созданы специальные подземные  бульдозеры с пневмоприводом (БПП1) и электроприводом (БПДУ1 и БЭМ), которые выгодно отличаются от дизельных отсутствием загрязнения рудничной атмосферы выхлопными газами.

Подземные бульдозеры оборудованы  гусеничным ходом и предназначены для механизации доставки руды с целью закладки при отработке камер на участках средней мощности, а также для работы в аналогичных условиях взамен скреперной доставки.

Интересна конструкция подземного малогабаритного электрического бульдозера БЭМ, который предназначен для доставки отбитой горной массы в выработках высотой не ниже 0,5 м на шахтах, не опасных по газу или пыли. Бульдозер оборудован гусеничным ходом / (рис. VI.3) и отвалом 2 длиной 2,32 м. Эластичная подвеска ходовых тележек увеличивает проходимость бульдозера массой около 7 т. Отвал выполнен выдвижным и с обратным ходом, что дает возможность доставлять горную массу как при ходе вперед, так и при ходе назад, например при работе в тупиковых выработках. Подъем, опускание и выдвижение отвала производят с помощью шарнирно закрепленной стрелы 3 и гидроцилиндров 4 и 5, работающих от гидропривода, развивающего давление 8 МПа. При работе прямым и обратным ходом нижняя, шарнирно прикрепленная часть 6 отвала отклоняется соответственно вперед или назад и опирается на кронштейн 7 стрелы или удерживается тягами 8. Для зачистки почвы бульдозер

 

Рис. VI.3. Подземный электробульдозер БЭМ

 

комплектуется сменным отвалом и изменяемым углом резания. Кроме того, может применяться другое навесное оборудование.

Электродвигатель бульдозера переменного тока мощностью 41 кВт питается переменным током напряжением 380 В и развивает скорость перемещения 0,78—1,07 м/с при напорном усилии 40—60 кН. Кабельный барабан 9 для увеличения маневренности машины, оборудованной самоустанавливающейся стрелой 10 может наматывать кабель 11 длиной 55 м. Техническая производительность электробульдозера составляет до 44 м³/ч при уборке лавы длиной до 50 м.

Техническая производительность бульдозера Q_T (м³/ч) в плотном   теле  (в массиве)

где В и Н – ширина и высота отвала, м; k₀ – коэффициент потерь объема породы при перемещении, зависящий от длины транспортирования L, м, может определяться по приближенным формулам (k₀ = (l ÷ 0,005L); k_p – коэффициент разрыхления породы (k_p = 1,25 ÷ 1,3); φ_д – угол естественного откоса породы в движении градус.

 

Продолжительность цикла работы бульдозера

,

где l₁, l₂ и l₃ — отрезки пути, на которых происходит соответственно заполнение отвала, транспортирование породы и движение без груза, м; v₁, v₂ и v₃ – средние скорости движения бульдозера соответственно при заполнении отвала, перемещении породы и движении без груза, м/с; t₀ = 8 ÷10 – время, затрачиваемое на разворот бульдозера, переключение скоростей, подъем и опускание отвала и другие вспомогательные операции, с.

Эксплуатационная  производительность бульдозера Q₃ (м³/см) будет

,

где   Т — длительность   смены,   ч;   k_и — коэффициент   использования бульдозера во времени.

При работе бульдозеров  необходимо строго соблюдать правила  техники   безопасности.   В   частности,   обслуживать   бульдозеры могут  только  лица,  прошедшие   специальные   курсы   обучения и имеющие соответствующее удостоверение. Запрещается работа на бульдозере при уклонах более 30° или при поврежденной системе управления. Запрещается пребывание людей в сфере работы бульдозера и ремонт или регулировка бульдозера вплоть до полной его остановки. Должны строго соблюдаться правила пожарной безопасности и правила,  относящиеся  к эксплуатации машины с электроприводом и т. д. Нельзя оставлять бульдозер с включенным приводом и незаторможенным ручным тормозом.

При обслуживании и ремонте бульдозера и во всех других случаях категорически  запрещается находиться под узлами и деталями, которые удерживаются фрикционными тормозами или гидроустройствами, без устойчивой опоры их на специальные  подкладки. Запрещается подогревать двигатель открытым пламенем, а также находиться под машиной при работающем двигателе и вблизи гибких рукавов гидропривода, так как лопнувший рукав может причинить тяжелые увечья. Заправлять машины горючими и смазочными материалами следует днем или при нормальном электрическом освещении. При заправке категорически запрещается курить, зажигать спички или пользоваться керосиновыми или  неисправными электрическими фонарями.

СКРЕПЕРЫ

Самоходными скреперами называют горные машины прерывного действия, предназначенные для соскребания или срезаниягорной массы, перемещения ее на некоторое расстояние в ковше, разгрузки и разравнивания. В отличие от бульдозера самоходные скреперы перемещают груз толканием-волочением только в период зачерпывания или разгрузки, одновременно разравнивая его, а транспортирование груза производят в ковше. Благодаря этому в сравнении с бульдозерами самоходные скреперы перемещают груз на значительно большие расстояния,  обычно достигающие 300 м, а в отдельных случаях – 500 м.

По конструктивному  исполнению самоходные, или колесные, скреперы подразделяют на машины для  работы на поверхности и в подземных  условиях. При этом на открытых работах  и на поверхности шахт колесные скреперы получили широкое распространение как землеройно-транспортные машины, а на подземных работах их применяют в основном в очистных забоях. Соответственно назначению и условиям применения емкость ковша у скреперов, используемых на открытых работах, изменяется от 1,5 до 50 м³, а у подземных она не превышает 3 м³.

Колесный скрепер состоит  из рамы 1 (рис. VI.4), ходового оборудования 2, прицепного устройства 3, ковша 4, заслонки 5 ковша и механизмов управления 6. Исполнительным органом колесного скрепера является ковш 4, который в начале заполнения опускается вниз до необходимого заглубления в почву, и его передняя заслонка 5 при этом приподнимается. По мере движения   колесного   скрепера   вперед   ковш заполняется срезаемым грунтом.

Подземные скреперы всегда выполняются самоходными и в  значительной мере повторяют конструкции подземных бульдозеров, которые при небольших длинах доставки успешно заменяют скреперы. Для доставки горной массы на большие расстояния проектируются специальные подземные скреперы, состоящие из ходовой части гусеничного или колесного типа (аналогично применяемой на бульдозерах), ковша (навешивается вместо отвала бульдозера) и системы управления. Подземные самоходные скреперы только начинают внедряться на рудниках и находят применение в основном на очистных работах. Поскольку машины этого типа выполняют функции погрузки и доставки горной массы, их иногда называют погрузочно-доставочными с совмещенным органом погрузки и доставки. Более мощные машины данного типа выполняют по аналогичной схеме, но с различным конструктивным оформлением рабочего и ходового оборудования и большими емкостью, мощностью и грузоподъемностью. Так, машины ДК2,8 и ДК2.8Д массой около 20 т, предназначенные для работы в выработках сечением не менее 14 м², выполняют с ковшом емкостью 2,8 и 5 м³.

Эксплуатационная производительность Q_э (тч) скрепера может быть определена по формуле

где V – геометрическая емкость ковша скрепера, м³; k_н = 0,6÷1,25 — коэффициент наполнения ковша; k_и – коэффициент использозания  скрепера;   k_р – 1,1÷1,4— коэффициент разрыхления  горной массы;  γ – плотность горной массы,  т/м³.

Продолжительность  цикла  работы  скрепера

,

где l₁, l₂, l₃, l₄ – отрезки пути соответственно при заполнении ковша, транспортировании породы, разгрузке ковша и движении порожнего скрепера, м; v₁, v₂, v₃, v₄ – скорости движения соответственно при заполнении скрепера, груженого скрепера, при разгрузке и порожнего скрепера, м/с; t_o – время, затрачиваемое на неучтенные операции,  с.