История развития горной механики: Учебное пособие

Министерство образования Российской Федерации Дальневосточный государственный технический университет (ДВПИ им. В.В. Куйбышева)

Курбатова О.А., Харин А.З.

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ГОРНОЙ МЕХАНИКИ Учебное пособие

Рекомендовано Дальневосточным региональным учебно-методическим центром в качестве учебного пособия для студентов специальности 170100 «Горные машины и оборудование» вузов региона

Владивосток 2004

УДК 622.2(091) К 93 Курбатова О.А., Харин А.З. История развития горной механики: Учеб. пособие.- Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2004.-137 с. В учебном пособии изложены история развития горной промышленности России. Приведены основы технологии подземных и открытых горных работ, а также история развития горной механики, методы и средства механизации горных работ, общие принципы проектирования, создания и эксплуатации современных машин и комплектов. Предназначено для студентов специальности170100 «Горные машины и оборудование». Авторы: кандидат технических наук, доцент О.А. Курбатова; кандидат технических наук, доцент А.З. Харин.

Рецензенты: В.Ф. Мороз, д-р техн. наук, проф. ИГД ДВО РАН; Р.Г. Кулинич, д-р геолого-минералогических наук ТОИ ДВО РАН

ISВΝ

© О.А. Курбатова, А.З Харин, 2004 © Изд-во ДВГТУ, 2004

1

Содержание

Предисловие 4 1. Природные ресурсы планеты 5 Вопросы для самопроверки 8 2. Технология разработки месторождений полезных ископаемых 9 2.1. Общие сведения 9 2.2. Подземный способ добычи полезных ископаемых 9 2.2.1. Подземная разработка полезных ископаемых 9 2.2.2. Технология добычи угля на шахтах 15 2.2.3. Разработка рудных месторождений подземным способом 18 2.3. Разработка месторождения открытым способом 19 Вопросы для самопроверки 21 3 .Из истории горного дела 22 Вопросы для самопроверки 28 4. Развитие горной отрасли в России 30 Вопросы для самопроверки 43 5. История развития горной техники в ХХ веке в России 45 5.1. Горные машины для подземных работ 45 5.1.1. Механизация зарубки 45 5.1.2. Очистные комбайны 50 5.1.3. Струговые установки 58 5.1.4. Механизация доставки угля из очистных забоев 59 5.1.5. Механизация крепления и управления кровлей 63 5.1.6. Механизированные крепи и комплексы очистного оборудования 64 5.1.7. Механизация очистных работ на крутых пластах 70 5.1.8. Механизация проведения подготовительных выработок 73 5.1.9. Механизация подземного транспорта 83 5.1.10. Гидропривод горных машин 89 5.2. Горные машины для открытых горных работ 94 5.2.1. Общие сведения 94 5.2.2. Буровая техника 94 5.2.3. Экскаваторы 100 5.2.4. Выемочно-транспортные и транспортные средства 110 Вопросы для самопроверки 122 6. Стационарные установки 124 6.1. Вентиляторные установки 124 6.2. Водоотливные установки 133 6.3. Пневматические установки 136 6.4. Подъемные установки 138 Вопросы для самопроверки 142 7. Угольная промышленность Приморья 144 Вопросы для самопроверки 148 Библиографический список 150

2

Предисловие Поиски и добыча полезных ископаемых – древнейшая область человеческой деятельности, которая уходит корнями в далекую эпоху палеолита. Камень, медь, железо дали имя огромным по времени историческим эпохам. Определили начальные этапы развития материальной культуры человечества. Современное горное производство базируется на передовых методах поиска и освоения недр. Горное дело развивается на основе других естественных наук – физики, химии, биологии, математики. Оно тесно связано с машиностроением, создающим специфические орудия труда горного производства. Цель данного пособия – познакомить студентов с историей горного производства, со строением горных пород и полезных ископаемых, с развитием горной техники.

3

1. ПРИРОДНЫЕ РЕСУРСЫ ПЛАНЕТЫ Планета Земля представляет собой тело сферической формы – геоид и состоит из магнитосферы, атмосферы, гидросферы, земной коры (литосферы), астеносферы, мантии (верхней, средней и нижней) и ядра. За пределами атмосферы Земля окружена слоем ионизированного газа (ионосферой), а далее вплоть до физического вакуума космоса простирается слой ее собственного электромагнитного поля. Кроме того, в ней присутствуют гелий, неон, ксенон, криптон, водород, озон, аммиак, водяные пары и прочие включения. Большую часть объема атмосферы Земли составляют азот (78,09%) и кислород (20,95%). Литосфера – это твердый внешний слой Земли толщиной в среднем 25-80 км. За пределами литосферы к центру Земли располагается мантия и далее ядро [1]. Исследование недр планеты ведется с использованием различных методов и средств. Наибольшие успехи достигнуты при использовании сейсмических методов, основанных на исследовании скорости распространения сейсмических волн, вызванных специальными взрывами. Установлено, что земная кора неравномерна по своей толщине и имеет сложное строение в различных областях поверхности планеты. Земная кора существенно отличается по своему строению в районе океанов и материков и подразделяется на кору материковую, океаническую и переходную. Материковая кора – это совокупность трех взаимно связанных оболочек. Верхняя – осадочная оболочка, образованная из различных осадочных пород, средняя оболочка сложена в основном гранитами, нижняя – базальтами. В качестве основных породообразующих компонентов в состав гранитов входят кремнезем и алюминий, соответственно 65 и 15%. Базальты в отличие от гранитов состоят из кремнезема, алюминия, кальция, магния, железа и других минералов. Горные породы земной коры в соответствии с происхождением подразделяются на осадочные, изверженные и метаморфические. Осадочные породы образованы при разрушении и последующем отложении древних слоев пород. Изверженные, или магматические, образованы в результате охлаждения и кристаллизации поднимавшихся на поверхность различных расплавов (магмы). Метаморфические, т.е. измененные, образованы в ходе процессов изменения осадочных и изверженных пород в условиях высоких давлений и температур [1, 2]. Земля – это не какое-то неизмененное, застывшее образование. В результате движения элементов земной коры в пространстве и во времени слагающие ее породы могут залегать горизонтальными, вертикальными или складчатыми слоями. В структуре литосферы выделяются обширные образования в виде геосинклинальных поясов и древних платформ. Геосинклинальные складчатые пояса – это крупные подвижные области земной коры. Внутри них выделяются прогибы, поднятия и средние области. Древние платформы представляют собой устойчивые и малоподвижные области материковой коры. Кроме этого в земной коре выделяются и другие геологические структуры. Земля хранит сказочные богатства, представленные различными месторождениями полезных ископаемых, которые сформированы из геологических минеральных образований в виде химических соединений элементов. По данным геологических исследований, содержание химических элементов в земной коре, включая воды морей и океанов, следующее: кислород и кремний - 75%, алюминий - 7,4%, железо – 4,2%, кальций – 3,3%, натрий – 2,4%, калий и магний – 2,35%, водород – 1,0%, титан – 0,6%, цинк – 0,02%, медь - 0,01%, свинец – 0,002%, золото –0,0000005%. Кроме того, в земной коре встречаются и многие других элементы, однако их содержание очень мало. В естественном состоянии полезные ископаемые находятся в твердом, жидком и газообразном виде. В соответствии с химическим составом и областью применения они подразделяются на следующие виды: металлические, неметаллические и топливно-энергетические. Металлические полезные ископаемые представлены рудами различных металлов: черных, цветных, благородных и радиоактивных. Неметаллические полезные ископаемые представлены различными типами минерального сырья. Это техническое минеральное сырье: алмазы, графиты, асбесты, известняки, тальки, шпаты, драгоценные и поделочные камни и т. д. Химическое минеральное сырье: апатиты, фосфориты, сера, гипс, мышьяк, бор, минеральные краски и т. д. Строительно-минеральное сырье: граниты, суглинки, гравий, глина и т.д. Топливно-энергетические полезные ископаемые – твердые горные образования, сложившиеся из останков животных и растений прежних геологических эпох, объединенные названием «ископаемые угли»: каменный и бурый уголь, горючие сланцы, антрацит, торф, сапропели, радиоактивные металлы; жидкие – нефть; газообразные – горючий газ. Органическая масса всех видов топлива – углей, нефти, сланцев, торфа – состоит из четырех химических элементов: углерода, водорода, кислорода и азота. В зависимости от геологического возраста топлива меняется соотношение между указанными элементами, и в особенности между углеродом и водородом. Например, содержание в торфе углерода 58% и 75-77% - в горючих сланцах, 95% - у антрацитов; водорода у антрацитов 1,9%, 9,9% - у горючих сланцев. В жидких видах топлива (нефть, мазут, бензин, керосин) содержание углерода изменяется от 85% до 87,5%, а водорода от 12% до 15%. Горючие сланцы и сапропелитовые угли, имеющие наиболее молодой возраст, содержат в своих молекулах значительное количество водорода, поэтому они в основном служат для получения жидкого топлива. Человек на протяжении многих веков использует минеральные богатства планеты. Если в начале своей истории человек использовал различные виды камня (кварц, кремень, яшму), то в дальнейшем он научился добывать каменную соль, олово, ртуть, свинец, медь, серебро и др. Медь и золото были освоены в IY-III вв. до н. 4

э. Позднее начинают добывать бронзу и железо. Они применяются для изготовления орудий труда, оружия и др. Интенсивное развитие получает добыча строительных горных пород. С развитием человеческого общества добыча полезных ископаемых из недр планеты постоянно возрастала. В настоящее время в сферу жизнедеятельности человека входят 105 элементов. В нашей стране имеются ресурсы минерального сырья, которые практически полностью обеспечивают потребности народного хозяйства. Но необходимо отметить, что рост добычи полезных ископаемых уже в наши дни сопровождается ухудшением горно-геологических условий ведения горных работ, снижением содержания полезных компонентов в месторождении. Вследствие интенсивной разработки существенно изменились запасы полезных ископаемых, расположенных вблизи земной поверхности. Уже сегодня горные работы с глубины 100 м уходят на глубину более 500 м. В некоторых странах разработка месторождений полезных ископаемых ведется на глубине 2-3 км. Вполне понятно, что извлечение полезных ископаемых с больших глубин требует создания принципиально новых методов и средств добычи.

Вопросы для самопроверки 1. Из каких частей состоит планета Земля? 2. Какие газы входят в атмосферу Земли? 3. Что представляет собой литосфера? 4. При помощи, каких методов ведется исследование недр планеты. 5. На какие виды подразделяется кора Земли? 6. На какие виды подразделяются горные породы земной коры? 7. В каком естественном состоянии находятся полезные ископаемые в земной коре? 8. Из каких основных элементов состоит органическая масса всех видов топлива?

5

2. ТЕХНОЛОГИЯ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ 2.1. Общие сведения Твердые полезные ископаемые добываются из недр земли двумя основными способами - открытым и подземным. Причем уровень добычи открытым способом во всем мире составляет около 80%. Преимущественное распространение открытого способа добычи полезных ископаемых объясняется в основном низкой, по сравнению с подземной, себестоимостью 1 т добытого сырья. Главными факторами этого являются благоприятные горнотехнологические условия открытой добычи (относительно неглубокое залегание, значительная мощность полезных ископаемых, достигающая нескольких десятков и сотен метров), возможность применять высокопроизводительную вскрышную, добычную и горно-транспортную технику, мощные машины (экскаваторы, буровые станки и т. д.), железнодорожный транспорт. Современные карьеры и разрезы, шахты и рудники представляют собой высокопроизводительные и автоматизированные производственные комплексы, включающие в себя весьма протяженные и разнообразные горные выработки, различные промышленные здания и сооружения, системы энергомеханического оборудования, автоматизации и управления с применением средств микрокомпьютерной техники. 2.2. Подземный способ добычи полезных ископаемых 2.2.1. Подземная разработка полезных ископаемых Под горной технологией подразумевается совокупность приемов и способов изменения природного состояния недр земли с целью получения минеральных продуктов или использования подземных пространств. Составными частями добычи угля являются система вскрытия месторождения, система подготовки шахтного поля и система разработки месторождения. В момент своего образования пласты осадочных горных пород были горизонтальными. Позднее под воздействием сжатия земной коры они приняли наклонное, а иногда крутое положение, изгибаясь в складки, а иногда разрывались и как бы сползали вниз по трещинам, образуя сбросы (рис. 2.1). Образуя сбросы, угольные пласты редко залегают в одиночку, обычно располагаются группами, по нескольку пластов, разделенных пустыми породами. Такая совокупность угольных пластов называется свитой. Месторождения каменного угля, состоящие из нескольких свит и отдельных пластов, простирающихся на большое расстояние, называются каменноугольным бассейном.

Рис. 2.1. Геологические нарушения (дислокации): а – антиклиналь; б – синклиналь; в – утонение пласта; г – утолщение пласта; д – сброс; е – взброс; ж – сдвиг

10

Угольные пласты различаются по мощности (толщине) и углу падения. Мощность пласта измеряется расстоянием от почвы до кровли пласта. Пласты мощностью до 1,3 м называют тонкими, от 1,3 до 3,5 м – средними, а от 3,5 и выше – мощными. По углу падения пласты делятся на полого падающие, залегающие под углом 0250 к горизонтальной плоскости, наклонные – от 250 до 450 и крутопадающие – от 450 до 900 (рис. 2.2). Положение пласта в пространстве определяется падением и простиранием (рис. 2.3). Линией падения будет то направление, которое лежит в плоскости пласта и по которому катится вниз капля воды. Направление же перпендикулярное к линии падения и идущее вдоль пласта, называется линией простирания. Линия простирания получится при пересечении любого наклонно залегающего пласта горизонтальной плоскостью. Падение пласта – наибольший наклон пласта, определяемый относительно горизонтальной плоскости (угол падения). Простирание пласта – направление горизонтальной линии на поверхности пласта.

Рис. 2.2. Различные углы падения пласта

Рис. 2.3. Простирание и падение пласта

11

Под горными работами подразумеваются работы по проведению и содержанию горных выработок. Чтобы иметь возможность эксплуатировать горное месторождение, необходимо получить к нему доступ с поверхности земли. Вскрытие месторождения и последующая обработка осуществляются проходкой ряда специальных выработок, представляющих собой полости в земной коре и имеющих разную форму сечения (прямоугольную, трапециевидную, круглую, овальную и т.д.). Каждая пройденная выработка имеет свое функциональное значение и характер пространственного расположения относительно горного массива. Горные выработки по назначению делятся: на разведочные – для разведки полезных ископаемых (скважины, шурфы, канавы и т. д.); на вскрывающие – открывающие доступ к полезным ископаемым (стволы: вертикальные, наклонные и слепые, штольни, квершлаги и др.); на капитальные – служат для доступа к полезным ископаемым и обслуживания подземных работ (машинные камеры, околоствольный двор и др.); на подготовительные – с их помощью подготавливают участки к выемке (штреки, орты, уклоны и др.); на нарезные – служат для разделения полей и блоков шахт на очистные участки (этажные и подэтажные штреки, бремсберги, уклоны, просеки, печи, скаты, ходки и др.); очистные – предназначенные для добычи полезного ископаемого (лавы, камеры и др.). К элементам горной выработки относятся: устье, забой, бока, почва и кровля. Устье – это начало горной выработки. Забой - постоянно перемещающаяся поверхность, на которой ведутся горные работы. Почва – это поверхность, ограничивающая выработку снизу. Кровля – ограничивает выработку сверху. Бок – поверхность, ограничивающая выработку сбоку. Сопряжение – место соединения одной выработки с другой. В зависимости от расположения по отношению к пласту горные выработки делятся: на полевые – пройденные по породам параллельно пласту; на пластовые – пройденные по пласту, часто с подрывкой боковых пород. По расположению в пространстве выработки делятся на вертикальные, горизонтальные и наклонные. К вертикальным горным выработкам относятся: ствол, шурф, слепой ствол, гезенк. Две первые из них имеют выход на дневную поверхность. Ствол предназначен для вскрытия шахтного поля и обслуживания подземных работ. Шурф - вертикальная выработка небольшой длины и поперечного сечения, предназначенная для вентиляции, перемещения людей и спуска материалов. Слепой ствол служит для подъема угля с нижнего горизонта на верхний и для вентиляции. Гезенк предназначен для спуска угля сверху вниз под действием собственного веса. Может служить для вентиляции и передвижения людей. К горизонтальным выработкам относятся: штрек, квершлаг, штольня, орт, просек. Обычно они проводятся не строго горизонтально, а с уклоном 2-50 в сторону движения груженого состава, что обеспечивает сток шахтной воды к водосборнику. Штрек – это выработка, проведенная по простиранию пласта и предназначенная для транспортировки горной массы, передвижения людей, вентиляции. Квершлаг имеет то же назначение, что и штрек, но проводится вкрест простирания пласта. Он, как правило, соединяет (вскрывает) соседние пласты. Штольня имеет выход на дневную поверхность, предназначена для вскрытия шахтного поля и обслуживания подземных работ. Орт проводится вкрест простирания пласта, но проходит по самому пласту от лежачего до висячего бока. И имеет то же назначение, что штрек и квершлаг. Просек проводится по простиранию пласта без подрывки боковых пород и служит для транспорта и вентиляции между лавой и транспортным штреком. Наклонные горные выработки: наклонный ствол, наклонный шурф, сбойка, бремсберг, уклон, скат, печь, ходок. Наклонный ствол имеет выход на поверхность. Проводится по падению пород или пласта и предназначен для вскрытия шахтного поля и обслуживания шахтных работ. Наклонный шурф проводится также с выходом на поверхность и имеет такие же размеры и назначение, что и вертикальный. Сбойка бывает наклонной и горизонтальной, может иметь выход на поверхность и служит для вентиляции. Бремсберг проводится по восстанию пласта. Служит для спуска полезного ископаемого с вышележащего горизонта на нижележащий с помощью механических средств. Уклон пройден по падению пласта для транспортирования полезного ископаемого снизу вверх. Скат проводится так же, как бремсберг, и уголь по нему транспортируется под действием собственного веса. Печь проходит по восстанию и имеет то же назначение, что и просек. Ходок проводится параллельно бремсбергу, уклону, скату, предназначен для передвижения людей и транспортирования материалов. К очистным выработкам (по назначению) относятся лава и камера. 12

Лава (название устаревшее) – протяженная выработка (длиной более 25 м и шириной 3-4 м), пройденная по пласту. В ней добывают уголь. Камера имеет то же назначение, что и лава, находится в угольном массиве и сравнительно большой ширины [2, 3].

13

2.2.2. Технология добычи угля на шахтах Наиболее сложной является технология добычи угля на шахтах в связи с разнообразными горно-геологическими и горнотехнологическими условиями залегания угольных месторождений, особенно на больших глубинах: угол падения пластов от 0 до 900, мощность пластов от 0,5 до 20 м, породы кровли от слабых до крепких включительно, высокое горное давление, самовозгораемость угля (что обусловливает пожароопасность эксплуатации) и высокое содержание в пластах угля метана, выделение, которого в горные выработки образует вместе с шахтным воздухом взрывоопасные метановоздушные смеси. Выделение метана при подземной разработке угольных пластов является одним из основных природных факторов, ограничивающих применения эффективной технологии и новой техники при проходческих и добычных работах. Для обеспечения безопасных условий работ на газовых шахтах проводится комплекс мероприятий по дегазации угольных пластов, боковых пород и полостей в горных массивах. С этой целью бурят дегазационные скважины в подземных условиях и с поверхности интенсивно проветривают горные выработки, улавливают метан и транспортируют его на поверхность. Эти меры, а также постоянный автоматический контроль за содержанием метана позволяют уменьшить его концентрацию, обеспечить безопасность добычных работ и внедрение новых технологий производительной техники. Большую роль в обеспечении нормальной работы горного предприятия играет выбор рациональной схемы вскрытия и подготовки шахтного поля. Вскрытие - это проведение капитальных выработок, открывающих доступ с поверхности земли к полезному ископаемому. На рис. 2.4 представлен разрез угольной шахты. К главным выработкам относятся вертикальные и наклонные стволы, штольни, а к вспомогательным – квершлаги, гезенки, скаты и т. д. Различают три основных способа вскрытия: вертикальными стволами, наклонными стволами и штольнями. В зависимости от числа околоствольных дворов различают одногоризонтные и многогоризонтные схемы вскрытия. При втором необходимо углублять стволы и сооружать новые околоствольные дворы на нижерасположенных горизонтах. Поэтому в каждом конкретном случае выбирается экономически целесообразный способ вскрытия в определенных горно-геологических условиях.

16

Подготовка шахтного поля – это проведение выработок, обеспечивающих возможность выполнения очистных работ. В зависимости от положения выработок в пределах шахтного поля применяют этажный, панельный и погоризонтный методы подготовки.

Рис. 2.4. Схематический разрез угольной шахты При этажном способе шахтное поле делится на части, вытянутые по простиранию до его границ (этажи). Этажи отрабатываются одним или несколькими очистными забоями, расположенными по линии падения. Различают прямой (от середины до границ шахтного поля) и обратный порядок отработки этажей. Очередность отработки по падению может быть нисходящая и восходящая. Этажный способ применяется при углах падения от 180 и выше. При панельном способе подготовки шахтное поле по простиранию делится на несколько частей, вытянутых по падению. Панель делится на ярусы, которые отрабатываются на панельный бремсберг, расположенный, как правило, в середине панели. Панельный способ применяется преимущественно на пластах с углом падения до 180. При этом сокращаются расходы на поддержание штреков, так как ярусные штреки короче этажных и срок службы их меньше. Отработка ярусов ведется обычно обратным ходом. 17

При погоризонтной подготовке бремсберговые и уклонные части шахтного поля, имеющие по падению размеры порядка 1000 м, делятся наклонными выработками на части, ширина которых равна длине одной или двух лав. Лавы отрабатываются по падению или восстанию. Системные разработки угольных месторождений имеют много разновидностей, зависящих от мощности, угла падения и устойчивости боковых пород (кровли, почвы пласта и др.). Наиболее распространенной системой разработки является столбовая, которая применяется для выемки пластов мощностью до 5 м и углом падения до 350, кроме этого применяются сплошная и комбинированная (рис. 2.5, 2.6). Камерные системы и камерно-столбовые применяются в основном при гидравлическом способе добычи угля или при сильно нарушенных месторождениях.

Рис. 2.6. Сплошная система разработки

Рис. 2.5. Схема разработки длинными столбами Системы разработки классифицируются также в зависимости от технологии очистных работ и от направления перемещения очистного забоя по отношению к элементам залегания пласта. Различают системы разработки на всю мощность пласта и с делением его на слои, а также с перемещением забоя по простиранию, падению и восстанию. Мощные крутые пласты успешно разрабатываются с помощью щитовой системы. В этом случае длинный столб делится по простиранию печами на столбы по падению, которые отрабатываются сверху вниз. 18

Рабочие находятся под защитой щита, который перемещается по мере выемки угля под действием собственного веса и веса вышележащих обрушенных пород. Мощные пологие пласты разрабатываются при помощи очистных комбайнов и механизированных крепей. К системам разработки предъявляются следующие требования: безопасность и комфортность работ, экономичность, минимальные потери угля. 2.2.3. Разработка рудных месторождений подземным способом Рудные месторождения имеют свои особенности. Большинство таких залежей сложнее по залеганию, чем пластовые угольные, имеют неправильные формы в виде линз, жил, рудных столбов и гнезд. Характерная особенность этих месторождений – широкий диапазон свойств руд и 19

пород -от рыхлых и неустойчивых до весьма крепких. Элементы залегания непостоянны: мощность рудного тела, угол падения и направление простирания изменяются в больших пределах. Поэтому разработка руд сложнее, чем угольных месторождений. Для вскрытия рудных месторождений применяются те же способы, что и при разработке угольных. Разница лишь в глубине разработки. Если на угольных месторождениях она достигает 1600 м, то на отдельных рудных – превышает 3500 м. При разработке рудных месторождений применяют в основном этажный способ подготовки шахтного поля. Особенности разработки руд следующие: отбойку руды в основном ведут буровзрывным способом, крепкие и устойчивые вмещающие породы и большинство руд позволяют не крепить выработанное пространство. Полное отсутствие или незначительное содержание вредных газов в рудничной атмосфере обеспечивают благоприятные условия для проветривания. Руду из очистных забоев транспортируют под действием собственного веса, скреперами или самоходными машинами. Горным давлением управляют полным обрушением, полной закладкой и магазинированием руды.

2.3. Разработка месторождения открытым способом Совокупность горных выработок, оборудованных для добычи полезных ископаемых открытым способом, называется карьером, а угля разрезом. Породы, покрывающие полезное ископаемое или расположенные в его боках, называются породами вскрыши. При подготовке поверхности карьерного поля вырубают лес, корчуют его, осушают болота или озера, отводят реки и ручьи за пределы карьерного поля. Сносят дома, переносят линии электропередачи и дороги. Осушение месторождения осуществляют проведением дренажных канав или подземных выработок – стволов, шурфов, штреков, устанавливают мощное водоотливное оборудование. При вскрытии месторождения проводят специальные вскрывающие выработки – капитальные траншеи, которыми подготавливают фронт вскрышных и добычных работ. На рис. 2.7 представлена схема карьера. Существует несколько систем разработки открытым способом: бестранспортная, транспортноотвальная, транспортная и комбинированная.

20

Рис. 2.7. Схема карьера ЭКГ-4 – экскаватор прямая лопата; Р – роторный экскаватор; М – шагающий цепной экскаватор; ЛК – ленточные конвейеры При бестранспортной системе разработки породы вскрыши перемещаются во внутренние отвалы, т.е. на место уже вынутого пласта. Применяются при разработке горизонтальных или пологих пластов мощностью до 20-25 м. При транспортно-отвальной системе вышележащие породы перемещаются во внутренние отвалы отвалообразователями (транспортноотвальными мостами). Условия применения – пласты пологие, породы вскрыши мягкие, рыхлые. Для перемещения используются многочерпаковые цепные или роторные экскаваторы или механические лопаты. Специальная система разработки применяется на горизонтальных или пологих пластах при мягких или рыхлых породах вскрыши. Вскрышные и добычные работы ведутся экскаваторами и гидромеханизированными способами. При транспортной системе разработки порода вскрыши вывозится во внешний отвал. Она применяется при любой форме залегания месторождения, различной мощности, изменяющихся углах падения, крепости полезного ископаемого и пород вскрыши. 21

При комбинированной системе сочетаются вышеперечисленные системы. Открытый способ разработки месторождений весьма перспективен. Пути его развития: создание карьеров производительностью 100280 тыс. т в сутки, применение поточных линий на вскрыше и добыче, использование большегрузных автосамосвалов, расширение области бестранспортной системы за счет использования на вскрышных работах мощных экскаваторов [6].

Вопросы для самопроверки 1. Какими основными способами добываются полезные ископаемые из недр земли? 2. Какой способ добычи имеет более низкую себестоимость? 3. По каким параметрам различаются угольные пласты? 4. Чем определяется положение пласта в пространстве? 5. Какие работы подразумеваются под горными? 6. Какие выработки относятся к вскрывающим? 7. Для чего проходятся разведочные выработки? 8. Какие выработки относятся к капитальным? 9. Какие выработки относятся к нарезным? 10. Какие выработки относятся к очистным? 11. Назовите элементы горной выработки. 12. Какие способы отработки шахтных полей вы знаете? 13. От каких параметров зависят системы разработки угольных месторождений подземным способом? 14. Какие способы вскрытия месторождений применяются? 15. Какие системы разработки применяются для отработки рудных месторождений? 16. В чем отличие карьера и разреза. 17. Какие выработки относятся к вскрывающим на открытых горных разработках? 18. Какие системы разработки открытым способом вы знаете?

22

3. ИЗ ИСТОРИИ ГОРНОГО ДЕЛА Горное дело – это отрасль техники, охватывающая всю совокупность процессов извлечения из недр земли полезных ископаемых, их переработки и обогащения, с целью использования в промышленности, на транспорте и в быту. Полезные ископаемые в природе находятся в твердом, жидком и газообразном состояниях. Скопление на поверхности или в недрах земли минерального вещества, по количеству, качеству и условиям залегания пригодного для промышленного использования, называют месторождением полезного ископаемого. Разработка месторождений полезных ископаемых имеет древнейшую историю. Вереница тысячелетий скрыла от нас, где и когда впервые человек стал добывать полезное ископаемое из недр земли. Несомненно, что в ранний период каменного века первобытные люди собирали камни по берегам рек и изготавливали из них орудия труда. Потом кремень стал основным материалом для таких орудий. Его стали разыскивать, а потом и выкапывать из земли - это были первые горные работы. В различных местах Европы и Азии обнаружили воронкообразные горные выработки с остатками кремниевых орудий. Если кремень залегал в горе, то древние люди добывали его, углубляясь в породу в горизонтальном направлении. В результате получались пещерообразные, иногда весьма глубокие, выработки – прообраз будущих штолен. В дальнейшем научились находить отложения полезных ископаемых под наносными породами, проникая сквозь них, производить крепление выработок при помощи прутьев, расширять стволы в нижней части, создавая прообраз околоствольного двора (рис. 3.1). Естественно, чем глубже шахты, тем больше труда затрачивалось на их сооружение. Легче вскрывать месторождения наклонными и горизонтальными выработками, которые легче проходить, крепить, а вентиляция и доставка полезного ископаемого упрощается. Очень рано появилась комбинация наклонно-вертикальных выработок, которая обеспечивала лучший выход на дневную поверхность, и способствовала лучшему проветриванию. Первые выработки не крепились, но уже было известно, что наиболее устойчивыми являются стволы с круглым сечением. Затем появились выработки с прямоугольным сечением, крепление которых осуществлялось ивовыми прутьями, а потом стала использоваться и деревянная крепь [7]. В Древнем Риме для прокладки водопровода проходились штольни в несколько километров с десятками вентиляционных шахт и шурфов, в слабых породах применялось деревянное и кирпичное крепление [8].

23

Развитие горного дела связано с совершенствованием орудий труда: сначала появляются кайла из оленьего рога и камня, а затем другие специальные орудия для горных работ.

Рис. 3.1. В средние века шахты имели уже многоэтажные горизонтальные выработки В рабовладельческий период горное дело начало развиваться быстрее. В то время в сферу добычи вовлекаются месторождения медных и оловянных руд, золота, серебра, нефти, асфальта и других полезных ископаемых. Для разработки руд появились бронзовые орудия труда. Стали входить в практику предварительные врубы с последующей клиновой отбойкой породы. Крупным достижением того времени явилось использование огневого способа добычи медных и кварцевых золотосодержащих руд. Первые известные нам письменные работы, связанные с горным делом, появились в Древнем Риме: Ветрувий (I в. до н. э.), Плиний Старший (I в. н. э.) [7]. Новые возможности в освоении природных богатств планеты открылись с появлением созданных руками и разумом человека эффективных приспособлений и систем, применение которых в тех или иных видах 24

деятельности открывало широкие перспективы в удовлетворении возрастающих потребностей. Известно, что колесо использовалось еще в эпоху неолита и бронзового века. В более позднее время работы ведутся уже с помощью рычага и наклонной плоскости, блока и винта, ворота и водяного колеса и многих других механизмов. Античная эпоха принесла нам орудия труда, используемые и сейчас. Это молот и наковальня, пила и топор, отвес и бурав, якорь и щипцы. Несмотря на определенные успехи древних специалистов и механиков, горные работы велись в ужасающе трудных условиях. Вручную выполнялась отбойка пород и полезных ископаемых, а их транспортировка проводилась по тесным, неосвещенным и извилистым выработкам в корзинах и кожаных мешках рабами-носильщиками. Невелик перечень использовавшихся инструментов: лопата и кайло, заступ и клин, кувалда и молот, пила и клещи, зубило и лом. Изготавливали их из железа или дерева. Проходка крепких скальных пород осуществлялась после их разупрочнения посредством нагревания и последующего охлаждения водой или уксусной кислотой. Применяли бурение шпуров ударным и вращательным способами с использованием зубил и сверл вручную. С увеличением длины выработок появились новые проблемы: необходимость осушения, проветривания, освещения и крепления выработок. Постоянным врагом шахтеров была вода. В целом осушение месторождений осуществлялось проходкой водоотливных канав, ручной переноской воды в глиняных сосудах, мехах и ведрах (рис. 3.2). С III века до н. э. применяются специальные водоотливные системы, обеспечивающие забор и последующий подъем воды из шахты при помощи водяных колес, изобретенных Архимедом Сиракузским, или винтовых машин [9]. Проветривание горных пород было естественным, хотя имеются свидетельства сооружения вентиляционных выработок. Когда для проходки стали применять взрывчатые вещества, то проветривание стало еще сложнее. Освещение забоя проводилось глиняными лампами, коптилками и факелами, которые устанавливались в специальных нишах. Но они загрязняли воздух сажей и выжигали кислород. Для защиты от возможных обрушений пород древние горняки использовали различного рода деревянные крепления, оставляли охранные целики, придавали устойчивую форму кровле выработок. Позже научились устанавливать деревянные клети и костры. И все-таки обвалы были часты.

25

Возможно, выдавали полезное ископаемое на поверхность при помощи ворота и колодезного журавля, которые были в это время хорошо известны. Некоторые угольные пласты выделяют газы, отравляющие воздух. Метан, соединяясь с воздухом, образует смесь, готовую взорваться от искры. Угольная пыль тоже обладает способностью взрываться и более опасна, чем метан. В выработанном пространстве оставались угольные целики, под влиянием горного давления они разрушались и иногда самовозгорались, вызывая опустошительные пожары под землей. Чтобы потушить пожар, оставалось одно средство – отделиться каменной перегородкой. Веками накапливался опыт борьбы со стихиями. Нужна была горная наука, которая обобщила бы этот опыт. Истоки этой науки появились в древности. Еще Плиний Старший составляет труд по горному делу, но он приводит факты, не обобщая их. В подобном стиле работает и другой автор древнего мира – Витрувий. В своей книге «Об архитектуре» он описывает ужасные испарения ядовитых газов (углекислоты) на дне шахтных колодцев и о том, как горняки выжигали их при помощи факела. Он пишет и об обнаружении подземных рек. Таким образом, развитие горной отрасли обусловило развитие механики – одной из самых древних наук. Ее история начинается с трудов ученых Греции и Египта. В уцелевших до наших дней древних папирусах и книгах приводятся результаты решения простейших задач статики, положивших начало учению о равновесии. Некоторые догадки и положения, содержащиеся в философских и естественнонаучных работах выдающегося философа Аристотеля (384-322 гг. до н. э.), не потеряли свое значение и сегодня. Именно он ввел понятие «механика», определяющее область человеческого знания, в границах которого исследуются различные движения материальных тел, наблюдающиеся в природе или создаваемые в результате деятельности человека [9]. Среди известных ученых древности особое место занимает Архимед (287-212 гг. до н. э.), применивший первым математические методы решения многих теоретических и практических проблем. Им были разработаны основы учения о равновесии, сформулированы принципы статики твердого тела, гидростатики, выполнено большое число изобретений. Одним из интереснейших изобретений Архимеда является простейшая водоподъемная машина, получившая название архимедова винта.

а)

б)

Дальнейший процесс развития механизации горных работ отмечен созданием ряда простейших подъемных, вентиляционных, водоотливных машин. Их подробное описание приводит в своих трудах Соргиус Агрикола (1494 – 1555) [10]. Во времена Агриколы уже выработались определенные принципы вскрытия месторождений в зависимости от формы и залегания рудного тела – штольнями, вертикальными и наклонными стволами. Стволы обычно имели прямоугольное сечение с размерами 3х4,5 м. Глубина их иногда доходила до 145 м. Широкое распространение получили наклонные выработки, а также горизонтальные, проводимые по рудной жиле. Применялось примитивное крепление вертикальных и горизонтальных

26

27

Рис. 3.2. Древний водоотлив: а - «Нория», средневековая машина для откачки воды из шахты; б - многоступенчатые насосы, приводимые в действие водяным колесом. (Из книги М.В. Ломоносова «Первые основания металлургии, или рудных дел».)

горных выработок. Горные инструменты состояли из кирок разных размеров, железных клиньев, молотков, ломов, кайл, скребков и лопат [10]. Большие сдвиги произошли в транспортировке горной массы, особенно под землей. Появились одноколесные тачки, затем тележки на колесах, перемещающиеся по деревянному настилу. Для фиксирования тележки при ее движении использовались направляющие костыли, скользящие по настилу. Значительно усовершенствована была техника подъема, водоотлива, вентиляции и обогащения. Вначале подъем осуществлялся ручным воротом, впоследствии его оборудовали маховым колесом. Применявшиеся во времена Агриколы системы в качестве конструктивных основных элементов имели канаты и цепи, подъемные сосуды и барабаны. Канаты были оснащены железными крюками, на которые надевались дужки сосудов. Транспортировку на поверхность горной массы и различных материалов осуществляли бадьями, корзинами, мешками, а в случаях использования штолен - вагонетками, тачками, корытами. Подъемные барабаны изготовлялись из дерева и оборудовались специальными тормозными дисками, обеспечивающими изменение скорости движения грузов [8]. В связи с изобретением конного привода люди на подъеме были заменены животными. Далее в качестве двигателя было применено гидравлическое колесо [10]. Водоотлив осуществлялся с помощью ковшовых элеваторов, норий, кожаных мешков. Начали появляться поршневые деревянные насосы, но они во времена Агриколы не получили широкого распространения. Для усиления естественной вентиляции применялись специальные конфузоры, щиты и т. д. Большое значение для проветривания рудников приобрели нагнетающие и всасывающие мехи, заимствованные в металлургии. Труд Агриколы в течение двухсот лет был основным пособием для всех рудокопов [8]. Первое упоминание о добыче каменного угля в Европе относится к 1100-1200 гг. Уничтожение лесов в густонаселенных районах явилось предпосылкой для разработки угольных месторождений. Эволюционный процесс развития наук, в том числе механики, замедлился в Средние века. Начиная с XY века, период застоя сменился интенсивным ростом исследований. Имя Леонардо да Винчи связано с исследованием в области теории механизмов. Г. Галилей впервые излагает основы динамики материальных систем. И. Ньютон открывает законы действия и противодействия всемирного тяготения, сложение движений. С начала ХYII в. в горном деле стал использоваться порох – мощное средство для разрушения горных пород. В это время начали развиваться

системы разработки угольных месторождений. Наиболее ранними системами были камерные, применявшиеся на пологих пластах средней мощности [9]. В XYII-XYIII вв. при транспортировке стали использоваться рельсы (сначала в виде деревянных брусьев с металлической накладкой, а затем из уголкового профиля железа). В связи с развитием каменноугольной промышленности совершенствовалось проветривание горных выработок. Широкое применение получило проветривание с помощью подогрева воздуха [10]. С XYIII в. начинается интенсивное развитие промышленности: появляются паровые машины; широкое применение находит в качестве источника энергии уголь; сталь становится основным конструкционным материалом; строятся железные дороги. ХХ век характеризуется еще более существенными качественными сдвигами в промышленности. Появились первые паровые турбины и двигатели внутреннего сгорания, электрические машины. Электропривод позволил решить проблему механизированной доставки полезного ископаемого. Подземные установки стали снабжаться электрическими двигателями. Их применение внесло большие изменения в организацию водоотлива и вентиляции [10]. Развернувшаяся в этот период научно-техническая революция продолжается и в наши дни.

28

29

Вопросы для самопроверки 1. Каким минералом для изготовления орудий труда пользовались люди в древности? 2. Какой формы выработки проходили в древние века? 3. Почему в древности перешли с вертикальных на наклонные и горизонтальные выработки? 4. Какой материал впервые стали использовать для крепления выработок? 5. В какой период стали добывать медные, оловянные руды и другие полезные ископаемые? 6. Когда стали использовать для добычи полезных ископаемых предварительный вруб и огневой способ? 7. Кто был автором первых письменных работ, связанных с горным делом? 8. Какая эпоха создала орудия труда, применяемые и сейчас (молот, наковальня, топор, бурав, щипцы и др.)?

9. Какие проблемы появились с увеличением выработок? 10. Как проводилось осушение выработок? 11. Какие применялись способы проветривания выработок? 12. Как защищали выработки от обрушения? 13. Назовите способы подъема полезного ископаемого на поверхности в древние времена? 14. Кто первый описал принятые системы разработки месторождений и простейшие механизмы, применяемые 15. Какие изобретения Архимеда применялись на горных разработках? 16. Какими способами транспортировали полезное ископаемое под землей? 17. По каким причинам в Европе, а затем и в Америке началась добыча угля? 18. Какое изобретение Леонардо да Винчи применяется до сих пор?

30

4. РАЗВИТИЕ ГОРНОЙ ОТРАСЛИ В РОССИИ Освоение недр на территории нашей страны началось в очень давние времена. Вот лишь некоторые исторические факты. В XI-XII вв. ведется добыча мусковита – оконной слюды на землях Соловецкого монастыря, каменной соли в Приуралье и Нижнем Поволжье, использование апшеронской нефти упоминается в XYII в. Появились и первые специалисты для ведения подобных работ – рудознатцы. Но в связи с нашествием татаро-монголов начиная с XII в. существовавшие промыслы прекращают свою деятельность [11]. Археологические раскопки свидетельствуют, что народы, проживающие на территории юга России, были знакомы с ископаемым углем в X-XI вв., так как многие угольные пласты выходили прямо на поверхность земли. В исторической литературе встречается предание, что Петр I во время одного из азовских походов в конце XYII века, увидев образцы «земляного уголья», показанные ему казаками произнес вещие слова: «Минерал сей если не нам, то потомкам нашим зело полезен будет!» [12]. Горной промышленности Петр I уделял особое внимание. К концу XYIII века он пришел к выводу, что освоение полезных ископаемых не должно зависеть от частной собственности на землю, а должно быть свободным и узаконил этот принцип в 1719 г. в замечательном документе «Берг-привилегия». На основе этого документа была создана Бергколлегия, на которую было возложено не только руководство поисками руд и минералов, но и управление горными металлургическими заводами. Указ Берг-коллегии, изданный в конце 1772 г., гласил: «Иметь старание о прииске каменного уголья…дабы оным лесам теми угольями было подспорье». На городских площадях, в слободах и селах подьячие всенародно читали указ Петра I: «Соизволяется всем и каждому дается воля, какого бы чина и достоинства не был, во всех местах, как на собственных, так и на чужих землях искать, копать, плавить, варить и чистить всякие металлы, сиречь: золото, серебро, медь, олово, свинец, железо, тако ж и минералов, яко селитра, сера, купорос, квасцы и всяких красок, потребные земли и каменья, к чему каждый толике промышленник принять может, колико тут завод и к тому подобное иждивение востребует». Царский указ заканчивался грозным предупреждением: «А тем, которые изобретенные руды утаят и доносить о них не будут… объявляется наш жестокий гнев, неотложное телесное наказание и смертная казнь».

31

Нужды быстроразвивающейся металлургической промышленности заставили при Петре I начать учет топливных ресурсов. Естественно, возник вопрос о возможности использовать минеральное топливо. В конце царствования Петра I в Россию для разведки и разработки каменного угля прибыли иностранные землекопы во главе с Иоганном Никсоном. Они должны были обследовать недра Воронежской губернии и устье реки Дна, где «приискал уголь» подьячий Капустин. Создание Берг-коллегии принесло свои плоды в 1721-1723 гг. поступили заявки об открытии угольных месторождений в Донбассе, Подмосковье, Кузбассе. Датой открытий угольных месторождений Донбасса является 1721 г., а честь первооткрывателя принадлежит Григорию Капустину. Родился он в селе Даниловском, близ города Кинешмы Костромского уезда в крестьянской семье и был подьячим приказной избы. Между делом занимался поисками руд в окрестностях Костромы. В 1715 г. попал в состав бригады рудознатцев, прибыл в Донецкие степи и здесь нашел в 1721 г. образцы углей в районе города Лисичанска Луганской области (сейчас Украина). Через год в районе Бахмута (г. Артемовск) Никита Вепрейский и Семен Чирков организовали добычу ископаемых углей, которые использовались при солеварении и в кузнечных горнах. В 1772 г. рудознатец Михаил Волков открыл первое каменноугольное месторождение на берегу реки Томь (нынешний Кузнецкий бассейн). В этом же году Берг-коллегия получила первые образцы ископаемого угля из Подмосковья, присланные русскими рудознатцами Иваном Палициным и Марком Титовым. По дореволюционным источникам, начало регулярной добычи каменного угля на территории Донбасса приписывалось казаку - горнопромышленнику Двуженому, который приблизительно в 1790 г. добыл около 3000 пудов антрацита вблизи Екатерининской станицы и доставил его в Таганрог. Особое место приобретает Урал с его громадными естественными богатствами. Разведка месторождений осуществлялась с помощью скважин. На рис. 4.1 показана проходка скважины с помощью ручного ворота. Россия, удерживающая мировое первенство в области металлургии и горного дела вплоть до середины XIX в., позже оказалась в иных условиях. В конце ХIХ в. группа краеведов заинтересовалась легендами о реке Печоре. Они обошли тайгой пороги, сделали плот и спустились вниз по течению. Во время путешествия кто-то закурил и выбросил в воду за-

жженную спичку. Вокруг плота возникло пламя, которое горело 8 минут, и только благодаря случайности никто не пострадал. Впоследствии на берегах Печоры была обнаружена нефть, а в районе притока реки Воркуты – уголь [11]. До 20-х годов XIX в. Россия была на первом месте по выпуску чугуна (в 1,5 раза больше, чем во Франции, в 4 раза больше, чем в Пруссии, и в 3 раза больше, чем в Бельгии). Но были забыты указы Петра I. Уже в XYIII в. появляются указы совершенно иного содержания. Екатерина подтверждает право собственности владельца на «все в недрах ее сокровенно минералы и изращения» [11, 12]. Иногда помещики сдавали землю в аренду, получая за это огромную ренту (2-2,5 копейки с каждого пуда добытого угля). Поэтому уголь был очень дорог. Развитие горной промышленности тормозил недостаток рабочей силы. В те годы в России не было права свободного найма рабочей силы.

32

33

Рис. 4.1. Проходка буровой скважины в России в XYIII веке с помощью деревянных труб и ручного ворота

Горные богатства в это время привлекали иностранцев. Часто горные предприятия возникали в безлюдной степи. В стремлении сократить расходы и увеличить прибыль разработки вели примитивным способом. Владельцы разрабатывали только наиболее выгодные пласты. Угли эксплуатировались без учета их энергетических и химических качеств. Почти вся угольная промышленность сконцентрировалась в Донбассе (около 90% всей добычи в стране). В 1773 г. в Петербурге создается Горное училище, которое позднее преобразовали в Горный институт. Изменения в экономике России, произошедшие в Петровскую эпоху, заложили основу будущих качественных и количественных сдвигов в общем эволюционном процессе формирования ее производственного потенциала [12]. Совершенствование методов и средств механизации, подземных и открытых работ на приисках, шахтах и рудниках, в основном обеспечивалось усилиями отечественных специалистов. Труды М.В. Ломоносова (1711-1765), И.И. Ползунова (1728-1766), К.Д. Фролова (1726-1800), Е.А. Черепанова (1774-1842), М.Е. Черепанова (1803-1849), А.А. Саблукова (1783-1857), М.В. Остроградского (1801-1861), А.И. Узатиса (1814-1875), А.П. Карпинского (1847-1936), П.А. Ольшева (1817-1896), И.А. Тили (1838-1920) и многих других ученых, инженеров, практиков заложили фундамент русской науки и техники. Зарождение нашей отечественной науки о горном деле тесно связано с именем М.В. Ломоносова – великого русского ученого. Ломоносов вел большую работу по составлению и описанию минералогических коллекций, имеющихся в Академии наук. Им написаны такие классические труды по горному делу, как «Первые основания металлургии, или рудых дел», «О слоях земли», «Слово о рождении металла от трясения земли», он представил диссертацию на степень магистра «О движении воздуха, в рудниках примененном». Таким образом, М.В. Ломоносов заложил основы русской науки о добыче угля. Не только в истории отечественной, но и мировой горной науки и техники его имя занимает одно из почетных мест. В начале XYIII в. на Урале учреждается должность «механикуса», отвечающего за эксплуатацию различных машин. Город Барнаул, где работал Ползунов, был в XYIII в. крупным центром горнозаводской промышленности Сибири. Заводы Барнаула были к тому времени высокомеханизированными предприятиями. Наиболее трудоемкая работа производилась не вручную, а при помощи вододействующих колес, представляющих собой передовую технику. Это

были большие обычные колеса, снабженные по ободу лопастями. Вращались они, как и мельничные колеса, энергией падающей на них воды. При помощи системы передач движение воздействующих колес передавалось мехам, раздувающим плавильные печи. Колеса были огромного размера, а КПД маленьким. В 1763 г. Ползунов, человек разносторонний – изобретатель, конструктор, технолог и машиностроитель, специалист по металлургии и горному делу, проектировщик, знаток руд, механик, математик и учитель, сконструировал «огненную машину». Это была, по словам Ползунова, машина, действующая через посредство воздуха и паров, образующихся в котле с водой (рис.4.2). Изобретение получило одобрение в Петербурге, и Ползунов был награжден званием «бергмеханикуса», 400 рублями и командировкой для обучения в Академии наук. Но Ползунов не смог бросить свое детище и остался руководить постройкой машины. 23 мая 1765 г. первая в мире заводская паровая машина была введена в постоянную эксплуатацию. В Барнауле не нашлось человека, который бы поддержал изобретателя. Напряженный труд и нищенские условия существования, в которые был поставлен изобретатель, свели его в могилу, а дело его было забыто. Впоследствии честь изобретения паровой машины приписали англичанину Уатту, опубликовавшему свое изобретение на 20 лет позже. Возросшая потребность в ископаемом угле заставила добывать его не только на выходах пластов на поверхность земли, но и из подземных недр. Но ведение подземных работ для добычи угля при чрезвычайно низком уровне тогдашней техники было сопряжено с большими трудностями. Крепление подземных выработок на случай обвала, удаление подземных вод, заливающих шахты, транспорт и подъем добытого угля, подача свежего воздуха в шахту, борьба с взрывами метана и угольной пыли ставили перед добытчиками непреодолимые препятствия. К моменту изобретения Ползуновым машины, самые глубокие шахты не превышали 120 м. Изобретение Ползунова двинуло добычу угля в России вперед. С одной стороны, паровые двигатели значительно расширили спрос на уголь, а с другой - позволили механизировать откачку воды и подъем угля. Изобретение Ползунова произвело подлинный переворот в угольной промышленности [13, 14], быстро сказался на развитии угольной промышленности в России. В бассейнах, где уже велась добыча угля, возникали новые шахты и металлургические заводы, открывались новые месторождения.

34

35

Рис. 4.3. Рудоподъемная машина элеваторного типа

Рис. 4.2. Чертеж «огнедышащей» машины И.И. Ползунова, выполненный самим изобретателем в 1765 г. В 60-е годы XYIII в. К.Д. Фролов строит уникальные по тем временам гидросиловые установки на алтайских Змеиногородских рудниках, не имевших аналогов в мировой практике. Построенные им здесь же рудоподъемники элеваторного типа обеспечивали транспортировку горной массы на поверхность с помощью барабанов, приводивших в движение бесконечную цепь с подвешенными на ней бадьями (рис.4.3). Производительность такой установки составляла от 3 до 6 тыс. пудов за смену. 36

Начатые И.И. Ползуновым работы в области конструирования паровых машин успешно продолжили отец и сын Черепановы. Они разработали и осуществили проект первой железной дороги. Ими был разработан первый паровоз (рис. 4.4). XIX век открывает новую страницу в развитии средств ведения производственных процессов. В 1832 году А.А. Саблуков изобретает центробежный вентилятор, в 1835 – винтовой, а позднее «водогон», предназначенный для подъема воды, явившегося прототипом современного центробежного насоса (рис. 4.5) [9, 10]. В 1843 г. А.И. Узатис опубликовал «Курс горного искусства», включающий такие разделы, как минералогия, геология, разведочное дело, горное искусство, обогащение полезных ископаемых, практическая механика. Высокий теоретический уровень и широкое применение методов математического анализа на долгие годы сделали этот труд основным руководством для горных инженеров. Особое внимание А.И. Узатис уделяет точным наукам, которые, по его мнению, являются базой для создания разнообразных систем. Он приводит классификацию насосов, разде37

ляет их на вращательные, спиральные, центробежные, всасывающие, паровые, предлагает методологию расчета и др. (рис. 4.6). Основываясь на опыте эксплуатации вентиляционных установок, А.И. Узатис разрабатывает правила безопасности для улучшения работы подземных рабочих, формирует положения о проветривании горных выработок естественным и искусственными способами. Полно описывает конструкции подъемных комплексов (рис. 4.7) и принципы их проектирования, что становится базой для развития вертикального канатного подъема. Он впервые вывел формулы для выбора параметров конических барабанов с желобами и гладкой поверхностью.

Рис. 4.5. Вентиляторы из «Курса горного искусства» А.И. Узатиса: а – центробежный, б – винтовой

Рис. 4.4. Паровая железная дорога Черепановых Начатое А.И. Узатисом дело продолжили профессора Петербургского горного института П.А. Олышев и И.А. Тиме. П.А. Олышев, решая проблемы гидравлики, маркшейдерского искусства, прикладной механики, значительных успехов достиг в области рудничного подъема. Им разработаны методы использования и расчета установок с постоянным и переменным радиусом навивки [10]. И.А. Тиме обобщил итоги своих исследований в работе «Справочная книга для горных инженеров и техников по горной части, горнозаводская механика», опубликованной в 1879 г. Особое внимание заслуживают такие ее разделы, как «Угледобывающие машины»; «Водоотливные машины»; «Воздуходующие машины и вентиляторы».

38

Рис. 4.6. Схемы насосов: а – всасывающий, б – подъемный, в – давящий, г – всасывающий давящий 39

Появление электрической энергии, а позднее энергии сжатого воздуха существенно изменило ситуацию. Этому способствовало создание новых материалов и сплавов, обладающих большой прочностью и износостойкостью [14]. Общее состояние техники шахт рудников, разрезов и карьеров России на рубеже XX в. в целом не соответствовало потребностям роста производственных мощностей добывающих предприятий. Такое положение было следствием экономической отсталости, чрезвычайно скудного финансирования научных исследований. Несмотря на это, русским ученым и специалистам удалось достигнуть впечатляющих успехов в создании и дальнейшем совершенствовании теории и практики отечественной горной механики.

Рис. 4.7. Паровая рудоподъемная машина Тиме рассматривает канаты, копры, паровые машины и различные вспомогательные элементы, обеспечивающие их нормальную эксплуатацию - контрольные приборы, сигнальные и тормозные устройства, дает рекомендации по определению высоты поверхностных сооружений, времени движения сосудов. Излагает материал по водоотливу и вентиляции, подробно описывая конструкцию насосов, вентиляторов, анализирует особенности применения их для различных условий отработки месторождений полезных ископаемых. Приводит сведения, касающиеся вопросов проектирования разнообразных машин и комплексов, используемых на добычных предприятиях. Благодаря И.А. Тиме был сделан качественный шаг в развитии горной техники. Усилия ученых, инженеров и практиков на протяжении рада столетий были направлены на механизацию наиболее трудоемких технологических процессов при разработке месторождений полезных ископаемых. На протяжении многих веков основными инструментами для разрушения горной массы являлись обушок, кайло и лопата. Доставка осуществлялась с помощью санок, волокуш, тачек и вагонеток. На открытых работах для этих целей служили телеги-«таратайки» (рис. 4.8, 4.9, 4.10). 40

Рис.4.8. В темном и душном подземелье старой шахты забойщики вручную подрубали пласт и отбивали уголь В начале XX в. горная промышленность России имела низкий уровень технической оснащенности, а на ее предприятиях повсеместно наблюдалось засилье иностранных фирм - французских, немецких, бельгийских, не заинтересованных в изменении сложившейся ситуации. Многие годы вентиляторы, насосы, подъемные машины, электрооборудование и энергомеханическое оборудование закупались за рубежом. В среднем производительность шахт составляла 80-425 т, а их глубина - от 180 до 672 м. На шахтах и в рудниках в основном использовались паровые приводы и лишь на двух рудниках - наиболее эффективные по тем временам подъемные машины со шкивами трения и электродвигателями системы Ильгнера - Леонарда. Применялись центробежные вентиляторы, поршневые насосы зарубежного исполнения с малоэкономичными паровыми двигателями. Вентиляторы типов «Рато», «Сирокко», «Гибаив», «Сер», «Бери», «Женест-Гершер», «Пельцер» имели большие размеры, низкий КПД (не выше 0,4), несовершенные аэродинамические схемы, малую быстроходность, и как следствие невысокие производительность и создаваемый напор. Не получили должного распространения в этот период эффективные центробежные насосы. 41

1

I2

Рис. 4.9. 1 – Доставка угля. Тяжелым и изнуряющим был труд саночников. 2 – Снаряжение саночника: а – санки, б – лямка (пояс и поводок)

Рис. 4.10. Добычные работы на Высокогорском карьере (Урал) с применением колымажек. Дореволюционные годы 42

Энергетическое хозяйство России этих лет при колоссальных ресурсах не обладало достаточными мощностями для широкого внедрения электрической энергии в различные области промышленности, в том числе и в горную [14]. Особенно низким был уровень механизации процессов добычи и транспортировки по наклонным и горизонтальным выработкам. Отбойку угля подземные рабочие вели лежа или стоя на коленях, вручную, с помощью обушка, в очень ст6есненных условиях. Различным образом осуществлялась доставка полезного ископаемого от забоя к стволу. В отдельных случаях, например при потолкоуступной разработке тонких пластов, применялась переноска в корзинах и мешках. Широкое распространение имели и другие способы: перелопачивание и отгребка, когда отгребальщики лопатами перекидывали разрушенную горную массу на расстояние 4-6 м; проталкивание, когда пропускальщики выполняли операции спуска полезного ископаемого по железным листам; перемещение сырья, когда катальщики (в основном на антрацитовых месторождениях, реже на почве пласта) передавали куски друг другу. Не менее изнурительным был труд саночников, которые, обвязав вокруг пояса веревку, тащили за собой очень часто на коленях волокушу или санки, и откатчиков, которые использовали тачки. Простое и производительное транспортирование под действием собственного веса применялось в основном в круто наклоненных выработках. Транспортирование горной массы после погрузки в вагонетки производилось лошадьми, для чего под землей устраивались конюшни. Примерно такое же положение наблюдалось и на открытых разработках, где преобладали ручная отбойка и перемещение сырья в бричках и вагонетках при помощи лошадиной тяги. На некоторых месторождениях применялись специальные выемочно-погрузочные машины с паровым двигателем, которые называются экскаваторами. Все элементы таких машин, включая корпус, стрелы выполнялись из дерева. Такой экскаватор еще в 1834 г. создан Вильямом Отисом (рис. 4.11). В России только в 1902 г. на Путиловском заводе начато производство первых отечественных экскаваторов типа «механическая лопата» с емкостью ковша от 0,38 до 2,29 м3. После Октябрьской революции развитие горной промышленности на базе коренного изменения уровня энерговооруженности и механизации технологических процессов становится одной из первых насущных задач. В 1918-1919 гг. создаются специальные управления – Главтоп, Главхим, Главзолото, Главсоль и Главруда, ведавшие вопросами добычи соответственно угля, нефти, сланцев, торфа, фосфоритов, ртути, золота, платины, минеральных солей, руд черных и цветных металлов, а также выплавкой свинца, серебра и цинка.

43

6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. Рис. 4.11. Экскаватор В. Отиса

19.

Какой вклад в развитие горной науки внес М.В. Ломоносов? Какую машину изобрел И.И. Ползунов? Какой изобретатель построил первые гидросиловые установки? Какую производительность имели подъемники элеваторного типа, сконструированные К.Д. Фроловым? Что разработали отец и сын Черепановы? Кто является разработчиком первых стационарных машин? Какие основные вопросы рассмотрел А.И. Узатис в своих трудах? Какими проблемами занимались горные инженеры П.А. Олышев и И.А. Тиме? Какими способами производилась отбойка угля в России в конце Х1Х в? Как производилась транспортировка угля в шахтах? Как производилась транспортировка полезного ископаемого на открытых горных работах? Что изобрел Вильям Отис? Когда в России на Путиловском заводе стали выпускаться первые отечественные экскаваторы? Когда на горных предприятиях стала использоваться электрическая энергия?

Для подготовки высококвалифицированных специалистов в эти годы открывается Московская горная академия и ряд вузов по всей стране; появляются предприятия горного машиностроения, обеспечивающие шахты, рудники, карьеры и разрезы новой высокопроизводительной техникой. Впервые проектируются и начинают внедряться мощные комбайны, струговые установки, экскаваторы и буровые станки. Интенсивно ведутся научные исследования, возглавляемые М.М. Протодьяконовым (1874-1930), М.М. Терпигоревым (1873-1959), Л.Д. Шевяковым (18891963), А.А. Скочинским (1874-1960), А.П. Германом (1874-1953) и другими учеными. Начинается качественно новый этап совершенствования стационарных установок [15]. Вопросы для самопроверки 1. 2. 3. 4. 5.

Когда в России впервые стали использовать уголь? Для каких целей и когда Петр 1 создал Берг-коллегию? Кто открыл месторождение угля в Донбассе? В каком году и кто открыл месторождение угля в Кузбассе? В каком году было создано первое горное училище? 44

45

5. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ГОРНОЙ ТЕХНИКИ В XХ ВЕКЕ В РОССИИ 5.1. Горные машины для подземных работ 5.1.1. Механизация зарубки К 1927 году объем добычи угля почти достиг уровня 1913 г., причем около13% угля добывали с помощью машин. Переход от ручного труда к машинному происходил ускоренными темпами. Прежде всего, механизировалось производство вруба, и по количеству добытого врубовыми машинами угля определялась степень механизации добычи угля в целом. Несмотря на то, что первые попытки применения врубовых машин на шахтах Донбасса относятся к середине 70-х годов XIX в., механизация зарубки с их помощью началась практически в ХХ в. Первая отечественная врубовая машина была спроектирована и изготовлена в 1921-1925 гг. на Краматорском заводе. Широкое распространение врубового машиностроения тесно связано с Горловским машиностроительным заводом, начавшим в 1928 г. выпуск легкой врубовой машины типа ДЛ. Это легкие врубовые машины для подготовки забоев, которые по конструкции походили на машины, оставшиеся в наследство от дореволюционного периода. В этом же году заводом был освоен выпуск тяжелой врубовой машины типа ДТ. Врубовые машины типа ДТК-2 (1933), ГТК-3 (1937), а затем ГТК3М, выпускаемые Горловским заводом, вскоре вытеснили малопроизводительные машины старого типа и завоевали признание шахтеров (рис. 5.1). В 1945 году на Урале, на Копейском заводе им. Кирова, была создана врубовая машина КПМ-1, а затем машины КПМ-3 и МВ-60 мощностью от 22 до 60 кВт с повышенными усилиями и скоростью рабочего и холостого ходов. Эти машины имели цепную подачу, гидравлические вариаторы, скорости подачи, двухскоростное резание. Мощные врубовые машины КПМ-3 и МВ-60 решили вопрос высокопроизводительной зарубки угольных и антрацитовых пластов с углями любой крепости и вязкости и вместе с тем легли в основу создания комбайнов «Донбасс», УКТ, КЦТТ и др.

46

Рис. 5.1. Врубовая машина ГТК-3М За создание и внедрение врубовых машин КМП-3 и МВ-60 в 1948 г. инженерам Н.А. Шурису, А.И. Чевненко, А.И. Альшицу, Б.Ф. Братченко, И.А. Леоненко, А.М. Хонахбееву была присуждена Государственная премия СССР [13,14]. Врубовые машины совершили переворот в процессе добычи угля на наших шахтах. Достаточно сказать, что за 8 часов работы врубовая машина обычно подрубает угольный пласт на площади 180 м2, заменяя труд около 40 забойщиков. Поэтому создание врубовой машины оказалось решающим этапом на пути к полной механизации труда в угольной промышленности. Производительность добычи угля значительно возрастает, если прорубить узкую щель, называемую врубом, на границе пласта с почвой ручным способом, а затем с помощью взрывчатых веществ обрушить угольный пласт, который распадается при этом на куски различной величины. Этот размельченный уголь надо доставить к откаточному штреку, погрузить в вагонетки, привезти к стволу и поднять на поверхность земли. Наиболее трудоемким и тяжелым процессом было производство вруба, отделяющего угольный пласт от породы. Эта работа была тяжелой и малопроизводительной, когда уголь был крепкий. Еще более тяжелой она становилась, когда пласт был тонким и шахтеру, проводящему зарубку пласта обушком, приходилось работать лежа. Обычно вруб производится в нижней части угольного пласта. Однако когда эта часть пласта оказывается слишком крепкой, допускается 47

производство вруба по мягким прослойкам, расположенным в средней или верхней части пласта. Нижний вруб наиболее удобный и производительный, поэтому, прежде всего и стремились механизировать работы по его производству. Механизированное производство вруба с помощью усовершенствованных и различных по конструктивным особенностям врубовых машин позволяет создавать вруб различной высоты, глубины и формы. Врубовая машина по внешнему виду напоминает полураскрытый перочинный нож: корпус машины похож на ручку ножа, а исполнительный режущий механизм – на лезвие с полукруглым концом. Режущий инструмент по принципу работы напоминает пилу. По раме, называющейся баром, движется непрерывная цепь с укрепленными на ней стальными резцами. Этими резцами врубовая машина подрезает угольный пласт. Врубовая машина состоит из подающего механизма, электродвигателя и режущего инструмента. Подающий механизм вращает барабан, на который наматывается стальной канат, передвигающий машину во время работы, при маневрах и спуске ее в исходное положение. Конец каната закрепляется на упорной стойке, располагающейся в забое, на некотором расстоянии впереди машины. Барабан наматывает канат и тянет врубовую машину к упорной стойке. В результате машина движется по очистному забою. Электродвигатель приводит в движение подающий и режущий механизмы. Через редуктор режущего механизма приводится в движение режущая цепь исполнительного органа врубовой машины (бара). Управление машиной осуществляется машинистом с помощью рукояток и кнопок. Рабочий процесс начинается с зарезки, когда бар вырезает короткую полоску и заходит в пласт, далее включается барабан, и канат, натягиваясь, передвигает врубовую машину вдоль пласта, вырезая в угле длинную врубовую щель и лишая массив нижней опоры. Когда машина дойдет до конца лавы, ее останавливают, а бар поворачивают так, что он составляет одну прямую с корпусом машины. Затем производят отбойку угля из подрубленного машиной пласта, навалку его на конвейер, параллельно крепят лаву крепью. Затем врубовую машину на холостом ходу передвигают в исходное положение, и процесс повторяется. Врубовая машина производит вруб обычно высотой от 120 до 140 мм и глубиной 2 и более 2,5 метров. На рис. 5.2 показан бар врубовой машины.

48

Рис. 5.2. Бар врубовой машины Образуемая врубовой машиной в пласте угля горизонтальная щель называется плоским врубом. Такие врубы могут быть сдвоенными, когда вместо одной глубокой горизонтальной выемки прорубаются две параллельные, одна над другой (рис. 5.3). Если расстояние между ними незначительное, врубы соединяются в один, образуя высокий вруб.

Рис. 5.3. Врубовая машина со сдвоенным баром Высокий вруб удобен тем, что после него можно при слабом угле и устойчивой кровле обойтись без дополнительной отбойки пласта. В поисках более эффективных способов применения врубовых машин конструкторы создали врубовые машины с изогнутым и кольцевидным баром. Изогнутый бар по форме напоминает букву Г (рис. 5.4). Врубаясь в пласт, он делает сразу две врубовые щели – одну горизонтальную, внизу, а другую вертикальную, внутри угольного пласта. При таком врубе подрубленная часть пласта остается связанной с общим угольным массивом только сверху. Некрепкий уголь обрушивается под действием собственного веса. 49

Рис. 5.4. Изогнутый бар врубовой машины Кольцевой бар похож на букву П, лежащую горизонтально (рис. 5.5). Такой бар вырезает из угольного пласта огромный брусок, который разрушается на куски.

дачи. Врубовая машина «Урал-33» имеет наряду с ручным автоматическим управлением механическую заводку – электродвигатель мощностью 93 кВт [16, 17, 18]. Долгое время единственным орудием для отбойки угля был шахтерский обушок. После 1920 г. отбойка угля на пластах пологого и наклонного падения стала производиться взрывчатыми материалами. Ручной труд забойщика был механизирован. Чтобы заложить взрывчатое вещество в толщу угольной массы, необходимо в пласте пробурить шпуры. Прежде это делалось ручным буром, затем бурильщики стали работать ручными легкими электросверлами. При разработке крутопадающих пластов на смену обушку пришли механические инструменты – пневматические отбойные молотки. Именно отбойным молотком в 1935 г. Алексей Стаханов установил свой мировой рекорд производительности. 5.1.2. Очистные комбайны

Выпуском в начале 60-х годов более мощной, совершенной и долговечной врубовой машины «Урал-33» Копейский машиностроительный завод им. С.М. Кирова внес существенный вклад в развитие угледобывающих машин. На этой машине применена отдельная приставка между электродвигателем и подающей частью, в которой предусмотрены регулируемые аксиально-поршневые насос и гидродвигатель. Эта компоновка получила признание и в принципе применяется в большинстве конструкций современных комбайнов с гидроприводом по-

В ставшей уже привычной врубовой машине советские изобретатели сумели разглядеть новую, еще не родившуюся машину, способную принести огромную пользу. На свет появился, а вскоре и завоевал общее признание первый в мире угольный комбайн. Угольный комбайн – это комбинация врубовой машины с добавочными механизмами, осуществляющая отбойку и навалку угля. Проблема создания горных комбайнов для подземной добычи в нашей стране занимала инженерную мысль еще в конце ХIХ в. Однако только к концу 20-х годов в специально организованном при объединении «Донуголь» конструкторском бюро по созданию угледобывающего комбайна для работы в длинных очистных забоях, а затем в таком же бюро Горловского машиностроительного завода начал накапливаться опыт их проектирования. К решению этой задачи были привлечены А.М. Терпигорев, И.Я. Белецкий и другие ученые, организовавшие первые всесоюзные конкурсы на лучший угольный комбайн (19311932). Они положили начало научному обобщению первого опыта в горном комбайностроении. В 1930-1932 гг. в СССР было предложено около 50 конструкций угледобывающих комбайнов. В числе реализованных: Б-1, сконструированный главным механиком треста «Кадиевуголь» Первомайского рудоуправления А.И. Бахмутским; ЯР-1, предложенный коллективом механизаторов того же треста, работавшим под руководством В.Г. Яцких и Г.И. Роменского; С-24 – автор А.К. Сердюк.

50

51

Рис. 5.5. Врубовая машина с кольцевым баром

Комбайн конструктора А.И. Бахмутского имел помимо режущей цепи, взятой от врубовой машины, еще и отбойную штангу. Он отличался тем, что кроме горизонтального бара у него был еще вертикальный режущий механизм для отрезания угля [14, 17]. Конструкторы первых комбайнов применяли для отбойки угля одно и то же устройство – особый механизм в виде штанги. Это не давало нужного эффекта. Для отбойки угля приходилось останавливать комбайн. Но конструкторская мысль продолжала работать. Авторы новых комбайнов, сохраняя основные конструктивные принцип, шли по пути устранения явных недостатков первых образцов. В целях более продуктивной отбойки угля инженер А.К. Сердюк сконструировал комбайн с гидравлической отбойкой. Он изменил режущий механизм врубовой машины, сделав бар изогнутым. В вертикальной части изогнутого бара был установлен гидропатрон. Действующий под высоким давлением гидропатрон отделял подрубленный уголь от пласта. Однако гидравлическая часть комбайна Сердюка оказалась конструктивно несовершенной, и производство таких комбайнов не было организовано. Комбайны Бахмутского и Сердюка были изготовлены нашими заводами до Великой Отечественной войны и использовались в Донецком каменноугольном бассейне. Вплоть до начала Великой Отечественной войны шла напряженная работа по совершенствованию и созданию промышленных образцов других комбайнов. Основная задача конструкторов заключалась в создании исполнительного органа комбайна, обеспечивающего отбойку угля транспортабельными фракциями, и в разработке конструкции погрузочного органа комбайна для производительной навалки отбитого угля на забойный конвейер без перебивки стоек крепи, установленных перед конвейером. Перед началом и в годы войны нашли промышленное применение на шахтах Донбасса и Караганды широкозахватные комбайны Б-6-39 конструкции А.И. Бахмутского. Механик из Донбасса С.С. Макаров, эвакуированный в Караганду в 1942 г., создал комбайн, известный в угольной промышленности под его именем. Машина КМ была комбайном нового типа. За его разработку С.С. Макаров в 1948 г. был удостоен Государственной премии. Оказалось, что наряду с достоинствами комбайн Макарова имеет и недостатки. Большое количество рабочих органов комбайна увеличило размеры машины. Комбайн мог работать только на некрепких, легко разрыхляющихся углях. Большие размеры комбайна заставляют производить перебивку стоек крепления, расположенных между забоем и конвейером. Отсутствие в комбайне органа, разрушающего пачку угля меж-

ду врубами, вызывает потерю времени на разбивку вручную неотвалившихся пачек угля. Самым же большим недостатком является сильное измельчение угля резцами и вследствие этого образование большого количества угольной пыли. К концу войны в отрасли были накоплены определенный опыт создания комбайнов, появились ценные идеи, которые требовали обобщения и умелого использования. Для вязких, неслоистых угольных пластов с неустойчивой кровлей был нужен комбайн с малым числом режущих исполнительных органов и надежным отбойным механизмом при небольших габаритах. Такой комбайн был создан группой конструкторов под руководством А.Д. Гридина. Гридин назвал свой комбайн врубоотбойной машиной, или сокращенно ВОМ. При конструктивном воплощении своей идеи он положил в основу принцип режущего инструмента врубовой машины, поставив этот режущий механизм – бар в другое положение. Активизации и ускорению работы по конструированию угольных комбайнов способствовал объявленный в 1947 году Всесоюзный конкурс на лучшие угольные комбайны. Лучшие из 60 прошли промышленную проверку. В числе них широкозахватные комбайны АМВ-1, ВНАТ, УКА (автор Е.Т. Абакумов). Но вот в биографии комбинированной угольной машины начинается период, который можно назвать периодом зрелости. Этот период представлен замечательной машиной, с помощью которой на ряде шахт осуществлялась механизация выемки угля угольным комбайном «Донбасс». Его сконструировали лауреаты Государственной премии 1949 года А.Д. Сукач, В.Н. Хорин, М.Ф. Горшков (рис. 5.6). Режущий орган комбайна «Донбасс» имеет вид продолговатого кольца с непрерывно движущейся цепью, снабженной острыми и крепкими зубками. Помимо кольцевого бара комбайн имеет вращающуюся штангу с режущими дисками. Помещенная сзади кольцевого бара штанга с дисками представляет собой как бы один общий с баром режущий механизм. Особенностью этого комбайна является также то, что сзади штанги установлен специальный погрузочный механизм, состоящий из непрерывной кольцеобразной цепи с выступающими длинными скребками. Комбайн «Донбасс» отделяет уголь от массива кольцевым баром, разбивает его вращающейся штангой с режущими дисками и перемещает скребками кольцевого погрузчика на конвейер. Комбайн применялся для выемки пласта мощностью 0,8-1,5 м. За создание и внедрение комбайна «Донбасс» разработчики были удостоены Государственной премии за 1949 год.

52

53

Рис. 5.7. Комбайн для тонких пластов Рис. 5.6. Комбайн «Донбасс» Ряд последующих модификаций - «Донбасс-4», «Донбасс-2К», «Донбасс-3», «Донбасс-7» расширили область применения комбайна на пластах крепких и вязких углей мощностью до 2,7 м с неустойчивой кровлей. Был совершен переход с канатной на цепную подачу и гидравлическую подающую часть. В Донецком угольном бассейне постепенно вырабатывались пласты, удобные для разработки, и оставались тонкие пласты. Добывать уголь при разработке тонких пластов чрезвычайно трудно. Крупного успеха добилась группа конструкторов «Гипроугольмаша», руководимая Е.И. Кудряшовым, впервые создавшая комбайн (УКТ-1) для выемки весьма тонких (0,5-0,8 м) пологих пластов. Это был широкозахватный буровой комбайн с канатной подачей, работающий с почвы пласта в «лоб» уступа забоя по двухсторонней схеме (рис. 5.7). Идея конструкторов, воплощенная в новой машине, известна под определением «крупный скол открытого забоя». Процесс скола угля с поверхности пласта более экономичен, чем процесс резания. Рабочий орган комбайна не только отделяет уголь от пласта, но и производит навалку угля на конвейер. В комбайне УКТ не предусмотрено специальное навалочное устройство, это позволило сделать его компактным - по размерам он не больше врубовой машины. Конструкция комбайна УКТ позволяет ему работать в лаве снизу вверх и сверху вниз без холостых перегонов. Вынув уголь из массива при движении в одном направлении, комбайн после несложной, занимающей 20 минут операции разворота короткой рабочей части продолжает выбирать уголь из пласта, продвигаясь теперь уже в обратном направлении.

За создание комбайна УКТ-1 в 1951 г. Е.И. Кудряшов, А. Д. Гридин, А.А. Пичугин, И.Я. Бурцев получили Государственную премию СССР. На последующих модификациях этого комбайна (КЦТ) впервые была освоена подача очистного комбайна по цепи, протянутой по всей длине лавы. Модификация бурового комбайна для весьма тонких пластов (2КЦГГ) выпускается Горловским машиностроительным заводом. Для выемки тонких пластов наряду с буровым комбайном создавались широкозахватные комбайны «Горняк» для пластов мощностью 0,65-0,9 м «Кировец» - для пластов мощностью 0,55-0,9 м и другие комбайны. Широкозахватные гусеничные комбайны К-56М и К-56МГ с коническим шнеком на концах стреловидных рукоятей, разработанные институтом «Гипроугольмаш», позволили механизировать селективную выемку крепкого и вязкого угля, содержащего валуны, и внедрять механогидравлическую добычу угля в узких забоях в гидрошахтах Кузбасса. С помощью широкозахватных комбайнов была механизирована выемка угля на тонких пологих и наклонных пластах. При этом применяли переносной конвейер и индивидуальную крепь. Работы в очистном забое велись по циклической технологии. Проведенные в 50-х годах экспериментальные работы по комплексной механизации очистных забоев с использованием передвижного конвейера и механизированной крепи при выемке угля широкозахватными комбайнами не дали положительных результатов. Многолетний опыт использования на шахтах Подмосковного бассейна узкозахватного комбайна ВОМ, созданного еще в 1944-1945 гг., показал, что такая задача может быть решена при ширине вынимаемой полосы не более 0,8-1,0 м

54

55

комбайнами, не требующими отдельной дороги перед забойным конвейером при условии обязательного поддержания кровли над ним. Работы по созданию узкозахватной техники проводились в нескольких направлениях. Во второй половине 50-х и в начале 60-х годов создаются комбайны сначала с барабанным, а затем и шнековым на горизонтальной оси исполнительными органами 2К-52 и К-101 (главные конструкторы Г.Н. Самсонов и Ф.З. Масович, «Гипроуглемаш»), комбайн КШ1КГ (главный конструктор В.Д. Потапов, ПНИУИ); комбайн с барабанным исполнительным органом на вертикальной оси вращения МК-67, буровые БК-52 и БКТ, бурошнековые БШ. Все эти комбайны совмещали в своих исполнительных органах отбойку и погрузку угля.

Производственники отдали предпочтение двухшнековым комбайнам, вынимающим пласт на полную мощность с возможностью регулирования извлекаемой мощности пласта в широком диапазоне, и более простым по конструкции комбайнам со шнековыми исполнительными органами, расположенными у нижнего конца корпуса (2К-52, 1К-101, КШИКГ). Эти комбайны для пластов мощностью 0,8-2,8 м обеспечивали эффективную выемку угля и хорошо согласовывались как с механизированной, так и с индивидуальной крепями. Для ликвидации и уменьшения длины предварительно вынимаемых ниш в концах очистного забоя стало необходимо оснащать комбайны шнеками в обоих концах корпуса. Для шахт с высокой производственной мощностью потребовалось создание комбайнов с повышенной энерговооруженностью. Комбайны этого типа – ГШ-68 Горловского машиностроительного

завода и типа КШ-3 ПНИУИ (энерговооруженность соответственно 300 и 400 кВт) в модернизированном варианте успешно применялись и применяются на пластах мощностью от 1,4 до 4,5 м. Важный вклад в мировую практику создания узкозахватного комбайна для тонких (0,6-0,9 м) пластов внесли конструкторы комбайна К103 (рис. 5.8) (главный конструктор Ф.З. Масович. «Гипроуглемаш»). Корпус этого комбайна расположен между шнеками, а привод цепной подачи вынесен в штрек. Оригинальна также конструкция комбайна КА-80 («Донгипроуглемаш») для тонких пластов. Он располагается рядом с конвейером со стороны выработанного пространства и имеет два рабочих органа барабанного типа, расположенных на концах корпуса. Для повышения эффективности использования угольных комбайнов в 60-х годах начались работы по автоматизации регулирования скорости подачи комбайнов, использовались гидравлические и электрические тиристорные системы, автоматическая укладка кабелей и водоводов. Переход на бесцепные системы подачи обеспечил безопасность и более стабильный режим резания угля. Совершенствовалась система пылеподавления. Для сокращения выхода мелких фракций угля проводились исследования по оптимизации расстановки резцов на рабочем органе, были созданы радиальные резцы с большим вылетом и тангенциальные. Совершенствовались конструкции шнеков для повышения их нагрузочных способностей. В 70-х годах было принято решение разработать унифицированный ряд очистных комбайнов, основанный на модульном принципе сборки. Унифицированные комбайны РКУ-10, РКУ-13, РКУ-20, РКУ-25 (главный конструктор В.Г. Старовойтов) для пластов мощностью от 1 до 4,5 м созданы совместно «Гипроуглемашем», ПНИУИ и Горловским машиностроительным заводом (рис. 5.9). Комбайн типа РКУ состоит из энергоблока 12, включающего в себя электродвигатели и аппаратуру управления; гидровставки 11;двух гидравлических механизмов подачи бесцепной системы; двух основных редукторов 10 и 13, передающих крутящий момент от электродвигателя на гидровставку 11 и поворотные редукторы 9 и 14 исполнительных органов (шнеков) 8 и 15, регулируемых по мощности пласта двумя гидроцилиндрами; погрузочных устройств, каждое их которых включает в себя поворотный щит 7, тягу 19, цепь 18 и гидроцилиндр 17 поворота щита; двух кронштейнов 2 и 6 бесцепной системы подачи с лыжами 3 и 5, предназначенными для передачи тягового усилия от приводного колеса подачи на рейку ЗБСП, закрепленную на конвейере; стяжки 4 для стягивания стыков корпуса комбайна; кронштейна кабелеукладчика 16; системы пылеподавления электрооборудования 1.

56

57

Рис. 5.8. Угольный комбайн К-103

Комбайн перемещается по ставу забойного конвейера, расположенного на почве пласта параллельно забою. Перемещение комбайна осуществляется обкатыванием двух цевочных колес по неподвижному реечному ставу, закрепленному на конвейере. Цевочные колеса приводятся в движение двумя механизмами подачи. Каждое цевочное колесо устанавливается в литом корпусе кронштейна 2 или 6 лыжи 3 и 5 с обратными захватами, предотвращающими сход комбайна с направляющих конвейера. Унифицированный ряд комбайнов (РКУ-10, РКУ-13, РКУ-16, РКУ20, РКУ-25) наряду с чисто электрическим комбайном 1КШЭ представляет комбайны нового технического уровня. Такие комбайны являются наиболее совершенными из всех выпускаемых на машиностроительных заводах стран СНГ [16, 17, 18].

Рис. 5.9. Комбайн РКУ-10

5.1.3. Струговые установки

58

Горняки давно обратили внимание на то, что кровля угольного пласта нередко как бы отжимает уголь, особенно там, где между фронтом работ и стойками крепления остается большое пространство. Кроме того, угольные пласты, как правило, имеют четко выраженные контакты с породой, и уголь мелко отделяется по этим контактам от массива. Зачем же такой пласт подпиливать, взрывать, разваливать на куски? Не проще ли снять с него «стружки» таким образом, как обстругивают рубанком деревянную доску? Эта шахтерская мечта и подала конструкторам идею новой угольной машины. Одновременно с созданием широкозахватных угольных комбайнов для пологих пластов, рабочие органы которых разрушали пласт в основном резанием, в 1945 г. в Луганском конструкторском бюро под руководством А.Л. Турича и И.М. Балинова началась разработка челноковой струговой установки статического действия со сплошными ножами. Предусмотренное проектом строгание угля с толщиной среза 200 мм должно обеспечить выход крупных кусков при малой энергоемкости разрушения и малом пылевыделении. Струговая установка не требует постоянного присутствия людей в очистном пространстве, а привод располагается в штреках. Угольный струг работает довольно просто. Лебедка, находящаяся в штреке, тянет канат, к которому прикреплен этот металлический рубанок – струг, отлитый из стали. Двигаясь по всей длине лавы, струг снимает стружку с угольного пласта. Но надо, чтобы он был прижат к пласту и во время движения входил своим ножом в угольный массив. Для этого на пластах крутого падения к стругу подвешивается специальный груз. В другом случае натянутый канат прижимает ножевой инструмент к угольному пласту. 59

Угольный струг на пластах пологого падения работает несколько иначе. В верхних и нижних штреках размещены лебедки, между которыми натянут канат, перемещающий струг по лаве. Для того чтобы струг хорошо снимал уголь, несколько десятков пневматических домкратов, расположенных сзади скребкового конвейера, прижимают к забою конвейер, который направляет движение струга. Струг движется вдоль очистного пространства со скоростью 7 м в минуту и проходит 100 м за 15 мин. Поток угля из лавы не прекратится, пока струг не пройдет по всей ее длине и не снимет с пласта стружку толщиной в 20 см. Обратно струг идет на холостом ходу. Заняв первоначальное положение, струг останавливается. В это время начинают работать пневматические домкраты. Они передвигают конвейер и струг к угольному пласту. И снова цикл повторяется. Управление работой струга осуществляется от лебедки верхнего штрека, около струга нет шахтеров. Машина ведет зарубку, отбойку и навалку угля. Модернизированные струговые установки УС-4 со ступенчатыми ножами нашли свое применение на ряде шахт, добывающих антрацит. Условия применения этих стругов - крепкие угли без породных прослоек и устойчивая кровля пласта. Дальнейшее совершенствование стругов привело к созданию в начале 60-х годов струговых установок УСБ-2 (УСБ-2М) и УСТ-2 (УСТ-2А), нашедших применение на пологих пластах мощностью 0,9-2 м, как с индивидуальной, так и с механизированной крепью. Создана скрепероструговая установка УС-2У для выемки весьма тонких, полого наклонных и крутых пластов. Институтом «ШахтНИУИ» в 70-х годах сконструированы струговые установки СО-75 и СН-75 с повышенной сопротивляемостью угля резанию для выемки пластов мощностью 0,65-1,2 м с углами падения до 200 и установка типа УСВ для пластов мощностью 0,8-1,9 м с углом падения до 350. Эти установки применяются и сейчас.

Механизация зарубки и отбойки угля, в свою очередь, потребовала механизации доставки горной массы, так как доставка угля всегда была одной из наиболее трудоемких операций. Еще в первой половине 30-х годов на большинстве шахт эта работа производилась вручную, путем так называемого перелопачивания, т. е. постепенного перебрасывания угля лопатами вдоль забоя.

Конструкторская мысль упорно работала над тем, чтобы механизировать процесс угледоставки. В 1900-1914 гг. на ряде шахт в опытном порядке применялись различные виды механизированной доставки: механические санки и саночный конвейер, приводимые в движение лебедкой, скреперные установки. На начало 1924 г. в очистных забоях Донбасса имелись 8 качающихся конвейеров с пневматическим приводом, 16 лебедок для подачи вагонеток прямо из очистного забоя на пластах средней мощности, несколько скреперных лебедок, несколько скатов с настилом из металлических листов для спуска антрацита. В 1925 г. горный инженер Р.И. Калманович спроектировал и построил отечественный качающийся конвейер на шариковых опорах. Толчок к широкому развитию доставки качающимися конвейерами дало освоение на заводе «Свет шахтера» в 1929-1934 гг. первых серийных электрических приводов ДК-5 и ДК-15, а затем в 1938 г. – ПК-19 мощностью 19кВт, имеющих наиболее совершенные кинематику колебаний и став рештаков, превосходящих зарубежные. Этим был завершен первый этап развития конвейерного транспорта в очистных забоях на стадии буровзрывного способа добычи угля. В 1935-1936 гг. в Кузнецком и Донецком бассейнах делаются первые шаги к созданию переносных скребковых конвейеров. Впервые промышленное производство такого конвейера СИ2-5 с электродвигателем мощностью 4,5 кВт начал в 1939 г. харьковский завод «Свет шахтера». Признание на шахтах и широкое применение в очистных забоях с буровзрывной выемкой и ручной погрузкой угля получили конвейеры СТ-11 с вертикально замкнутой свободно лежащей в рештаке скребковой цепью (серийный выпуск начат на Анжерском заводе в 1945 г.). Он состоит из соединенных друг с другом рештаков, образующих дно конвейера. По дну движется цепь с укрепленными на ней металлическими угольниками-скребками. Они захватывают и передвигают поступающий на конвейер уголь. Скребковые конвейеры высокопроизводительны и надежны в эксплуатации, достигают длины более 100 м. Для транспортирования угля из очистного забоя можно устанавливать последовательно несколько конвейеров. В 1947 г. на Анжерском заводе начат выпуск разработанных «Гипроуглемашем» реверсивных скребковых конвейеров СКР-11 с мощностью двигателя 11кВт. Разработка и создание Анжерским машиностроительным заводом унифицированной конструкции верхнего и нижнего быстроразъемных рештаков вызвали снижение трудоемкости переноски става и стоимости конвейеров. Конвейер СКР-11 стал прототипом более мощ-

60

61

5.1.4. Механизация доставки угля из очистных забоев

ных одноцепных конвейеров, в том числе С-53МУ с круглозвенной цепью, выпускаемых Анжерским заводом с 80-х годов. Создание и внедрение разборного переносного конвейера СТР-30 с двумя цепями, расположенными под полками боковин, с прочным ставом унифицированных рештаков и приводом мощностью 32 кВт стали существенным техническим достижением своего времени. Появилась возможность не сдерживать доставкой угля высокопроизводительную работу в длинных очистных забоях со сложной гипсометрией пласта, применять технологию добычи взрывонавалкой, установить корпус врубонавалочной машины на став конвейера. За коренное усовершенствование способа транспортировки угля в длинных очистных забоях в 1947 г. Н.Д. Самойлюку, Ф.Д. Савлукову, А.О. Спиваковскому и С.Х. Клорикьяну была присуждена Государственная премия СССР. В 60-е и последующие годы Анжерский машиностроительный завод и харьковский машиностроительный завод «Свет шахтера» совместно с «Гипроуглемашем» постоянно совершенствовали двухцепные переносные забойные конвейеры, повышая их мощность, длину в поставке, осуществляли переход на более прочные круглозвенные цепи, износостойкие ставы. На рис. 5.10. представлены рабочие органы одноцепного и двухцепного скребкового конвейера. Трудные для реализации требования к скребковому конвейеру на весьма тонких (ниже 0,8 м) пластах – малая высота погрузки, удобный доступ к рабочей и холостой ветвям, удобные размеры и малая масса, возможность транспортировки в очистной забой крепежного леса одновременно с доставкой угля были удовлетворены разработанным в 1946 г. одноцепным горизонтально-замкнутым переносным конвейером СКТ-6. Применение конвейера СКТ2-6М с комбайнами типа УКТ обеспечило успех в механизации разработки пластов мощностью 0,55-0,8 м, за что разработчикам и создателям семейства конвейеров СКТ Н.Д. Самойлюку, Г.К. Шкелю, С.Х. Клорикьяну, А.В. Докукину, В.М. Иванову и К.И. Макарову в 1952 г. присуждена Государственная премия СССР. В последующие годы горизонтально-замкнутый конвейер постоянно совершенствовался с учетом необходимости его применения на пластах со сложной гипсометрией. Одним из образцов таких конвейеров в настоящее время является СК-38. Созданием и внедрением переносных скребковых конвейеров успешно завершился второй этап конвейеризации очистных забоев на стадии добычи угля широкозахватными комбайнами.

62

Впервые идея создания передвижного конвейера для лав была реализована в чертежах конструкторами «Углемашпроекта» в 19391940 гг.

Рис. 5.10. Рабочие органы одноцепного и двухцепного скребковых конвейеров Первый отечественный передвижной забойный скребковый конвейер СТП-30 с двумя круглозвенными цепями, явившийся прототипом современных передвижных конвейеров разработан в «Гипроуглемаше» в 1945 г. Успешно прошедшие испытания подтвердили его работоспособность, эксплуатационно-технические преимущества и перспективность. Созданием и внедрением передвижных конвейеров был успешно завершен третий этап в развитии конвейеризации транспорта в очистных забоях, позволивший перейти на узкозахватную технологию работ. В 60-е годы первое семейство передвижных конвейеров заменяют базовые конвейеры СП-63, СП-48, СП-46, СП-64. В 70-е годы они снабжаются навесным оборудованием и с соответствующими изменениями входят в состав очистных комплексов. В результате нового этапа модернизации появляются базовые конвейеры СПЦ-161, СП-202, СП-82П, СП-301. Постоянно растущие энерговооруженность, производительность, прочность, жесткость, износостойкость рештаков и цепей, прочность их соединений, ремонтопригодность, унификация узлов являются характерными на этапах модернизации забойных передвижных конвейеров. 63

За разработку конструкций и новой технологии производства унифицированных высокопроизводительных базовых скребковых конвейеров СП-87П и СП-202 повышенной надежности и долговечности в 1983 г. присуждена премия Совета Министров СССР: В.Н. Хорину, В.Д. Перскому, А.Я. Абузарову, И.С. Солопию, И.В. Кузнецовой, В.И. Галкину, С.А. Логачеву и многим другим. В настоящее время усилия создателей забойных конвейеров направлены на дальнейшее их энерговооружение, надежность работы. В результате работы, проводимой с 20-х годов, забойные конвейеры из средств транспорта в коротких забоях с ручной погрузкой угля превратились в мощные высокопроизводительные машины, служащие базой оборудования комплексно-механизированного очистного забоя [14, 16, 17, 18]. 5.1.5. Механизация крепления и управления кровлей Однако не следует думать, что в забое, где механизированы зарубка, отбойка и навалка угля, уже не нужны рабочие. Даже в механизированном забое еще нужны рабочие, чтобы ставить крепь. Крепление и управление кровлей не должны выполняться людьми вручную. Это трудоемкий процесс, требующий значительных усилий большого числа рабочих. До 1935 г. в СССР очистные забои крепили деревом, расход дорогостоящего крепежного леса достигал 50 м3 и более на 1000 т добычи. К решению вопроса о замене леса металлической крепью многоразового использования приступил в 1937 г. «Гормашпроект». Если бы удалось найти способ механизации крепления и управления кровлей, было бы замкнуто последнее звено в цепи полной механизации всех процессов выемки угля. Что такое крепление и управление кровлей? После того, как уголь вынут из пласта и выдан из очистного забоя, между почвой и кровлей пласта остается выработанное пустое пространство. Обнаженная кровля теперь уже не поддерживается массивом угля. Под тяжестью вышележащих пород кровля дает трещины, затем опускается и, в конце концов, обрушивается. Между тем для нормальной работы по выемке угля необходимо сохранять свободное пространство шириной 4-5 м. Для защиты рабочего пространства от обрушивания между почвой и кровлей устанавливают деревянные стойки, называемые крепью. По мере выемки угля забой продвигается вперед, и выработанное пространство увеличивается, кровля обнажается на все большей площади. Равновесие горных пород нарушается, происходит сдвиг, и кровля 64

сильнее давит на стойки, которые в определенный момент не выдерживают и ломаются. Чтобы предотвратить это, необходимо уметь управлять давлением горных пород или кровлей. Управление кровлей достигается двумя способами – либо искусственным обрушением ее, либо закладкой выработанного пространства. Оба способа управления кровлей представляют собой весьма трудоемкие процессы, требующие большого количества времени и крепежных материалов. Задача была разрешена с помощью специальных металлических стоек. Применение жестких и полуподатливых металлических стоек не принесло положительных результатов. Типоразмерный ряд податливых стоек нарастающего сопротивления (СКГ-1, СКГ-2, СДТ и М.ДРКУ) производились Дружковским и Карагандинским заводами. Значительный вклад в совершенствование забойных стоек внесли конструкторы, создав стойки трения постоянного сопротивления (М-20, ТС, Т и др.), которые улучшили поддержание кровли, оказались более надежными. К стойкам постоянного сопротивления относятся гидравлические стойки внутреннего (ГВУ) и внешнего (ГВТ) питания. Стойки Т, ГВС, ГВТ применяются и в настоящее время. Крупным достижением, позволяющим осуществлять переход от тяжелой и трудоемкой закладки на управление кровлей полным обрушением, стало создание в «Гипроуглемаше» металлических податливых посадочных стоек ОКУ (разработчики М.И. Корживов и Г.М. Колбасин), которые используются с 50-х годов и до нашего времени. Комплексное применение широкозахватных комбайнов, переносных скребковых конвейеров и индивидуальной забойной и посадочной металлической крепей обеспечило увеличение среднесуточной нагрузки на забой в 1,8 раза. Такие комплекты явились прообразом современных очистных комплексов [13, 16, 17]. Переход от широкозахватных к узкозахватным комплексам, состоящим из узкозахватного комбайна, передвижного конвейера и индивидуальной забойной и посадочной крепей, позволил применить поточно-циклическую технологию организации труда, повысить нагрузку на лаву на 30-40%. Это был следующий шаг на пути механизации очистных работ. 5.1.6. Механизированные крепи и комплексы очистного оборудования

65

Комплектная металлическая крепь так же, как и обыкновенная крепь их металлических или деревянных стоек, передвигается или переносится вручную. Идея создания передвижной крепи впервые в нашей стране воплотилась еще в 30-х годах в металлическом оградительном щите Н.А. Чинакала, предназначенном для крутых пластов.

66

После первых испытаний в 1938 г. на шахте в Кузбассе щитовая система Чинакала была принята на вооружение. Щит Н.А. Чинакала устроен несложно. Это металлическая разборная конструкция из шести прямоугольных секций, соединенных между собой. Для равномерного распределения нагрузки на металлическую часть конструкции все секции щита перекрываются бревенчатым настилом. Щит Чинакала применяется следующим образом: в верхнем вентиляционном штреке делают специальную камеру, куда и доставляют щит в разборном виде. Здесь его собирают и кладут на почву камеры так, чтобы все секции щита покрывали собой пласт угля. Затем с нижнего откаточного штрека в пласте проходят выработки, которые разделяют выемочный участок на отдельные столбы шириной в 5 м, соответствующей ширине отдельной секции щита. Проведенные по пласту выработки, разрезающие выемочный участок на столбы, служат также для спуска угля. Отбиваемый уголь спускается по этим выработкам самотеком. Отбойка угля под щитом ведется с помощью буровзрывных работ или отбойными молотками. Специальный металлический фартук, находящийся в верхней части щита, предохраняет угольный забой от падения породы. По мере выемки угля щит под давлением обрушенных на него пород постепенно опускается вслед за забоем. Таким образом, щит Чинакала представляет собой своего рода самодвижущуюся искусственную кровлю. Система щитового крепления конструкции Н.А. Чинакала успешно применялась во время Великой Отечественной войны. Свыше 25% всех мощных пластов Кузнецкого бассейна отработано с помощью этого щита. Щитовая крепь конструкции И.А. Журавлева, ограждающая рабочее пространство лавы, предназначена для разработки пологих пластов. Она составляется из отдельных металлических секций, количество которых зависит от длины лавы и представляет собой своеобразную защитную галерею. Каждая секция - это металлическая полудуга, обращенная открытой стороной к угольному пласту. Верхняя часть полудуги поддерживается раздвижной металлической колонной, а нижняя при помощи шарнира подвижно соединена с металлическими салазками. Породы кровли угольного пласта в выработанном пространстве обрушиваются на полудугу и скатываются с нее. Таким образом, верхняя металлическая полудуга выполняет роль щита, ограждая работающих в забое. Такой щит может передвигаться вслед за забоем при помощи гидравлических домкратов, расположенных внутри металлических салазок, лежащих в основании каждой секции. Однако эта крепь лишь ограждает, а не управляет кровлей.

Идея создания комплекса очистного оборудования в составе узкозахватного комбайна, передвижного конвейера, передвижной секционной механизированной крепи, передвижной крепи сопряжения лавы со штреками и перегружателя впервые была выдвинута и реализована в проекте «Комплексная механизация лав в Подмосковном бассейне» (главный конструктор А.Д. Гридин). В 1947- 1948 гг. по предложению киселевского завода угольного машиностроения «Гормаш» под руководством И.С. Патрушева разрабатывается и испытывается в тресте «Осинникиуголь» струговой очистной агрегат «Кузбасс» с поддерживающей секционной гидрофицированной крепью. В 1949-1950 гг. был проведен конкурс на лучшую конструкцию механизированной очистной крепи. На конкурс поступило более 100 проектов, часть из которых была реализована. Работы ученых помогли конструкторам правильно рассчитать особенности взаимодействия горных пород и крепи. Исследованиями выявлено, что механизированная крепь должна быть податливой, работать как тормоз для опускающейся кровли и отступать, когда давление пород окажется чрезмерным. Поиски решения шли двумя путями: применялись гидравлические и механические устройства. В первом случае крепь оснащалась специальными цилиндрами, в которые наливалась жидкость, и ставился предохранительный клапан. Когда давление под поршнем превышало допустимую нагрузку на крепь, клапан в цилиндре приоткрывался и выпускал часть жидкости, благодаря этому поршень опускался. В механическом устройстве осадка крепи происходит, если давление пород превысит силы трения в элементах стоек. Механизированная передвижная крепь состоит уже не из рамы и прикрепленных к ней металлических стоек, а из секций и поэтому называется секционной крепью. При секционной крепи кровля забоя поддерживается отдельными секциями. Каждая секция имеет ширину не более двух метров. По мере продвижения забоя передвигаются и секции крепи, которые поддерживают кровлю во вновь образованном свободном пространстве, где работает комбайн. Состоящая из секций крепь одновременно с забойным конвейером передвигается при помощи специальных приспособлений – гидравлических домкратов. Кровля все время остается подкрепленной благодаря последовательному передвижению крепи. Одновременно с крепью или с некоторым

66

67

отставанием передвигается конвейер. Самостоятельно работает в этом случае только комбайн. Предположения в области создания таких крепей для работы в лавах, оборудованных широкозахватным комбайном «Донбасс» (крепи КПК-3, МПК, М-77, М-35, М-39), не дали положительных результатов из-за того, что при большом шаге передвижки секции потребовалось: наличие в лаве специальной машины - передвижчика крепи; крепление и перекрепление кровли в зоне работы комбайна индивидуальной крепью. Однако накапливался опыт для дальнейших действий. Экспериментальные работы по созданию щитовой крепи типа Щ, шпунтовой крепи КЩЗ, агрегатов А-2С, А-2К обогатили это опыт. Окончательно утвердились преимущества узкозахватной очистной техники с гидрофицированными передвижными крепями. Были сформированы основные исходные эксплуатационно-технические требования к механизированным крепям, положенные в основу дальнейших работ, развернувшихся во второй половине 50-х годов. Комбайн был сконструирован специально. Он имел два вертикальных плоских бара. Они должны были резать уголь узкими пачками, обеспечивая его саморазрыхление. Комбайн должен был производить неглубокий вруб. Дело в том, что механизированной крепи при глубоком врубе приходится «шагать» в выработанном призабойном пространстве сразу на 1,5-2 м. Это значительно труднее, чем «шагнуть» на 0,8-1 м, как при глубоком врубе. При малой ширине «шага» могут быть значительно уменьшены вес и размер крепи. С первой половины 60-х годов последовательно начинается серийное производство очистных комплексов ОМК-ОМКТ-ОКП, КК-87, МКМ-97, «Донбасс», 2-МК7, КМ-81 и др. для выемки пластов мощностью 0,7-3,2 м. Их применение позволило повысить нагрузку на очистной забой почти в два раза. По сравнению с лавами с индивидуальной крепью в них отсутствует тяжелая работа на основных процессах. По конструктивному использованию секции крепи подразделяются на одно-, двухстоечные (рамные) и четырехстоечные (кустовые). В последнее время получили распространение крепи со щитовыми секциями. К ним относятся секции, имеющие повышенную защиту рабочего пространства очистного забоя от проникновения пород кровли. По характеру взаимодействия с боковыми породами крепи разделяются на оградительные, поддерживающие, оградительноподдерживающие и поддерживающе-оградительные (рис. 5.11). У поддерживающих крепей длина проекции на горизонтальную плоскость оградительного элемента равна нулю. Этот элемент выполнен в виде вертикально расположенного щитка (крепи М-103, КД-80, М-87, МТ). 68

У оградительно-поддерживающих крепей длина проекции оградительного элемента больше длины поддерживающего (крепи типа ОКП). У поддерживающе-оградительных длина проекции поддерживающего элемента больше длины проекции оградительного элемента (крепи М130, МК-75Б, М-137, М-138). Щитовые крепи могут быть оградительноподдерживающими или поддерживающе-оградительными.

Рис. 5.11. Схема механизированных крепей: а – поддерживающей, б – поддерживающе-оградительной, в – оградительно-поддерживающей, г – оградительной По конструктивной схеме различают крепи комплектные и агрегативные. Комплектная крепь – это совокупность двух или трех секций крепи, соединенных между собой кинематическими связями и гидродомкратами передвижения. Комплекты не связаны друг с другом и с конвейером (крепи МК-98). Отличительная особенность комплектных крепей – возможность изменения шага передвижения крепи, большая маневренность. В агрегативной крепи секции имееют кинематические связи между собой и по всей длине очистного забоя за счет соединения всех секций домкратами. 69

Системы управления секциями механизированных крепей разделяются на четыре вида: прямая, с передвигаемой секции; прямая, с соседней секции; пилотная гидравлическая, с соседней секции; пилотная электрогидравлическая. В первой системе управления распределитель непосредственно размещается на передвигаемой секции (крепи типа ОКП, М-87). Во второй системе передвигаемая секция управляется распределителем, размещенным на соседней секции, за счет чего обеспечивается безопасность оператора (крепь МК-98). Основной недостаток этих систем – ограничение давления и расход рабочей жидкости в гидроприводе крепи. В системе пилотного гидравлического управления крепи на одной секции устанавливается командный блок с пилотными клапанами, имеющими малые проходные сечения, а на другой секции – исполнительный силовой гидроблок, состоящий из нескольких гидравлических распределителей клапанного типа с большими проходными сечениями (крепь 1М-103М). На рис. 5.12 приведена компоновочная схема комплекса с комбайном 2ГШ-68Б, предназначенного для выемки пластов полезного ископаемого средней мощности.

В состав комплекса входит механизированная крепь поддерживающе-оградительного типа (щитовая) МК-75Б, очистной комбайн 2ГШ-68Б, скребковый конвейер СУМК-75 с кабелеукладчиком, механизированные крепи сопряжений очистного забоя с конвейерным и вентиляционными штреками, гидро- и электрооборудование. Механизированная крепь состоит из отдельных двух стоечных секций, соединенных в одно целое через конвейер. Секции крепи делятся на линейные, якорные и концевые. Линейные секции состоят из козырька 1, гидродомкратов козырька 2, основания 11, клапанных гидроблоков 3, гидростоек 7, отводов 4, верхняка 6, гидродомкратов передвижения 12, ограждения 8, ограничителя податливости 10, траверс 9, светильников 5 и гидроблоков управления 13. Крепь сопряжения состоит из двух штрековых секций, става и гидрооборудования. На их основаниях в средней части расположен став концевой части штрекового перегружателя. Выдвижка штрековых секций осуществляется поочередным подтягиванием их к ставу. Верхние элементы секций при этом направляются связующим домкратом управления, нижние – ставом. Став шарнирно связан с проводом конвейера, чем обеспечивается погрузка на штрековый перегружатель. Крепь сопряжения вентиляционного штрека состоит из трех секций крепи, которые аналогичны линейным. Конвейер 16 состоит из головного привода, расположенного на конвейерном штреке, концевого провода, расположенного, в свою очередь, на конвейерном штреке, и находящегося между ними става. Став конвейера состоит из линейных переходных секций, шарнирно соединенных между собой замками. 5.1.7. Механизация очистных работ на крутых пластах

Рис. 5.12. Компоновочная схема комплекса МК-75Б с комбайном 2ГШ-68Б

70

Специфические условия залегания крутых пластов долгое время не давали возможности решить проблему механизации выемки угля. Широкозахватный комбайн ККП–1, разработанный в 1949 г., впервые был применен для выемки крутых пластов сверху вниз в «лоб» косого уступа забоя. В благоприятных условиях комбайн обеспечивает рост добычи угля по сравнению с выемкой отбойными молотками на 30-60% и рост производительности труда на 70%.

71

За создание и освоение этого комбайна работникам «Гипроуглемаша» А.В. Топчиеву, А.А. Пичугину, В.М. Балыкову, А.М. Ксенофонтову в 1957 г. была присуждена Государственная премия СССР. Опыт применения комбайна ККП-1 на пластах мощностью 0,8-1,3 м и комбайна К-19, работающего по аналогичной технологии на пластах мощностью 0,55-0,85 м, показал, что на крутых пластах, так же, как и на пологих, следует ориентироваться на узкозахватный способ выемки, с учетом результатов работы опытных партий узкозахватных комбайнов К-32 и К-55. «Донгипроуглемаш» в 1957 г. разработал комбайн УКР, который позднее был заменен более совершенным комбайном типа «Темп», а затем комбайном «Комсомолец». Для пластов мощностью 0,45-1,4 м эти комбайны экспортировались в зарубежные страны. За создание и внедрение этих комбайнов группе ученых (С.М. Арутюняну, В.И. Распопову, А.И. Башкову, К.И. Дьяченко и др.) присуждена Ленинская премия [15, 16, 17]. Для выемки весьма тонких (0,3 - 0,7 м) угольных пластов создан комбайн «Поиск-2» (рис. 5.13) - главные конструкторы И.Ф. Иванов и Б.А. Коденко. Этот комбайн выпускается с середины 70-х годов Горловским машиностроительным заводом. Частые внезапные выбросы угля на крутых пластах заставили конструкторов и научных работников направить свои усилия на создание выемочно-крепежных аппаратов с дистанционным управлением, позволяющих выводить людей из лавы во время добычи угля, обеспечивая тем самым их безопасность. Это направление реализовано созданием стругоконвейерных агрегатов типа АЩ (главный конструктор Г.Г. Васильев), АНЩ (главный конструктор К.И. Дьяченко) для отработки крутых пластов мощностью 0,7-2,2 м; фронтального стругового агрегата АК-3 (рис. 5.14) и комбайнового АК-3К (главный конструктор А.А. Долинский), отрабатывающих крутые пласты мощностью 1,6-2,5 м столбами по простиранию. Агрегаты не имеют аналогов за рубежом. В последние годы разработан и изготовлен очистной комплекс КГУ-Д «ДонУГИ» с дистанционным автоматизированным управлением для отработки крутых пластов по простиранию (главные конструкторы И.Ф. Иванов, А.Н. Ярошевич) [14, 15, 16, 17, 18].

Рис. 5.13. Угольный комбайн «Поиск-2»

Рис. 5.14. Агрегат АК-3

72

73

В начале ХХ в. подземные подготовительные выработки проводили вручную кайлами, позднее отбойными молотками. Разрушение пород взрыванием при ручном бурении, а затем ручными бурильными молотками стало применяться несколько позже. Отбитый уголь и породу грузили в вагонетки вручную. Скорости проведения выработок не превышали 15-30 м/мес. при низкой производительности 0,3-0,5 м3/выход. Возросшая потребность в угле удовлетворялась повышением интенсивности работ в очистных забоях. Для своевременной подготовки очистных забоев необходимо было увеличить скорость проведения подготовительных выработок, а это возможно только при механизации основных операций. Решение этой задачи с самого начала велось в двух направлениях: создание машин для механизации наиболее трудоемких операций – бурение шпуров и погрузка отбитой горной массы; создание проходческих комбайнов – комбинированных горных машин, выполняющих совместно операции по разрушению массива и погрузку горной массы. Еще в конце 20-х и в 30-х годах проводились поиски средств для механизации погрузки в вагонетки отбитой горной массы. Создавались скреперные погрузчики различных конструкций – это «утиный нос» на конце качающегося конвейера, и перегружатели различного назначения, и погрузочные ковшовые машины на рельсовом ходу (УПЛ-1, ПМЛ-2, ПНБ-2), и машины на гусеничном ходу с боковым нагребанием лапами С-153, и др. Многие из них прошли промышленную проверку и применялись на шахтах, повысив скорость проведения выработок и облегчив труд шахтеров. Однако большинство из них явились представителями переходного этапа в деле создания более совершенных погрузочных машин. В числе них ковшовая на рельсовом ходу погрузочная машина УМП-1 с электроприводом, разработанная в 30-х годах, модернизированная и вошедшая в серию в 1946-1956 гг. В дальнейшем эта машина постоянно модернизировалась и выпускалась Александровским машиностроительным заводом. В последние годы здесь выпускаются породопогрузочные ковшовые машины 1ППН-5, 1ППН-5П для погрузки крупнокусковых крепких пород. Очень широкое применение в 1956-1975 гг. нашла электрическая породопогрузочная машина ЭПМ-1 с усовершенствованным механизмом перекидывания ковша, пригодная при проведении выработок небольшой высоты. Ее создали и освоили «Гипроуглемаш» и Дружковский машиностроительный завод.

В последнее время наметилась тенденция создания погрузочных машин с боковой разгрузкой ковша. Начался серийный выпуск мобильных погрузочных машин с боковой разгрузкой ковша типа МПК-3. Дальнейший успех в повышении технического уровня в этой области связан с разработкой и освоением погрузочных машин непрерывного действия на гусеничном ходу 1ПНБ-2 и 2ПНБ-2, ПНБ-3Д с боковым нагребающим органом. Образовалось семейство погрузочных машин более производительных и маневренных, чем ковшовые, к тому же они просты в управлении. С помощью этих машин на угольных и рудных шахтах производится погрузка угля и пород с коэффициентом крепости до 12-16, размерами кусков до 600 мм в выработках любой площади сечения и наклоном ± 8-100. Погрузочные машины 1ПНБ-У и 1ППН-5У, снабженные удерживающими устройствами, смогут применяться для проведения подготовительных выработок с углом наклона до 18-200. Освоением машин семейства ПНБ в основном завершился второй современный этап механизации погрузочных работ при проходке выработок. Оборудование этих машин аппаратурой для дистанционного управления с помощью выносного пульта улучшает обзор забоя, и создают более безопасные условия труда проходчикам. Эффективно используются на рудниках в подземных условиях погрузочно-доставочные машины на пневмоходу с дизельными и электрическими приводами, самоходные вагонетки, самосвалы и малогабаритные экскаваторы. Наибольшее распространение на рудниках получили машины типа ПД и ПТ, вагоны типа ВС на пневмоколесном ходу с пневматическими тормозными системами. В СНГ самосвалы для подземных работ изготавливаются на Могилевском автомобильном заводе с двигателями Ярославского моторного завода. Находят применение на рудниках автосамосвалы Минского и Кременчугского автозаводов, однако широкое внедрение автосамосвалов ограничивается отсутствием малогабаритных автомашин для подземных работ (5-15 т). Для эффективного выполнения цикла проходческих работ буровзрывным способом научные организации и предприятия отрасли проводят большую работа по совершенствованию буровой техники. Совершенствуются буровой инструмент, комплект оборудования для производства, восстановления и заправки бурового инструмента, повышается мощность и технический уровень электросверл, электробуров и перфораторов.

74

75

5.1.8. Механизация проведения подготовительных выработок

Еще в начале века разработчиками был предложен отбойный молоток, работающий на сжатом воздухе. В настоящее время применяемые буровые механизмы разделяются на вращательные и ударноповоротные. Имеют они разную массу: легкие (до 10 кг), средние (20-60 кг) и тяжелые (свыше 60 кг). По способу установки они могут быть ручными, колонковыми, механическими, устанавливаемыми на манипуляторах буровых кареток. По роду потребляемой энергии бурильные машины делятся на электрические, пневматические, гидравлические и комбинированные. По типу податчика они бывают ручные, цепные, канатные, винтовые, гидравлические, пневматические и комбинированные. Различается и система очистки шпура от продуктов бурения – промывкой водой или воздушноводяной смесью, продувкой и отсосом пыли, очисткой шпура витой штангой. Для бурения применяется буровой инструмент в виде целого бура или буровой коронки, которая армирована твердым сплавом. Для бурения шпуров в породах средней крепости и крепких углей нашли широкое применение ручные пневматические перфораторы типа ПП. Перфораторы применяются при бурении шпуров диаметром 32-46 мм. По принципу действия они ударно-поворотные с автоматическим поворотом бурильного инструмента. Перфораторы оборудованы виброгасящими устройствами, снижающими вибрацию до действующих санитарных норм. Перфоратор состоит из корпуса и смонтированного в нем ударноповоротного механизма воздухораспределительного устройства клапанного типа и устройства для очистки шпуров от буровой мелочи. Корпус перфоратора включает в себя головку, цилиндр, буровой патрон с буродержателем. Ударно-поворотный механизм предназначен для нанесения ударов по буровой штанге, ее поворота и состоит из поршня ударника, движущегося по направляющей втулке, геликоидного винта с храповым механизмом и поворотных букс. В отверстие буксы вставляется шестигранный хвостовик бура. Воздухораспределительное устройство предназначено для попеременной подачи сжатого воздуха в переднюю и заднюю полости цилиндра перфоратора и состоит из распределителя (клапана), корпуса распределительной коробки и ее крышки. Механизм управления представляет собой пусковой кран с рукояткой. В нижней части корпуса предусмотрен прилив для крепления его на пневмоподдерживаюшей колонке; головка имеет ручки для поддерживания перфоратора при бурении. На базе перфораторов ПП созданы и широко применяются в бурильных установках перфораторы типа ПК-60 и ПК-75, в которых бур вращается гипоциклидным, высокомоментным гидромотором.

К числу бурильных установок на колесно-рельсовом ходу следует отнести установки типа БУ, которые оснащаются пневматическими бурильными машинами вращательно-ударного действия БГА-1М или 1100-1-1М, пневмоцилиндрами для подачи бурильной машины, гидроцилиндрами для подъема и вращения стрелы манипулятора и др. В связи с высокой стоимостью получения пневматической энергии (сжатого воздуха) начался переход на гидравлическую энергию. Институтом «ЦНИИподземмаш» создана бурильная установка с гидравлическим приводом типа УБГ-1М, сейчас она постепенно внедряется в производство. Для поддержания и перемещения электробуров и перфораторов создаются манипуляторы, буровые установки на рельсовом и гусеничном ходу (одно- и многоманипуляторные), а также роботизированные, с программным управлением манипуляторы, которые устанавливаются на погрузочных машинах. Работы по созданию проходческих комбайнов, совмещающих одновременно отбойку и погрузку породы, начались уже во второй половине 30-х годов, практически одновременно с развитием работ по созданию погрузочных машин. Первый в нашей стране проходческий комбайн ПК1, спроектированный в «Углемашпроекте», был испытан в шахте в конце 30-х годов. Модернизированный комбайн ПК-2М (главный конструктор С.И. Чугунихин) с 1950 г. поставлялся шахтам и успешно применялся на углях со средней сопротивляемостью резанию. Это был первый шаг в создании проходческого комбайна. В Подмосковном бассейне, применяя комбайн ПК-2М с удлиненным перегружателем, довели скорость проведения выработок до 1670 м/мес. В первой половине 50-х годов создавались проходческие комбайны с различными видами исполнительных органов, предназначенные для проведения выработок только круглого (ШБМ и ПКГ), арочного («Караганда») сечения, трапециевидного (комбайн ПКС) сечения со сплошной выемкой угля и породы. Эти комбайны не нашли широкого применения на угольных шахтах и были заменены другими. Перспективными оказались универсальные по области применения, по формам и размерам выработок, пригодные для избирательной выемки и погрузки угля и породы при проведении по смешанному забою комбайны на гусеничном ходу со стреловидным исполнительным органом. Комбайн ПК-3 со стреловидным исполнительным органом, снабженным конической коронкой с резакам по спирали, удовлетворяли этим требованиям. Он был разработан конструкторами «Гипроуглемаша», серийно стал выпускаться в 1956 г. и получил широкое применение на шахтах. Созданием семейства комбайнов ПК-3, ПК-3М, ПК-3Р, ПК-7,

76

77

78

Рис. 5.15. Проходческий комбайн 1ГПКС

4ПУ, ПК-9 и ПК-9Р был завершен первый этап обеспечения шахт комбайновой технологией проведения подготовительных горизонтальных и наклонных (до ± 80) выработок с площадью сечения от 4 до 16 м3. За создание и освоение промышленного производства проходческих комбайнов типа ПК и « Караганда» в 1967 г. были удостоены Государственной премии СССР В.И. Абморшев, К.И. Лоханин, В.Е. Германов, И.И. Ключников и др. Совершенствование проходческих комбайнов избирательного действия в последние годы осуществлялось путем повышения энерговооруженности и расширения области применения (по крепости пород и размерам выработки). Комбайны ПК-3Р и ПК-9Р заменяются комбайнами ГПК (главный конструктор Я.И. Базер),4ПП-2 (главный конструктор В.Е. Германов). Комбайном 4ПП-2 проводят выработки по породе с коэффициентом крепости ƒ = 5 ÷ 6 и площадью сечения до 25 м3. Область применения резцового исполнительного органа ограничена крепостью породы ƒ ≤ 8. В то же время буровые комбайны ППК-1 и ППК-2 конструкции «Гипроуглемаша» со свободно катающимися зубчатыми шарошками шагающей подачей разрушали породы с ƒ ≤ 10. Однако ресурс дорогостоящего комплекта шарошек очень мал. Поисковые работы и промышленные испытания комбайнов ТПК, ТОК, КРГ и «Союз-19», оснащенных шарошечными дисками, только во второй половине 80-х годов позволили рекомендовать к изготовлению в установочной серии комбайн КРТ и продолжать работы по комбайну «Союз-19У», которые могут применяться для проведения выработок площадью сечения в проходке 18 и 20 м3 по породам ƒ ≤ 10. Особое место в составе подготовительных выработок занимают нарезные, проходимые по пласту. На пластах мощностью выше 1,5м и наклоном 8-100 используются проходческие комбайны 4ПУ, ГПК и др. На тонких пластах получил признание нарезной комбайн КН. Его применение повышает скорости нарезных работ, производительность труда, облегчает труд шахтеров при тонких пластах. В настоящее время заводы выпускают комбайны избирательного действия со стреловидным исполнительным органом типов 1ПК-3Р, 1ГПКС, 4ПП-2М и 4ПП-5. Наиболее производительными являются комбайны серии ГПКС. Проходческий комбайн 1ГПКС (рис.5.15) состоит из рабочего 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 пылеподавления 2. 79

Исполнительный орган смонтирован на поворотной туреме и посредством силовых цилиндров 4 и 13 может перемещаться в горизонтальной и вертикальной плоскостях при обработке забоя. Стрела телескопическая 3 раздвигается до 500 мм. Ходовая часть представляет собой самоходную гусеничную тележку и предназначена для движения, поворотов и разворотов комбайна. За ходовой частью размещены гидроцилиндры 10, выполняющие роль вспомогательных опор-аутригеров, для повышения устойчивости комбайна. Погрузочное устройство состоит из рамы с закрепленными на ней двумя кинематически связанными редукторами нагребающих лап. В движение приводится от скребковой цепи конвейера. Тяговый орган скребкового конвейера представляет собой круглозвенную цепь с установленными на ней штампованными скребками. Концевая часть конвейера может перемещаться гидродомкратами 9 в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Важным этапом в переходе к комплексной механизации проведения подготовительных выработок с целью увеличения производительности и сокращения ручного труда является создание проходческих комплексов. По способу проведения выработок комплексы разделяются на две основные группы - буровзрывной и комбайновый. В настоящее время существует несколько видов таких комплексов: комплекс «Сибирь» для проведения горных выработок буровзрывным способом и комбайновые проходческие комплексы КН, КН-78, «Союз-19У» (рис. 5.16, 5.17). Для горизонтальных и слабонаклонных выработок в слабых грунтах ƒ = 0,5 - 3 разработаны и применяются щитовые проходческие комплексы. Проходческие щиты представляют собой передвижную металлическую оболочку цилиндрической формы, под защитой которой находятся приводы исполнительных и погрузочных органов, конвейерные перегружатели, тюбингоукладчики и другое оборудование. Различают две группы проходческих комплексов: для проведения со сборной крепью и крепью из монолитно прессованного бетона. Широко применяются на шахтах сбоечно-буровые машины для бурения горизонтальных, наклонных и крутых скважин круглого поперечного сечения. Первая сбоечно-буровая машина СБ. разработанная «Гормашпроектом» и с 1939 г. внедрена в производство. Более мощные сбоечнобуровые машины СБМ (СБМ-3, СБМ-3У) для бурения скважин диаметром 850 мм на всю высоту этажа поставлялась шахтам с 1947 г. Применение этой машины ускорило скорость проходки скважины в несколько

раз, способствовало быстрому распространению щитовой технологии добычи угля из мощных крутых пластов. За разработку и внедрение сбоечно-буровой машины типа СБМ в 1946 г. А.А. Могилевскому А.М. Ладыгину и др. присуждена Государственная премия СССР. Машина типа СБМ и ее облегченная модификация – легкий буровой станок ЛБС для бурения коротких скважин диаметром 350мм поставлялись шахтам и успешно применялись в течение многих лет. Буровые станки БГА-4 и БГА-2М, выпускаемые Анжерским машиностроительным заводом, являются более мощным гидрофицированным, с элементами автоматизации, оборудованием для бурения скважин диаметром до 1300 мм по углю или смешанному забою ƒ ≤ 5. Существенным техническим достижением конструкторов «Донгипроуглемаша» и Горловского машиностроительного завода является создание и освоение буровых машин Б68-КП и «Стрела», с помощью которых бурят скважины с углом наклона 45-900 и диаметром от 300 до 1000 мм и более в породах с коэффициентом ƒ ≤ 10. За разработку, освоение серийного производства и внедрение высокопроизводительных машин «Стрела-68» и «Стрела-77» (рис. 5.17) для проходки восстающих выработок конструкторы «Донгипроуглемаша» А.Г. Лаптев, В.А. Липкович, И.И. Тамарина и другие удостоены Государственной премии СССР. Основной объем проходки стволов шахт и в настоящее время выполняется буровзрывным способом с ручной погрузкой взорванной породы. В конце 40-х годов проходчики стволов получили и начали применять грейферный грузчик БЧ-1 вместимостью 0,13 м3. В дальнейшем работы по совершенствованию стволопроходческого оборудования пошли по пути увеличения числа одновременно работающих в забое грейферов, увеличения вместимости грейфера, создания ствольных погрузочных комплексов с механизированным вождением и дистанционным управлением грейферами, а так же создание стволопроходческих комплексов и агрегатов. В 962 г. проходчики получили стволовую погрузочную машину КС2У/140 с механизированным вождением грейфера. Уровень механизации погрузки с применением машины КС2У/40 превысил 90%. За разработку и внедрение, на базе породопогрузочной машины КС2У/40 проходческого комплекса типа КС сотрудникам «ЦНИИподземмаш» С.И. Быдеровскому, В.Г. Жадаеву, Н.А. Морозову, Д.И. Милованову и другим в 1970 г. была присуждена Государственная премия СССР.

80

81

Рис.5.16. Комплект проходческого оборудования «Сибирь» 1 – несущая платформа; 2,3 – гидродомкраты подъема; 4 – гидравлический механизм; 5 – пульт управления; 6,7 – перегрузочное устройство

Рис.5.17. Буровая машина «Стрела-77»

Рис. 5.17. Проходческий комбайн «Союз-19У» 2 – комбинированный исполнительный орган с дисковыми лобовыми и периферийными 1 шарошками; 3 - разгрузочное окно; 4 – пояс гидравлического механизма перемещений; 5 - щитовое перекрытие; 6 – проходческий комбайн бурового непрерывного действия; 7 – гидравлический механизм вспомогательного распора; 8 – грузоподъемник; 9 – крепемонтажное устройство; 10 – ленточный перегружатель; 11 – кран; 12 – прицепные опоры; 13 - лемех

82

Вопросы создания стволопроходческих комплексов и агрегатов, обеспечивающих максимальное совмещение производственных процессов проходки стволов, занимали умы горных инженеров еще в начале нашего столетия. Из предложенных идей и разработанных проектов был реализован стволопроходческий агрегат типа ПГА, с помощью которого пройдены стволы нескольких шахт. Однако в условиях производства в стволе буровзрывных работ эффективность агрегата оказалась недостаточной. Нашел применение при проходке стволов созданный «ЦНИИподземмаш» стволопроходческий буровой комбайн типа СК, разрушающий породу шарошечным инструментом с погрузкой ее эрлифтом в бункер, а скиповым подъемом на - поверхность. Комбайном СК, управляемым тремя проходчиками в Донбассе пройден ствол глубиной 1100 м и диаметром в свету 7м [15, 16, 17, 18, 19].

83

За создание и освоения этого комбайна работникам «Гипроуглемаш» А.В. Топчиеву, А.А. Пичугину, В.М. Балыкову, А.М. Ксенофонтову в 1957 г. была присуждена Государственная премия СССР. Опыт применения комбайна ККП-1 на пластах мощностью 0,8-1,3 м и комбайна К-19, работающего по аналогичной технологии на пластах мощностью 0,55-0,85 м, показал, что на крутых пластах, так же, как и на пологих, следует ориентироваться на узкозахватный способ выемки, с учетом результатов работы опытных партий узкозахватных комбайнов К-32 и К-55. «Донгипроуглемаш» в 1957 г. разработал комбайн УКР, который позднее был заменен более совершенным комбайном типа «Темп», а затем комбайном «Комсомолец». Для пластов мощностью 0,45-1,4 м эти комбайны экспортировались в зарубежные страны. За создание и внедрение этих комбайнов группе ученых (С.М. Арутюняну, В.И. Распопову, А.И. Башкову, К.И. Дьяченко и др.) присуждена Ленинская премия [15, 16, 17]. Для выемки весьма тонких (0,3 - 0,7 м) угольных пластов создан комбайн «Поиск-2» (рис. 5.13) - главные конструкторы И.Ф. Иванов и Б.А. Коденко. Этот комбайн выпускается с середины 70-х годов Горловским машиностроительным заводом. Частые внезапные выбросы угля на крутых пластах заставили конструкторов и научных работников направить свои усилия на создание выемочно-крепежных аппаратов с дистанционным управлением, позволяющих выводить людей из лавы во время добычи угля, обеспечивая тем самым их безопасность Это направление реализовано созданием стругоконвейерных агрегатов типа АЩ (главный конструктор Г.Г. Васильев), АНЩ (главный конструктор К.И. Дьяченко) для отработки крутых пластов мощностью 0,7-2,2 м; фронтального стругового агрегата АК-3 (рис. 5.14) и комбайнового АК-3К (главный конструктор А.А. Долинский), отрабатывающих крутые пласты мощностью 1,6-2,5 м столбами по простиранию. Агрегаты не имеют аналогов за рубежом. В последние годы разработан и изготовлен очистной комплекс КГУ-Д «ДонУГИ» с дистанционным автоматизированным управлением для отработки крутых пластов по простиранию (главные конструкторы И.Ф. Иванов, А.Н Ярошевич) [14, 15, 16, 17, 18].

71

5.1.8. Механизация проведения подготовительных выработок

Рис. 5.14. Агрегат АК-3

В начале ХХ в. подземные подготовительные выработки проводили вручную кайлами, позднее отбойными молотками. Разрушение пород взрыванием при ручном бурении, а затем ручными бурильными молотками стало применяться несколько позже. Отбитый уголь и породу грузили в вагонетки вручную. Скорости проведения выработок не превышали 15-30 м/мес. при низкой производительности 0,3-0,5 м3/выход. Возросшая потребность в угле удовлетворялась повышением интенсивности работ в очистных забоях. Для своевременной подготовки очистных забоев необходимо было увеличить скорость проведения подготовительных выработок, а это возможно только при механизации основных операций. Решение этой задачи с самого начала велось в двух направлениях: создание машин для механизации наиболее трудоемких операций – бурение шпуров и погрузка отбитой горной массы; создание проходческих комбайнов – комбинированных горных машин, выполняющих совместно операции по разрушению массива и погрузку горной массы. Еще в конце 20-х и в 30-х годах проводились поиски средств для механизации погрузки в вагонетки отбитой горной массы. Создавались скреперные погрузчики различных конструкций – это «утиный нос» на конце качающегося конвейера, и перегружатели различного назначения, и погрузочные ковшовые машины на рельсовом ходу (УПЛ-1, ПМЛ-2, ПНБ-2), и машины на гусеничном ходу с боковым нагребанием лапами С-153, и др. Многие из них прошли промышленную проверку и применялись на шахтах, повысив скорость проведения выработок и облегчив труд шахтеров. Однако большинство из них явились представителями переходного этапа в деле создания более совершенных погрузочных машин. В числе них ковшовая на рельсовом ходу погрузочная машина УМП-1 с электроприводом, разработанная в 30-х годах, модернизированная и вошедшая в серию в 1946-1956 гг. В дальнейшем эта машина постоянно модернизировалась и выпускалась Александровским машиностроительным заводом. В последние годы здесь выпускаются породопогрузочные ковшовые машины 1ППН5, 1ППН-5П для погрузки крупнокусковых крепких пород. Очень широкое применение в 1956-1975 гг. нашла электрическая породопогрузочная машина ЭПМ-1 с усовершенствованным механизмом перекидывания ковша, пригодная при проведении выработок небольшой высоты. Ее создали и освоили» Гипроуглемаш» и Дружковский машиностроительный завод.

72

73

Рис. 5.13. Угольный комбайн «Поиск-2»

В последнее время наметилась тенденция создания погрузочных машин с боковой разгрузкой ковша. Начался серийный выпуск мобильных погрузочных машин с боковой разгрузкой ковша типа МПК-3. Дальнейший успех в повышении технического уровня в этой области связан с разработкой и освоением погрузочных машин непрерывного действия на гусеничном ходу 1ПНБ-2 и 2ПНБ-2, ПНБ-3Д с боковым нагребающим органом. Образовалось семейство погрузочных машин более производительных и маневренных, чем ковшовые, к тому же они просты в управлении. С помощью этих машин на угольных и рудных шахтах производится погрузка угля и пород с коэффициентом крепости до 12-16, размерами кусков до 600 мм в выработках любой площади сечения и наклоном ± 8-100. Погрузочные машины 1ПНБ-У и 1ППН-5У, снабженные удерживающими устройствами, смогут применяться для проведения подготовительных выработок с углом наклона до 18-200. Освоением машин семейства ПНБ в основном завершился второй современный этап механизации погрузочных работ при проходке выработок. Оборудование этих машин аппаратурой для дистанционного управления с помощью выносного пульта улучшает обзор забоя, и создают более безопасные условия труда проходчикам. Эффективно используются на рудниках в подземных условиях погрузочно-доставочные машины на пневмоходу с дизельными и электрическими приводами, самоходные вагонетки, самосвалы и малогабаритные экскаваторы. Наибольшее распространение на рудниках получили машины типа ПД и ПТ, вагоны типа ВС на пневмоколесном ходу с пневматическими тормозными системами. В СНГ самосвалы для подземных работ изготавливаются на Могилевском автомобильном заводе с двигателями Ярославского моторного завода. Находят применение на рудниках автосамосвалы Минского и Кременчугского автозаводов, однако широкое внедрение автосамосвалов ограничивается отсутствием малогабаритных автомашин для подземных работ (5-15 т). Для эффективного выполнения цикла проходческих работ буровзрывным способом научные организации и предприятия отрасли проводят большую работа по совершенствованию буровой техники. Совершенствуются буровой инструмент, комплект оборудования для производства, восстановления и заправки бурового инструмента, повышается мощность и технический уровень электросверл, электробуров и перфораторов.

Еще в начале века разработчиками был предложен отбойный молоток, работающий на сжатом воздухе. В настоящее время применяемые буровые механизмы разделяются на вращательные и ударноповоротные. Имеют они разную массу: легкие (до 10 кг), средние (20-60 кг) и тяжелые (свыше 60 кг). По способу установки они могут быть ручными, колонковыми, механическими, устанавливаемыми на манипуляторах буровых кареток. По роду потребляемой энергии бурильные машины делятся на электрические, пневматические, гидравлические и комбинированные. По типу податчика они бывают ручные, цепные, канатные, винтовые, гидравлические, пневматические и комбинированные. Различается и система очистки шпура от продуктов бурения – промывкой водой или воздушноводяной смесью, продувкой и отсосом пыли, очисткой шпура витой штангой. Для бурения применяется буровой инструмент в виде целого бура или буровой коронки, которая армирована твердым сплавом. Для бурения шпуров в породах средней крепости и крепких углей нашли широкое применение ручные пневматические перфораторы типа ПП. Перфораторы применяются при бурении шпуров диаметром 32-46 мм. По принципу действия они ударно-поворотные с автоматическим поворотом бурильного инструмента. Перфораторы оборудованы виброгасящими устройствами, снижающими вибрацию до действующих санитарных норм. Перфоратор состоит из корпуса и смонтированного в нем ударно-поворотного механизма воздухораспределительного устройства клапанного типа и устройства для очистки шпуров от буровой мелочи. Корпус перфоратора включает в себя головку, цилиндр, буровой патрон с буродержателем. Ударно-поворотный механизм предназначен для нанесения ударов по буровой штанге, ее поворота и состоит из поршня ударника, движущегося по направляющей втулке, геликоидного винта с храповым механизмом и поворотных букс. В отверстие буксы вставляется шестигранный хвостовик бура. Воздухораспределительное устройство предназначено для попеременной подачи сжатого воздуха в переднюю и заднюю полости цилиндра перфоратора и состоит из распределителя (клапана), корпуса распределительной коробки и ее крышки. Механизм управления представляет собой пусковой кран с рукояткой. В нижней части корпуса предусмотрен прилив для крепления его на пневмоподдерживаюшей колонке; головка имеет ручки для поддерживания перфоратора при бурении. На базе перфораторов ПП созданы и широко применяются в бурильных установках перфораторы типа ПК-60 и ПК-75, в которых бур вращается гипоциклидным, высокомоментным гидромотором.

74

75

К числу бурильных установок на колесно-рельсовом ходу следует отнести установки типа БУ, которые оснащаются пневматическими бурильными машинами вращательно-ударного действия БГА-1М или 1100-1-1М, пневмоцилиндрами для подачи бурильной машины, гидроцилиндрами для подъема и вращения стрелы манипулятора и др. В связи с высокой стоимостью получения пневматической энергии (сжатого воздуха) начался переход на гидравлическую энергию. Институтом «ЦНИИподземмаш» создана бурильная установка с гидравлическим приводом типа УБГ-1М, сейчас она постепенно внедряется в производство. Для поддержания и перемещения электробуров и перфораторов создаются манипуляторы, буровые установки на рельсовом и гусеничном ходу (одно- и многоманипуляторные), а также роботизированные, с программным управлением манипуляторы, которые устанавливаются на погрузочных машинах. Работы по созданию проходческих комбайнов, совмещающих одновременно отбойку и погрузку породы, начались уже во второй половине 30-х годов, практически одновременно с развитием работ по созданию погрузочных машин. Первый в нашей стране проходческий комбайн ПК-1, спроектированный в «Углемашпроекте», был испытан в шахте в конце 30-х годов. Модернизированный комбайн ПК-2М (главный конструктор С.И. Чугунихин) с 1950 г. поставлялся шахтам и успешно применялся на углях со средней сопротивляемостью резанию. Это был первый шаг в создании проходческого комбайна. В Подмосковном бассейне, применяя комбайн ПК-2М с удлиненным перегружателем, довели скорость проведения выработок до 1670 м/мес. В первой половине 50-х годов создавались проходческие комбайны с различными видами исполнительных органов, предназначенные для проведения выработок только круглого (ШБМ и ПКГ), арочного («Караганда») сечения, трапециевидного (комбайн ПКС) сечения со сплошной выемкой угля и породы. Эти комбайны не нашли широкого применения на угольных шахтах и были заменены другими. Перспективными оказались универсальные по области применения, по формам и размерам выработок, пригодные для избирательной выемки и погрузки угля и породы при проведении по смешанному забою комбайны на гусеничном ходу со стреловидным исполнительным органом. Комбайн ПК-3 со стреловидным исполнительным органом, снабженным конической коронкой с резакам по спирали, удовлетворяли этим требованиям. Он был разработан конструкторами «Гипроуглемаша», серийно стал выпускаться в 1956 г. и получил широкое применение

на шахтах. Созданием семейства комбайнов ПК-3, ПК-3М, ПК-3Р, ПК-7, 4ПУ, ПК-9 и ПК-9Р был завершен первый этап обеспечения шахт комбайновой технологией проведения подготовительных горизонтальных и наклонных (до ± 80) выработок с площадью сечения от 4 до 16 м3. За создание и освоение промышленного производства проходческих комбайнов типа ПК и « Караганда» в 1967 г. были удостоены Государственной премии СССР В.И. Абморшев, К.И. Лоханин, В.Е. Германов, И.И. Ключников и др. Совершенствование проходческих комбайнов избирательного действия в последние годы осуществлялось путем повышения энерговооруженности и расширения области применения (по крепости пород и размерам выработки). Комбайны ПК-3Р и ПК-9Р заменяются комбайнами ГПК (главный конструктор Я.И. Базер),4ПП-2 (главный конструктор В.Е. Германов). Комбайном 4ПП-2 проводят выработки по породе с коэффициентом крепости ƒ = 5 ÷ 6 и площадью сечения до 25 м3. Область применения резцового исполнительного органа ограничена крепостью породы ƒ ≤ 8. В то же время буровые комбайны ППК-1 и ППК-2 конструкции «Гипроуглемаша» со свободно катающимися зубчатыми шарошками шагающей подачей разрушали породы с ƒ ≤ 10. Однако ресурс дорогостоящего комплекта шарошек очень мал. Поисковые работы и промышленные испытания комбайнов ТПК, ТОК, КРГ и «Союз-19», оснащенных шарошечными дисками, только во второй половине 80-х годов позволили рекомендовать к изготовлению в установочной серии комбайн КРТ и продолжать работы по комбайну «Союз-19У», которые могут применяться для проведения выработок площадью сечения в проходке 18 и 20 м3 по породам ƒ ≤ 10. Особое место в составе подготовительных выработок занимают нарезные, проходимые по пласту. На пластах мощностью выше 1,5м и наклоном 8-100 используются проходческие комбайны 4ПУ, ГПК и др. На тонких пластах получил признание нарезной комбайн КН. Его применение повышает скорости нарезных работ, производительность труда, облегчает труд шахтеров при тонких пластах. В настоящее время заводы выпускают комбайны избирательного действия со стреловидным исполнительным органом типов 1ПК-3Р, 1ГПКС, 4ПП-2М и 4ПП-5. Наиболее производительными являются комбайны серии ГПКС. Проходческий комбайн 1ГПКС (рис.5.15) состоит из рабочего 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 пылеподавления 2.

76

77

Рис. 5.15. Проходческий комбайн 1ГПКС

78

Исполнительный орган смонтирован на поворотной туреме и посредством силовых цилиндров 4 и 13 может перемещаться в горизонтальной и вертикальной плоскостях при обработке забоя. Стрела телескопическая 3 раздвигается до 500 мм. Ходовая часть представляет собой самоходную гусеничную тележку и предназначена для движения, поворотов и разворотов комбайна. За ходовой частью размещены гидроцилиндры 10, выполняющие роль вспомогательных опор-аутригеров, для повышения устойчивости комбайна. Погрузочное устройство состоит из рамы с закрепленными на ней двумя кинематически связанными редукторами нагребающих лап. В движение приводится от скребковой цепи конвейера. Тяговый орган скребкового конвейера представляет собой круглозвенную цепь с установленными на ней штампованными скребками. Концевая часть конвейера может перемещаться гидродомкратами 9 в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Важным этапом в переходе к комплексной механизации проведения подготовительных выработок с целью увеличения производительности и сокращения ручного труда является создание проходческих комплексов. По способу проведения выработок комплексы разделяются на две основные группы - буровзрывной и комбайновый. В настоящее время существует несколько видов таких комплексов: комплекс «Сибирь» для проведения горных выработок буровзрывным способом и комбайновые проходческие комплексы КН, КН-78, «Союз-19У» (рис. 5.16, 5.17). Для горизонтальных и слабонаклонных выработок в слабых грунтах ƒ = 0,5 - 3 разработаны и применяются щитовые проходческие комплексы. Проходческие щиты представляют собой передвижную металлическую оболочку цилиндрической формы, под защитой которой находятся приводы исполнительных и погрузочных органов, конвейерные перегружатели, тюбингоукладчики и другое оборудование. Различают две группы проходческих комплексов: для проведения со сборной крепью и крепью из монолитно прессованного бетона. Широко применяются на шахтах сбоечно-буровые машины для бурения горизонтальных, наклонных и крутых скважин круглого поперечного сечения. Первая сбоечно-буровая машина СБ. разработанная «Гормашпроектом» и с 1939 г. внедрена в производство. Более мощные сбоечнобуровые машины СБМ (СБМ-3, СБМ-3У) для бурения скважин диаметром 850 мм на всю высоту этажа поставлялась шахтам с 1947 г. Применение этой машины ускорило скорость проходки скважины в несколько 79

раз, способствовало быстрому распространению щитовой технологии добычи угля из мощных крутых пластов. За разработку и внедрение сбоечно-буровой машины типа СБМ в 1946 г. А.А. Могилевскому А.М. Ладыгину и др. присуждена Государственная премия СССР. Машина типа СБМ и ее облегченная модификация – легкий буровой станок ЛБС для бурения коротких скважин диаметром 350мм поставлялись шахтам и успешно применялись в течение многих лет. Буровые станки БГА-4 и БГА-2М, выпускаемые Анжерским машиностроительным заводом, являются более мощным гидрофицированным, с элементами автоматизации, оборудованием для бурения скважин диаметром до 1300 мм по углю или смешанному забою ƒ ≤ 5. Существенным техническим достижением конструкторов «Донгипроуглемаша» и Горловского машиностроительного завода является создание и освоение буровых машин Б68-КП и «Стрела», с помощью которых бурят скважины с углом наклона 45-900 и диаметром от 300 до 1000 мм и более в породах с коэффициентом ƒ ≤ 10. За разработку, освоение серийного производства и внедрение высокопроизводительных машин «Стрела-68» и «Стрела-77» (рис. 5.17) для проходки восстающих выработок конструкторы «Донгипроуглемаша» А.Г. Лаптев, В.А. Липкович, И.И. Тамарина и другие удостоены Государственной премии СССР. Основной объем проходки стволов шахт и в настоящее время выполняется буровзрывным способом с ручной погрузкой взорванной породы. В конце 40-х годов проходчики стволов получили и начали применять грейферный грузчик БЧ-1 вместимостью 0,13 м3. В дальнейшем работы по совершенствованию стволопроходческого оборудования пошли по пути увеличения числа одновременно работающих в забое грейферов, увеличения вместимости грейфера, создания ствольных погрузочных комплексов с механизированным вождением и дистанционным управлением грейферами, а так же создание стволопроходческих комплексов и агрегатов. В 962 г. проходчики получили стволовую погрузочную машину КС2У/140 с механизированным вождением грейфера. Уровень механизации погрузки с применением машины КС2У/40 превысил 90%. За разработку и внедрение, на базе породопогрузочной машины КС2У/40 проходческого комплекса типа КС сотрудникам «ЦНИИподземмаш» С.И. Быдеровскому, В.Г. Жадаеву, Н.А. Морозову, Д.И. Милованову и другим в 1970 г. была присуждена Государственная премия СССР. 80

Рис.5.16. Комплект проходческого оборудования «Сибирь» 1 – несущая платформа; 2,3 – гидродомкраты подъема; 4 – гидравлический механизм; 5 – пульт управления; 6,7 – перегрузочное устройство

Рис. 5.17. Проходческий комбайн «Союз-19У» 2 – комбинированный исполнительный орган с дисковыми лобовыми и периферийными 1 шарошками; 3 - разгрузочное окно; 4 – пояс гидравлического механизма перемещений; 5 - щитовое перекрытие; 6 – проходческий комбайн бурового непрерывного действия; 7 – гидравлический механизм вспомогательного распора; 8 – грузоподъемник; 9 – крепемонтажное устройство; 10 – ленточный перегружатель; 11 – кран; 12 – прицепные опоры; 13 - лемех

81

5.1.9 Механизация подземного транспорта

Рис.5.17. Буровая машина «Стрела-77» Вопросы создания стволопроходческих комплексов и агрегатов, обеспечивающих максимальное совмещение производственных процессов проходки стволов, занимали умы горных инженеров еще в начале нашего столетия. Из предложенных идей и разработанных проектов был реализован стволопроходческий агрегат типа ПГА, с помощью которого пройдены стволы нескольких шахт. Однако в условиях производства в стволе буровзрывных работ эффективность агрегата оказалась недостаточной. Нашел применение при проходке стволов созданный «ЦНИИподземмаш» стволопроходческий буровой комбайн типа СК, разрушающий породу шарошечным инструментом с погрузкой ее эрлифтом в бункер, а скиповым подъемом на - поверхность. Комбайном СК, управляемым тремя проходчиками в Донбассе пройден ствол глубиной 1100 м и диаметром в свету 7м [15, 16, 17, 18, 19].

82

Добытый в лаве уголь, прежде чем попасть на поверхность проходит длинный путь. Этот путь состоит из трех этапов: доставки, откатки и подъема. Откатка угля к стволу шахты – одна из наиболее важных операций. До начала текущего столетия на угольных шахтах России, как уже упоминалось, откатка по горизонтальным выработкам осуществлялась конной тягой. В 1905 г. в Донбассе была применена откатка при помощи бесконечного каната с электрическим приводом. В первые годы советской власти механизация откатки развивалась медленно. Отечественные контактные электровозы мощностью 14,6 кВт, изготовлены на Краматорском машиностроительном заводе, появились только в 1925 г. на шахте «Артем». В результате их применения резко снизилось число несчастных случаев на транспорте, производительность труда возросла почти в 2 раза и снизилась себестоимость откатки. Быстрое развитие электровозной откатки обусловило производство контактных электровозов на заводе «Динамо» и аккумуляторных – на Подольском машиностроительном заводе. Однако к середине 30-х годов уровень подземной электровозной откатки не превышала 20% в общем, объеме перевозки грузов из-за недостаточной надежности и малого ресурса электровозов. Новые контактные и аккумуляторные электровозы типа П-ТР и П-АР, вышедшем в серию в 1939-1940 гг., имели улучшенную конструкцию рам, роликовые подшипники в буксах, рессорное балансирное подвешивание, лучшую систему управления, повышенную емкость аккумуляторных батарей. Мощность контактных электровозов достигала 41,2 кВт, скорость движения 10,3 км/ч. Внедрение этих электровозов, развитие отечественной техники для концевой и бесконечной канатной откатки по наклонным и горизонтальным рельсовым путям и самого путевого хозяйства обеспечили быстрое преобразование шахтного транспорта. Уже к началу Великой Отечественной войны был ликвидирован возникший разрыв между механизацией выемки, доставкой угля из забоя и механизированной откаткой. Контактные электровозы получают энергию от подвешенного в откаточном штреке провода, называемого троллейным. Так как при движении контактного электровоза (рис. 5.18) между проводом и токоприемником часто проскакивают искры, электровозы такого типа применяются только в негазовых шахтах или в шахтах первой категории по газу. В шахтах с обильным выделением метана применяются электровозы с питанием от аккумуляторных батарей (рис. 5.19). 83

После Великой Отечественной войны в Советском Союзе создается новый тип конденсаторных электровозов. За их создание и внедрение в производство в 1950 г. присуждена Государственная премия СССР В.Е, Розенфельду, Б.Н. Тихменеву, Л.Н. Зарману, А.И. Хрипину и М.И. Крейцбергу.

Рис. 5.18. Контактный электровоз К-14 с центрально расположенной кабиной машиниста

Рис. 5.19. Аккумуляторный электровоз 5-АРВ2

84

Повышается мощность электровозов. Если до 1941 г. основным типом были электровозы весом не более 7 т, то в 50-е годы появились сотни мощных электровозов весом 10 и 14 т. Увеличение грузоподъемности шахтных поездов, повышение скорости потребовали реконструкции подземных рельсовых путей. В главных откаточных выработках настилают две колеи, только промежуточные штреки имеют одну колею, но в них через определенные расстояния создаются разъезды разминовки для встречных составов. Дальнейшее техническое развитие электровозостроения связано с разработкой унифицированного ряда контактных электровозов 7-КР, 10-КР и 14-КР, и аккумуляторных электровозов 8-АРП и 12-АРП, которые не уступали в то время лучшим зарубежным образцам. Аккумуляторный АК и контактный ТК малогабаритные электровозы с цепным весом 1.7-2 т производства Лаптевского машиностроительного завода применялись для откатки в промежуточных штреках как вспомогательный транспорт. Уровень электровозной тяги по горизонтальным выработкам на шахтах Донецкого бассейна уже в 1955 г. составила 97%. Созданием и внедрением семейства маневровых лебедок, толкателей, вагонеток и полуавтоматизированных погрузочных пунктов завершилась в те годы комплексная механизация работ на рельсовом транспорте. В 70-х годах начинается разработка контактных и аккумуляторных электровозов нового параметрического ряда сцепного веса от 4 и до 28 т. Электровозы имеют улучшенные тяговые характеристики и повышенные скорости, хорошие показатели по безопасности труда и ремонтопригодности, совершенную сигнализацию. Они оборудованы скоростемерами, аппаратурой высокочастотной связи машиниста с диспетчером. Аккумуляторные электровозы снабжены батареями высокой емкости. Контактные электровозы этого ряда с электродвигателями мощностью 150 и 300 кВт снабжаются тиристорными преобразователями. Мощность электродвигателей аккумуляторных электровозов АРП-28 превышает 100 кВт. В настоящее время завершено освоение всего ряда контактных и аккумуляторных электровозов нового технического уровня, что обеспечивает дальнейшую интенсификацию рельсового транспорта. Вагонеточный транспорт в дореволюционных шахтах при конной или ручной откатке был крайне разнообразен по конструкции, вместимости, различна была ширина колеи. Коренная перестройка вагонеточного парка произошла в 30-х годах, с началом развития электровозной откатки. Она была направлена на унификацию типов и размеров вагонеток, увеличение их грузоподъемности, перевод на подшипники каче85

86

Рис. 5.20. Ленточный конвейер 2Л100У с жестким и канатным конвейерным ставом: а – схема конвейера, б – напольная секция конвейерного става, в – подвесная секция конвейерного става

ния, безопасные сцепки, более жесткие кузова. В результате первого этапа унификации, проведенного в 1936-1939 гг. «Гидроуглемашем» и Торецким машиностроительным заводом, число типоразмеров вагонеток было сокращено с 250 до 101, ширина колеи - с 240 до 700 мм при грузоподъемности в пределах 0,5-1,1 т. Второй этап унификации был разработан в 1943-1945 гг. и осуществлен в годы восстановления угольных шахт. Вместимость вагонеток возросла на 15-17%, стало возможным наладить поточное производство вагонеток на Торецком (ныне Дружковском) заводе. В последние годы «Центрогипрошахт» проводил работы по оптимизации типов и параметров шахтных вагонеток с глухим кузовом (ВГ), грузоподъемностью до 6 т и вагонеток с грузоподъемностью до 610 т с откидным дном (ВД). Для доставки подземных рабочих к месту работы по горизонтальным, наклонным и крутым выработкам созданы и освоены несколько типов шахтных вагонеток. Повышение интенсивности работы и производительности труда на рельсовом транспорте стало возможным не только в результате постоянно растущих параметров и эксплуатационно-технических качеств основного оборудования, но и благодаря совершенствованию средств для механизации вспомогательных работ. В 60-70-е годы институтами КУЗНИУИ и «Гипроуглеавтоматизация» создаются комплексы автоматизированного оборудования для стационарных и полустационарных погрузочных и перегрузочных пунктов, монорельсовых подвесных дорог, канатных дорог для перевозки людей и вспомогательных материалов. Средства непрерывного конвейерного подземного транспорта разрабатывались еще в довоенные голы. Первые отечественные ленточные конвейеры для подземных горных работ РТ-5, РТ-20, РТ3-15 и другие поставлялись шахтам харьковским заводом «Свет шахтера» и Донецким машиностроительным заводом уже в 1935-1939 гг. По мере увеличения погрузки на очистной забой и увеличения длины отрабатываемых столбов (увеличением длины транспортирования полезного ископаемого) возникла необходимость замены малопроизводительного рельсового транспорта по наклонным и горизонтальным выработкам на более производительный конвейерный транспорт. В 1945 г. «Гипроуглемашем» разработаны, а Александровским машиностроительным заводом модернизированы конвейеры РТУ-30, РТ-30, РТМ-30 с рулоннотканевой лентой, шириной 700 мм, которые были положительно оценены на шахтах и эксплуатировались в течение многих лет. (На рис. 5.20 представлена схема ленточного конвейера). 87

Однако рост грузопотоков из очистных забоев потребовал выпуск более производительных конвейеров с резинотросовыми лентами, шириной 800 мм КЛ-150; 900 мм – КЛА-250, КЛБ-250. Крупным успехом в области подземного конвейеростроения признано считать создание и освоения производством нового ряда мощных конвейеров со скоростью движения от 1,5 до 3,15 м/с, рассчитанных на большие длины транспортирования - КРУ-260, КРУ-350 и КРУ-900 (главный конструктор В.И. Чуканов), позволивших сократить число перегрузок угля на конвейерных линиях по наклонным выработкам, особенно по наклонным стволам. Еще в 50-х годах была спроектирована и изготовлена высокопрочная резина для конвейерных лент, а вулканизационный пресс во взрывобезопасном исполнении способствовал ремонту и соединению отрезков лент. Дальнейшее развитие подземных ленточных конвейеров предложено двумя параметрическими рядами конвейеров с шириной лент от 1200 до 1600 мм – 2ЛУ-160 с мощностью электродвигателей до 2000 кВт, производительностью до 4000 т/ч и со скоростью движения ленты до 5 м/с. Такие конвейеры устанавливаются в стволах шахт. С 60-х годов на конвейерном транспорте начала решаться сложная задача создания и освоения систем автоматического управления шахтными конвейерными линиями. В настоящее время применяется система автоматического управления конвейерными линиями АУК-1М, позволяющая включать и отключать до 10 разветвленных конвейеров, контролировать скорость движения, температуру подшипников, сход ленты, перегрузку полезного ископаемого. Большой вклад в развитие подземного транспорта внесли А.О. Спиваковский, Н.С. Поляков, Ф.Н. Шклярский, С.А. Волотковский, И.И. Лившиц, И.Г. Штокман, И.П. Ремизов, В.Н. Лебедев, А.А. Андреев, В.А. Дъяков, Л.И. Чугрев, Л.Г. Шахмейстер, Г.Я. Пейсахович и многие другие [17, 18, 20].

88

5.1.9 Механизация подземного транспорта Добытый в лаве уголь, прежде чем попасть на поверхность проходит длинный путь. Этот путь состоит из трех этапов: доставки, откатки и подъема. Откатка угля к стволу шахты – одна из наиболее важных операций. До начала текущего столетия на угольных шахтах России, как уже упоминалось, откатка по горизонтальным выработкам осуществлялась конной тягой. В 1905 г. в Донбассе была применена откатка при помощи бесконечного каната с электрическим приводом. В первые годы советской власти механизация откатки развивалась медленно. Отечественные контактные электровозы мощностью 14,6 кВт, изготовлены на Краматорском машиностроительном заводе, появились только в 1925 г. на шахте «Артем». В результате их применения резко снизилось число несчастных случаев на транспорте, производительность труда возросла почти в 2 раза и снизилась себестоимость откатки. Быстрое развитие электровозной откатки обусловило производство контактных электровозов на заводе «Динамо» и аккумуляторных – на Подольском машиностроительном заводе. Однако к середине 30-х годов уровень подземной электровозной откатки не превышала 20% в общем, объеме перевозки грузов из-за недостаточной надежности и малого ресурса электровозов. Новые контактные и аккумуляторные электровозы типа П-ТР и П-АР, вышедшем в серию в 1939-1940 гг., имели улучшенную конструкцию рам, роликовые подшипники в буксах, рессорное балансирное подвешивание, лучшую систему управления, повышенную емкость аккумуляторных батарей. Мощность контактных электровозов достигала 41,2 кВт, скорость движения 10,3 км/ч. Внедрение этих электровозов, развитие отечественной техники для концевой и бесконечной канатной откатки по наклонным и горизонтальным рельсовым путям и самого путевого хозяйства обеспечили быстрое преобразование шахтного транспорта. Уже к началу Великой Отечественной войны был ликвидирован возникший разрыв между механизацией выемки, доставкой угля из забоя и механизированной откаткой. Контактные электровозы получают энергию от подвешенного в откаточном штреке провода, называемого троллейным. Так как при движении контактного электровоза (рис. 5.18) между проводом и токоприемником часто проскакивают искры, электровозы такого типа применяются только в негазовых шахтах или в шахтах первой категории по газу. В шахтах с обильным выделением метана применяются электровозы с питанием от аккумуляторных батарей (рис. 5.19).

После Великой Отечественной войны в Советском Союзе создается новый тип конденсаторных электровозов. За их создание и внедрение в производство в 1950 г. присуждена Государственная премия СССР В.Е, Розенфельду, Б.Н. Тихменеву, Л.Н. Зарману, А.И. Хрипину и М.И. Крейцбергу.

Рис. 5.18. Контактный электровоз К-14 с центрально расположенной кабиной машиниста

Рис. 5.19. Аккумуляторный электровоз 5-АРВ2

Повышается мощность электровозов. Если до 1941 г. основным типом были электровозы весом не более 7 т, то в 50-е годы появились сотни мощных электровозов весом 10 и 14 т. Увеличение грузоподъемности шахтных поездов, повышение скорости потребовали реконструкции подземных рельсовых путей. В главных откаточных выработках настилают две колеи, только промежуточные штреки имеют одну колею, но в них через определенные расстояния создаются разъезды разминовки для встречных составов. Дальнейшее техническое развитие электровозостроения связано с разработкой унифицированного ряда контактных электровозов 7-КР, 10-КР и 14-КР, и аккумуляторных электровозов 8-АРП и 12-АРП, которые не уступали в то время лучшим зарубежным образцам. Аккумуляторный АК и контактный ТК малогабаритные электровозы с цепным весом 1.7-2 т производства Лаптевского машиностроительного завода применялись для откатки в промежуточных штреках как вспомогательный транспорт. Уровень электровозной тяги по горизонтальным выработкам на шахтах Донецкого бассейна уже в 1955 г. составила 97%. Созданием и внедрением семейства маневровых лебедок, толкателей, вагонеток и полуавтоматизированных погрузочных пунктов завершилась в те годы комплексная механизация работ на рельсовом транспорте. В 70-х годах начинается разработка контактных и аккумуляторных электровозов нового параметрического ряда сцепного веса от 4 и до 28 т. Электровозы имеют улучшенные тяговые характеристики и повышенные скорости, хорошие показатели по безопасности труда и ремонтопригодности, совершенную сигнализацию. Они оборудованы скоростемерами, аппаратурой высокочастотной связи машиниста с диспетчером. Аккумуляторные электровозы снабжены батареями высокой емкости. Контактные электровозы этого ряда с электродвигателями мощностью 150 и 300 кВт снабжаются тиристорными преобразователями. Мощность электродвигателей аккумуляторных электровозов АРП-28 превышает 100 кВт. В настоящее время завершено освоение всего ряда контактных и аккумуляторных электровозов нового технического уровня, что обеспечивает дальнейшую интенсификацию рельсового транспорта. Вагонеточный транспорт в дореволюционных шахтах при конной или ручной откатке был крайне разнообразен по конструкции, вместимости, различна была ширина колеи. Коренная перестройка вагонеточного парка произошла в 30-х годах, с началом развития электровозной откатки. Она была направлена на унификацию типов и размеров вагонеток, увеличение их грузоподъемности, перевод на подшипники каче-

Рис. 5.20. Ленточный конвейер 2Л100У с жестким и канатным конвейерным ставом: а – схема конвейера, б – напольная секция конвейерного става, в – подвесная секция конвейерного става

ния, безопасные сцепки, более жесткие кузова. В результате первого этапа унификации, проведенного в 1936-1939 гг. «Гидроуглемашем» и Торецким машиностроительным заводом, число типоразмеров вагонеток было сокращено с 250 до 101, ширина колеи - с 240 до 700 мм при грузоподъемности в пределах 0,5-1,1 т. Второй этап унификации был разработан в 1943-1945 гг. и осуществлен в годы восстановления угольных шахт. Вместимость вагонеток возросла на 15-17%, стало возможным наладить поточное производство вагонеток на Торецком (ныне Дружковском) заводе. В последние годы «Центрогипрошахт» проводил работы по оптимизации типов и параметров шахтных вагонеток с глухим кузовом (ВГ), грузоподъемностью до 6 т и вагонеток с грузоподъемностью до 610 т с откидным дном (ВД). Для доставки подземных рабочих к месту работы по горизонтальным, наклонным и крутым выработкам созданы и освоены несколько типов шахтных вагонеток. Повышение интенсивности работы и производительности труда на рельсовом транспорте стало возможным не только в результате постоянно растущих параметров и эксплуатационно-технических качеств основного оборудования, но и благодаря совершенствованию средств для механизации вспомогательных работ. В 60-70-е годы институтами КУЗНИУИ и «Гипроуглеавтоматизация» создаются комплексы автоматизированного оборудования для стационарных и полустационарных погрузочных и перегрузочных пунктов, монорельсовых подвесных дорог, канатных дорог для перевозки людей и вспомогательных материалов. Средства непрерывного конвейерного подземного транспорта разрабатывались еще в довоенные голы. Первые отечественные ленточные конвейеры для подземных горных работ РТ-5, РТ-20, РТ3-15 и другие поставлялись шахтам харьковским заводом «Свет шахтера» и Донецким машиностроительным заводом уже в 1935-1939 гг. По мере увеличения погрузки на очистной забой и увеличения длины отрабатываемых столбов (увеличением длины транспортирования полезного ископаемого) возникла необходимость замены малопроизводительного рельсового транспорта по наклонным и горизонтальным выработкам на более производительный конвейерный транспорт. В 1945 г. «Гипроуглемашем» разработаны, а Александровским машиностроительным заводом модернизированы конвейеры РТУ-30, РТ-30, РТМ-30 с рулоннотканевой лентой, шириной 700 мм, которые были положительно оценены на шахтах и эксплуатировались в течение многих лет. (На рис. 5.20 представлена схема ленточного конвейера).

Однако рост грузопотоков из очистных забоев потребовал выпуск более производительных конвейеров с резинотросовыми лентами, шириной 800 мм КЛ-150; 900 мм – КЛА-250, КЛБ-250. Крупным успехом в области подземного конвейеростроения признано считать создание и освоения производством нового ряда мощных конвейеров со скоростью движения от 1,5 до 3,15 м/с, рассчитанных на большие длины транспортирования - КРУ-260, КРУ-350 и КРУ-900 (главный конструктор В.И. Чуканов), позволивших сократить число перегрузок угля на конвейерных линиях по наклонным выработкам, особенно по наклонным стволам. Еще в 50-х годах была спроектирована и изготовлена высокопрочная резина для конвейерных лент, а вулканизационный пресс во взрывобезопасном исполнении способствовал ремонту и соединению отрезков лент. Дальнейшее развитие подземных ленточных конвейеров предложено двумя параметрическими рядами конвейеров с шириной лент от 1200 до 1600 мм – 2ЛУ-160 с мощностью электродвигателей до 2000 кВт, производительностью до 4000 т/ч и со скоростью движения ленты до 5 м/с. Такие конвейеры устанавливаются в стволах шахт. С 60-х годов на конвейерном транспорте начала решаться сложная задача создания и освоения систем автоматического управления шахтными конвейерными линиями. В настоящее время применяется система автоматического управления конвейерными линиями АУК-1М, позволяющая включать и отключать до 10 разветвленных конвейеров, контролировать скорость движения, температуру подшипников, сход ленты, перегрузку полезного ископаемого. Большой вклад в развитие подземного транспорта внесли А.О. Спиваковский, Н.С. Поляков, Ф.Н. Шклярский, С.А. Волотковский, И.И. Лившиц, И.Г. Штокман, И.П. Ремизов, В.Н. Лебедев, А.А. Андреев, В.А. Дъяков, Л.И. Чугрев, Л.Г. Шахмейстер, Г.Я. Пейсахович и многие другие [17, 18, 20].

5.1.10. Гидропривод горных машин Гидроприводом называется устройство, обеспечивающее приведение в движение механизма машины. Гидропривод получил широкое распространение в горной промышленности в 60-е годы прошлого столетия. В настоящее время без использования основных элементов гидропривода не обходится ни одна конструкция горных машин на рудниках, шахтах, разрезах и карьерах. Гидропривод является основным соединяющим звеном в системах автоматизации привода горных машин, между исполнительными органами горного оборудования и пультами управления. Гидропривод получил широкое применение благодаря неоспоримым преимуществам: возможности передачи большой мощности при относительно небольшой массе и габаритах, бесступенчатому регулированию скоростей, быстродействию, предохранению машины и всей системы от перегрузок с помощью простейших устройств (клапанов), взрывобезопасности и высокому коэффициенту полезного действия. Так, масса привода с высокомоментным гидромотором в 2-3 раза меньше массы электромеханического привода той же мощности. Гидропривод состоит из гидравлической передачи, аппаратуры управления и регулирования, вспомогательных устройств (фильтров, резервуаров и т. п.), а также гидравлических магистралей. Гидроприводы по своему принципу работы разделяются на объемные и динамические, а в зависимости от регулируемости – на регулируемые и нерегулируемые. Гидравлическая передача предусматривает насос, гидродвигатель (гидроцилиндр) и соединяющие магистрали. Объемной называют гидропередачу, состоящую из насоса объемного действия, объемного гидродвигателя и соединительных магистралей. В объемной гидропередачи энергия предается за счет гидростатического давления, создаваемого насосом, в гидродинамической передаче – за счет кинетической энергии потока рабочей жидкости (гидромуфты, гидротрансформаторы). По характеру движения входного звена объемные гидропередачи разделяют на гидропередачи вращательного, возвратно-поворотного и возвратно-поступательного движения. Выходное звено в гидромеханических передачах имеет только вращательное движение. Элементы объемной гидропередачи (насосы, гидрораспределители, устройства управления и контроля, вспомогательное оборудование и др.) соединяют в определенной последовательности, образуя различные гидравлические системы - разомкнутые, замкнутые и смешанные.

89

В разомкнутой системе рабочая жидкость при нормальном режиме возвращается в резервуар, в замкнутой – циркулирует в гидросистеме, не поступая в резервуар. Смешанные состоят из двух вышеназванных систем. Преимущество разомкнутых систем - относительно простое конструктивное выполнение в сравнении с замкнутыми. Недостаток – меньшая плавность хода. Замкнутые системы имеют меньшую степень загрязнения рабочей жидкости и попадания в нее воздуха, недостатки – худшие условия охлаждения. По виду объемный гидропривод делят на гидропривод возвратно-поступательного действия (насос–гидроцилиндр) и вращательного движения (насос-гидромотор). Первый из них широко применяют в очистных и проходческих комбайнах, погрузочных машинах, механизированных и индивидуальных крепях для очистных работ, экскаваторах, буровых установках, погрузочно-доставочных машинах, второй – для передвижения очистных и проходческих комбайнов, погрузочных машин, бурильных установок и др. В гидросистемах горных машин применяют два основных типа рабочих жидкостей: минеральные масла и водомасляные эмульсии. В гидроприводах очистных и проходческих комбайнов, погрузочных машин и скребковых контейнеров используют минеральные масла, а в гидроприводах механизированных крепей – водомасляные эмульсии. Основным агрегатом гидропривода является насос, преобразующий механическую энергию двигателя привода в энергию потока рабочей жидкости, перемещаемой под давлением. По роду привода насосы выполняют с ручным или механическим (электрическим или пневматическим) приводом. Насосы с ручным приводом используют в гидравлических стойках индивидуальных крепей, домкратах. Остальные насосы с механическим приводом. По способу регулирования насосы бывают постоянной и переменной подачи. По конструктивным особенностям насосы разделяют на шестеренные, лопастные и поршневые, аксиально-поршневые и радиально-поршневые. Шестеренные наосы из-за простоты конструкции, малых габаритов и массы получили широкое распространение в гидросистемах горных машин. Лопастные насосы имеют рабочий орган в виде ротора и применяются в гидросистемах проходческих комбайнов, погрузочных машин и буровых установок. Радиально-поршневые насосы нашли применение в гидроприводах очистных и проходческих комбайнов, механизированных крепей и погрузочных машин и др. Аксиально-поршневые насосы постоянной и переменной подачи получили распространение в очистных и проходческих комбайнах.

В гидросистемах горных машин гидромоторы применяют в механизмах подачи очистных комбайнов, механизмах передвижения проходческих комбайнов, погрузочных машин и др. Гидромотор, несмотря на различное назначение в основном существенно не отличается от насосов соответствующего типа (обратные гидравлические машины). Гидроцилиндры – это объемные гидродвигатели с прямолинейным ограниченным по величине возвратно-поступательным движением. Они надежны в работе и просты. По назначению гидроцилиндры делятся на гидроцилиндры общего назначения, регулирования исполнительных органов горных машин (поршневые), механизированных крепей (плунжерные), передвижения механизированных крепей, струговых установок и скребковых конвейеров. В системах гидроприводов горных машин применяется регулирующая и распределительная аппаратура, обратные и предохранительные клапаны, распределители, дроссели, реле давления, гидроаккумулятор. А для очистки рабочей жидкости в системах гидропривода применяют пластинчатые и сетчатые фильтры. Для защиты электродвигателей и трансмиссий горных машин от перегрузок плавного пуска, снижения динамических усилий во всех режимах работы приводов применяются гидромуфты. Гидромуфты нашли широкое применение для передачи крутящего момента от электродвигателя к редуктору в приводах горных машин и оборудования различного напряжения [15].

90

91

Вопросы для самопроверки 1. Какими способами механизировалась добыча угля подземным способом. 2. Когда и кем была спроектирована первая врубовая машина. 3. Труд скольки забойщиков заменяет врубовая машина. 4. Что представляет «вруб». 5. В какой части пласта делается вруб. 6. Как выглядит врубовая машина. 7. При помощи чего врубовая машина движется по забою. 8. Какие размеры имеют плоский и высокий вруб. 9. Для каких целей стали применять врубовые машины с изогнутым и кольцевым баром. 10. Опишите конструкцию первых очистных комбайнов. 11. По каким причинам перешли с врубовых машин на комбайны.

12.

Когда и кем был сконструирован первый очистной ком-

байн. 13. Чем отличался комбайн А.К. Сердюка от комбайна А.И. Бахмутского 14. Опишите конструкцию комбайна С.С. Макарова. 15. Для каких углей создал свой комбайн А.Д. Гридин. 16. Кто из конструкторов впервые создал широкозахватные комбайны. 17. Опишите комбайн «Донбасс» авторы А.Д. Сукач, В.Н. Хорин, М.Ф. Горшков. 18. Назовите область применения ряда модификаций комбайна «Донбасс». 19. В каком направлении шла последующая разработка очистных комбайнов. 20. По каким причинам перешли на узкозахватную технику. 21. Какие комбайны применяются в настоящее время. 22. Для каких целей применяются струговые установки. 23. Каким образом работает струг. 24. На каких пластах применяются струговые установки. 25. Какими способами началась доставка угля после 30-х годов прошлого столетия. 26. Кто спроектировал отечественный качающийся конвейер. 27. Когда начато производство первых скребковых конвейеров. 28. Опишите конструкцию скребкового конвейера СТ-11. 29. Как перемещается горная масса скребковыми конвейерами. 30. Назовите конструкторов скребковых конвейеров. 31. Назовите семейство передвижных скребковых конвейеров. 32. Какими материалами крепились очистные забои в начале прошлого века. 33. Объясните термин «управление кровлей». 34. Какими способами производят управление кровлей. 35. Какие металлические стойки применялись при отработке лавы широкозахватными комбайнами. 36. Когда стали разрабатывать передвижные крепи. 37. Опишите конструкцию металлического оградительного щита Н.А. Чинакала. 38. Для каких условий разработал щитовую крепь И.А. Журавлев. 92

39. Какую идею подал, а потом реализовал для отработки очистных забоев А.Д. Гридин. 40. Назовите типы механизированной крепи применяемой в настоящее время. 41. Дайте описание комплектной крепи. 42. Опишите агрегатную крепь. 43. Чем отличаются комбайны, применяемые на крутых пластах. 44. Назовите конструкторов комбайнов для крутых пластов. 45. Назовите породопогрузочные машины для проходки горных выработок. 46. Какие виды энергии используются на породопогрузочных машинах. 47. Какие буровые механизмы применяются на шахтах и рудниках. 48. Назовите конструктора первого проходческого комбайна. 49. Какие проходческие комплексы применяются в настоящее время. 50. Для каких целей разработаны сбоечно-буровые машины. 51. Какие комбайны применяются для проходки стволов. 52. Какие типы электровозов применяются на подземных горных работах. 53. По каким причинам перешли на выпуск аккумуляторных электровозов. 54. Чем вызван переход на конвейерный транспорт. 55. Какие виды лент применяются для ленточных конвейеров. 56. Назовите конструкторов ленточных конвейеров. 57. Дайте определение гидроприводу. 58. Какие виды гидропривода применяются на горных предприятиях 59. Из каких элементов состоит гидропривод. 60. Какие способы регулирования гидропривода применяются на горных машинах. 61. Дайте определение гидроцилиндру. 62. В каких механизмах применяются гидроцилиндры.

93

5.2. Горные машины для открытых горных работ 5.2.1. Общие сведения В древние времена, когда не было специальных механизмов и машин, открытым способом разрабатывались только месторождения, залегающие неглубоко от поверхности земли. Но таких месторождений было мало, и вскоре все они были выработаны. Открытый способ был полностью заменен подземным. Только внедрение горно-выемочной техники позволило вернуться к открытому способу разработки месторождений. Технология добычи угля открытым способом создает условия для широкой механизации. Открытые разработки – это подлинное царство экскаваторов. После первой мировой войны вскрышные работы выполнялись с применением лома, кайла, кирки и лопаты. Пустые породы на отведенные для отвалов участки доставлялись вручную тачками или лошадьми на «грабарках» или «колымажках». На добыче применяли кирку, лом и порохострельные работы. Скважины или шпуры для закладки взрывчатых веществ бурили вручную «толкушами», реже бурильными молотками. На нескольких карьерах вагонетки с полезным ископаемым доставлялись на разгрузочную эстакаду при помощи паровой лебедки рудоподъемника и далее разгружались в железнодорожные вагоны. Все оборудование на карьерах и разрезах было зарубежное. В конце 1920 г. было закуплено за границей 10 одноковшовых экскаваторов завода «Артур-Коппель». По всей стране в то время на добыче руды использовались около 30 одноковшовых экскаваторов фирмы «Марион» с объемом ковша 1,9 м3 и радиусом разгрузки 20,5 м и паровые экскаваторы с вертикальным котлом системы Шухова. 5.2.2. Буровая техника В середине 20-х годов впервые на карьерах появились буровые станки. Ими бурили неглубокие шпуры. На карьерах Днепростроя в 1927 г. на смену ручному бурению пришло механическое. Стали применяться перфораторы различных типов и ударно-канатные станки зарубежного производства типа «Стар» и «Сандерсон» (рис. 5.21).

94

Рис. 5.21. Первые станки ударно-канатного бурения на Урале. 1925 г.

В 1932 г. свердловский завод «Металлист» освоил выпуск станков ударно-канатного бурения «Металлист» (конструкторы Н.В. Мельников и П.Л. Слесаренко, Свердловский горный института). Первый советский ударно-канатный станок «Металлист» имел надежную конструкцию и получил широкое распространение на карьерах и разрезах. Шпуры для вторичного взрывания бурили перфораторами НР-2, НК-1, НК-2, ПБ, ПЕ, ПС. Для перфораторов стали использовать буровые коронки, армированные твердыми сплавами: победит-13, Р-8, Р-12, Р-15. В 1931 г. впервые применен отечественный долотозаправочный станок «Джиль». До этого заправка затупленных долот производилась вручную. В 40-е годы на заводе им. Воровского было налажено производство станков колонкового типа. Наступает качественно новый период

95

развития отечественной буровой техники, импорт буровых станков прекращается полностью. В 40-е годы уральскими заводами стали выпускаться станки ударно-канатного бурения БУ-2 и «Уралец», Одновременно велись работы по усовершенствованию ударно-канатных станков на Магнитогорском ремонтном заводе горно-транспортного оборудования. Были выпущены станки «Уралец БУ-2» с диаметром долота 230 мм, которые начали изготавливаться серийно в 1944-1945 гг. А начале войны зародилась идея внедрения на открытых работах вращательного бурения скважин. Выдвинул эту идею бурильщик Богуславского карьера рабочий-изобретатель Матушкин в1940-1941 гг., а инженер А.И. Левковский в 1943 г. создал станок вращательного бурения со шнеком. Этим станком бурили скважины диаметром 150 мм и глубиной 25–30 метров. Производительность по сравнению с ударно-канатным бурением по породам средней крепости увеличивалась в 2-4 раза. В 1949 г. Карпинский завод наладил серийное производство буровых станков вращательного бурения типа ПБС-110/25, а затем БСН. Применялся он в основном на вскрышных работах для бурения скважин в вечной мерзлоте. В 1949 г. создан новый, более мощный станок ударно-канатного бурения БС-1. Ручной процесс свинчивания долот был полностью механизирован. В этом же году к станку БУ-2 было создано приспособление ПВБ-150 для бурения пород средней крепости. В 1955-1959 гг. сконструирован ряд новых моделей станков с погружными пневмоударниками БМК-4 и СБМК-5 для бурения скважин диаметром 105 мм. С 1959 г. налаживается серийный выпуск станков пневмоударного типа. В 1956 г. Н.В. Мельников, Б.А. Симкин, В.Д. Буткин и др. начали исследования для проектирования высокопроизводительных станков шарошечного типа. На основе этих исследований был разработан шарошечный станок с диаметром шарошечного долота 145 мм, а конструкторы В.П. Кондратенко, В.П. Савченко и другие создали шарошечные станки СВБК с диаметром долот 145, 190, 214 мм. В 1957 г. Коркинский завод выпустил первый шарошечный станок СВБК-150. На его основе в1959 г. был создан новый типоразмер станка СВБК-200 с производительностью 60-80 м в смену. Конструкторы «Гипроникеля», руководимые В.И. Бекушевым, создали в 1959 г. станок БАШ-250, с диаметром шарошечного долота 269 мм. В 1962 г. Всесоюзным научно-исследовательским институтом буровой техники были созданы необходимые конструкции штыревых долот типа ОК, а машиностроительные заводы начинают массовый выпуск станков шарошечного бурения типа БСВ-2Е, БСШ-1М, П-25, БАШ-

250. В течение пяти лет с начала внедрения станков шарошечного бурения все модели претерпели существенные изменения, позволяющие снизить время вспомогательных операций, таких как наращивание бурового става, перехват патрона, увеличить крутящий момент и осевое давление. В 1964 г. «Гипроуглеавтоматизацией» создан самоходный станок СБШ-200, предназначенный для бурения вертикальных и наклонных скважин, а «ЦНИИподземшахтостроем» - станок СБШ-250. Лучшие из созданных в 60-х годах опытных моделей шарошечных станков явились базовыми для выпуска серийных станков 1СБШ-200 (БСВ-3)∗, 2СБШ-20 (БСШ-2М), СБШ-250(П25), СБШ250/320 (БАШ-250). В 70-х и 80-х годах продолжается работа по совершенствованию станков шарошечного бурения, и в настоящее время заводы впускают четыре типоразмера станков СБШ-200, которые бурят скважины диаметром 215 и 244 мм. Это станки 2СБШ-200-32, 2СБШ-200-40, 4СБШ-20040 и 3СБШ-200-50 (последние две цифры обозначают глубину бурения в метрах). Станки СБШ-250 имеют два типоразмера - СБШ-250 МНА-32 и СБШ-250-55, диаметр бурильных скважин составляет 244 и 269 мм. Для бурения скважин диаметром 320 мм и глубиной 36 м выпускают станок СБШ-320, который, как и станок СБШ-200-32, бурит только вертикальные скважины. Большинство станков обеспечивают усилие подачи бурового става на забой до 300 кН и более, станок 2СБШ-200-32 – до 250, станок СБШ-250-55 – до 350 и станок СБШ-320 до 600 кН. Все станки снабжены винтовыми компрессорами для продувки скважин и имеют гусеничное ходовое оборудование. На рис. 5.22. представлен буровой станок СБШ-250МНА-32. Станки СБШ предназначены для бурения вертикальных и наклонных скважин в сухих и обводненных монолитных и трещиноватых породах с коэффициентом крепости ƒ ≤ 16-18, диаметром 215-320 мм и глубиной 32-60 м. Буровое оборудование состоит из става буровых штанг, изготовленных из цельно тянутых труб и шарошечного долота. Наибольшее распространение получили трехшарошечные долота. При вращении бурового снаряда и большом осевом усилии шарошки долота, перекатываясь по забою скважины, разрушают его своими зубьями. Для удаления буровой мелочи из скважины шарошечное долото имеет каналы, по которым на забой скважины поступает воздух или воздушно-водяная смесь.

96

97

∗ в скобках указаны прежние названия станков

В лапах долот предусмотрены клапаны для обдува опор шарошек. Воздух или воздушно-водяная смесь подается через буровые штанги, которые имеют для этой цели специальные штуцеры и ниппели. Буровой станок СБШ-250МНА-32 имеет машинное отделение 5, гусеничный ход 8, кабельный барабан 7, мачту 3 и опоры для ее крепления 2. Все узлы рабочего органа смонтированы на мачте. Основной из них: вращательно-подающий механизм развинчивания штанг. Заваливание мачт при переездах станка осуществляется двумя гидродомкратами 4. При работе станок горизонтируется тремя гидродомкратами 6. На левой стороне станка находится кабина машиниста 1. В машинном отделении размещены маслостанция, насос для орошения скважины. Станок имеет винтовой компрессор для интенсивной продувки скважины. Особенности станка: тиристорный привод вращения станка, система автоматического регулирования производительности компрессора, механизм свинчивания-развинчивания буровых штанг, обеспечивающий процесс наращивания става из кабины машиниста без применения ручного труда. Были достигнуты определенные успехи путем повышения эффективности бурения скважин в крепких и весьма крепких абразивных породах, имеющих кремнистое образование и высокий коэффициент теплопередачи, внедрения огневого (термического) способа бурения. Научные сотрудники Казахского политехнического института под руководством А.В. Бричкина продолжили работу по разработке методов и средств термического бурения. Были усовершенствованы конструкции горелок (трехсопловые ТБ-100-8 с диаметром калибра 100 мм для бурения скважин 130-180 мм, односопловые ТБ-95 с диаметром калибра 95 мм и односопловые ТБР-34 и ТБР-52 с диаметрами калибров 34 и 52 мм), которые показали устойчивые скорости бурения. Характерной и весьма линией современного развития буровой техники является ее унификация. Горное машиностроение освоило производство типажных станков: для механического способа бурения – восемь типоразмеров и десять моделей (4 – шарошечного, 4 – ударно-вращательного, 2 – шнекового), для огневого способа – два типоразмера. Станки рассчитаны на бурение скважин, диаметром 105, 125, 160, 200, 250 и 320 мм глубиной до 32-40 м. Семь типов станков могут бурить наклонные скважины под углом от 90 до 600 к горизонту. Происходящий процесс изменения структуры парка буровых станков отражает тенденцию создания различных типов станков для конкретных горно-технологических условий. Рис. 5.22. Буровой станок СБШ-250МНА-32

98

99

5.2.3. Экскаваторы В начале ХХ в. одноковшовые экскаваторы, применявшиеся на открытой разработке угольных месторождений, представляли собой паровые механические лопаты, емкостью ковшей 0,5-2,3 м3 (рис. 5.23).

С 1927 г. на карьерах Днепрогэса работали самые современные электрические экскаваторы «Марион-4160» с ковшом емкостью 3,05 м3, а также паровые и дизель электрические «Марион-37». В это же время на других карьерах применялись электрические экскаваторы «Бюсайрус-120В» с ковшом емкостью 3,05 м3, «Марион4120» с ковшом 2,29 м3 и «Бюсайрус-50В» с ковшом емкостью 1,34 м3. В середине 20-х годов советские ученые и инженеры успешно работали над созданием отечественных экскаваторов. В 1926 г. А.К. Лапин разработал оригинальную конструкцию экскаватора. Завод «Красный путиловец», ныне Кировский завод, начал их производство (рис. 5.24).

Рис. 5.23. Паровой экскаватор, 1925 г.

У одноковшового экскаватора ковш жестко связан со стрелой и в работе чем-то напоминает ухватки землекопа, вооруженного обычной лопатой. Этот экскаватор так и называется - «механическая лопата». Изза жесткости связи механическая лопата может брать грунт не ниже уровня площадки, на которой стоит машина. На 1 октября 1922 г. государственная экскаваторная контора имела уже на учете 150 экскаваторов, 57 машин работали на эксплуатируемых и строящихся карьерах. Имеющиеся тогда иностранные модели многочерпаковых малопроизводительных экскаваторов с небольшими режущими усилиями (не более 20-25 кг на 1 см режущей кромки) в основном применялись на приисках. В 1926-1928 гг. начался период развернутого технического вооружения карьеров современной техникой, в основном приобретенной за рубежом. 100

Рис. 5.24. Паровой экскаватор, начало 30-х годов

Тогда же на «Красном путиловце» была создана экскаваторная группа, которая в 1930 г. закончила проектирование нескольких экскаваторов с ковшами емкостью от 0,35 до 3 м3 на гусеничном ходу и экскаватор на колесном ходу с емкостью ковша 2,5 м3. В 30-х годах основные потребности горной промышленности в технике и механизации начали удовлетворяться за счет отечественного горного оборудования. 101

В конце 1931 г. Воткинским заводом был создан опытный образец советского экскаватора М-III-II. В это же время Кировский завод начал выпуск паровых железнодорожных машин «Кировец» (рис. 5.25). В декабре 1932 г. костромской завод «Рабочий металлист» построил универсальный экскаватор ППГ-8. московский завод «Красный металлист» и киевский «Красный экскаватор» приступили производству многоковшовых экскаватор малой мощности на железнодорожном ходу. .

Рис. 5.26. Полноприводный паровой гусеничный экскаватор ППГ-1,5 образца 1932 г.

Рис. 5.25. Паровой экскаватор «Кировец» на железнодорожном ходу образца 1931 г.

В 1934-1935 гг. заводы страны приступили к серийному выпуску экскаваторов с ковшами емкостью 1,0-1,5 м3. Ковровский завод экскаваторов освоил производство парового гусеничного экскаватора ППГ с ковшом емкостью 1,5 м3 (рис. 5.26). Костромской завод стал выпускать универсальный дизельный гусеничный экскаватор ЛК-А с ковшом 0,5 м3. С 1936 г Уральский завод тяжелого машиностроения УЗТМ приступил к производству мощных электрических гусеничных экскаваторов типа УЗТМ-IY-Э с ковшом емкостью 3 м3. Выпуск «Уралмашем» экскаваторов (С7-З, а затем ЭКГ-4) и буровых станков ударно-канатного бурения обеспечил на карьерах и разрезах замену устаревшего импортного оборудования более современным отечественным. 102

В 1936-1940 гг. на отечественных заводах изготавливались одноковшовые экскаваторы на гусеничном ходу марок IY-Э или СЭ-З с электрическим приводом; «Ковровец», ППГ, М-III-II, М-II-II с паровым двигателем и ЛК-А с дизельным приводом. В 1937 г. отечественные заводы выпустили 522 экскаватора. Экскаваторы ЛК-А зарекомендовали себя на рудных карьерах настолько хорошо, что применялись на карьерах и в послевоенные годы. В 30-е годы впервые в стране на руднике «Полпинский-1» были использованы многочерпаковые экскаваторы (поворотные рельсовые – на вскрыше, неповоротные рельсовые – на добыче). В октябре 1933 года специальная экспертная комиссия приняла проект многочерпакового экскаватора, разработанного конструкторским трестом НКТП УССР (главный конструктор В.А. Голяковский). Карпинский завод первым в стране освоил производство шагающих экскаваторов с ковшом емкостью 3,4 м3, что имело большое значение для внедрения бестранспортной системы разработки.

103

В 1943 г. на угольных разрезах Урала были начаты работы по переоборудованию паровых и дизельных экскаваторов. На первой стадии на экскаваторы ставили электродвигатели переменного тока, но эта схема оказалась жесткой. Позднее переоборудование стали выполнять по системе Леонардо, что дало возможность использовать двигатели постоянного тока, которые легко регулируются. Опыт угольных разрезов был распространен на другие предприятия. Модернизация экскаваторного парка принесла большой экономический эффект. В 1947 г. началось возрождение прерванного войной экскаваторостроения. Группа Б.И. Сатовского сконструировала, а Уральский завод тяжелого машиностроения выпустил экскаватор СЭ-З, который имел высокие усилия и скорости рабочих движений, независимый привод ходового механизма, расположенный на нижней раме, оригинальную конструкцию генератора привода, питающих его два поворотных двигателя; кольцевой (для напряжения 6 кВ) и токоприемник. По проекту Н.В. Мельника, Н.А. Малевича и группы инженеров в 1947 г. Копейским и Карпинским заводами изготовлено несколько шагающих экскаваторов типа драглайн ЭШ-1 с ковшом 3,4 м3, длиной стрелы 38 м. Шагающий экскаватор не имеет гусениц (рис. 5 27). Он стоит на большой круглой опоре и передвигается посредством лыж, расположенных по бокам экскаватора Когда экскаватору нужно передвинуться вперед, лыжи опускаются, выдвигаются вперед и обеспечивают новую опору для экскаватора. В действие приходят насосы. Они подтягивают экскаватор к лыжам. Огромная машина приподнимается над землей и, опираясь на лыжи как на костыли «шагает» вперед. Когда экскаватор передвинется, лыжи возвращаются в исходное положение, машина опять стоит на круглой опоре. Так, шаг за шагом передвигается эта машина. Ковш подвешен к подъемному канату цепями и соединен с тяговыми канатами. Драглайны обычно применяют для разработки забоев, расположенных ниже уровня стояния экскаватора и, как правило, работают в отвале. Конструкция шагающих экскаваторов имеет целый ряд оригинальных решений: облегченная стрела мачтово-винтовой конструкции, гидравлический ходовой механизм. В 1946 г. под руководством А.С. Реброва был создан новый дизельный экскаватор Д-107 с ковшом емкостью 0,5 м3, а в 1947 г. началось их серийное производство под маркой Э-506.

104

Рис. 5.27. Шагающий драглайн ЭШ-14/65, 1950 г. С 1948 г началось создание мощных экскаваторов. На УЗТМ под руководством Б.И. Сатовского развернулась работа по созданию шагающего экскаватора ЭШ-14/65. На заводе Новокраматорский машиностроительный завод НКМЗ под руководством Н.И. Бабича выпускается вскрышной экскаватор ЭГЛ-15 (рис. 5.28). Совершенствование экскаваторов происходило по линии увеличения их производительности. Отечественное экскаваторостроение особенно интенсивно развивалось в послевоенные годы. В его истории можно выделить следующие этапы: первый с 1936 по 1946 гг., второй с 1946 по 1960 гг. и третий современный. В 50-х годах созданы мощные шагающие экскаваторы ЭШ14/75, ЭШ-20/65, ЭШ-15/90 и модель ЭШ-25/100 с ковшом емкостью 25 м3 и длиной стрелы 100 м, тогда же модель ЭШ-14/75 по параметрам была доведена до модели ЭШ-15/90. В эти же годы карьеры оснащаются новыми одноковшовыми экскаваторами главным образом экскаваторами СЭ-З. В 1950-1955 гг. увеличилось количество вскрышных экскаваторов с емкостью ковша от 3 до 5 м3.

105

ватор ЭРГ 1600/40/10.31, ленточные конвейеры с лентой 1600 мм и отвалообразователь ОШ-4500/90 с длиной консоли 90 м. Мощные многоковшовые экскаваторы снимают, пустую породу, и передают ее на конвейеры. Ленточными конвейерами транспортноотвального моста порода переносится к отвалу на противоположную сторону карьера. Так слой за слоем снимается порода, обнажая пласт угля.

Рис. 5.28. Вскрышная лопата ЭГЛ-15, 1950 г.

В 1956-1960 гг. на УМТЗ были созданы экскаваторы ЭКГ-4, ЭКГ-5, ЭКГ-8 с улучшенными, по сравнению с СЭ-3, конструктивными параметрами и экономическими показателями. Экскаваторы ЭКГ-4 (в последующем ЭКГ-4,6) и экскаватор ЭКГ-8 стали основными моделями одноковшовых экскаваторов, применяемых на карьерах и в настоящее время. Тогда же появились роторные экскаваторы на глиняных карьерах, а затем на рудных. Впервые применяют роторные экскаваторы на карьерах для добычных работ. К 1955 г. на Часов-Ярском карьере была разработана конструкция вскрышного экскаватора РВ-1, который развивал усилия резания на зубьях ковша до 4500 кг, что позволило снимать стружку толщиной до 0,5 м. В 1956-1957 гг. под руководством Н.В. Мельника разработан первый типоразмерный ряд оборудования непрерывного действия и типовая схема его применения для открытых разработок. На этой основе НКМЗ создал комплекс машин непрерывного действия: роторный экска106

Рис. 5.29. Многоковшовые экскаваторы: а – цепной: 1 – цепь; 2 – ковшы; 3 поддерживающие конструкции; 4 деррик-кран; 5 – надстройка; 6 – поворотная платформа; 7 – ходовой механизм; 8 – рельсовый путь; 9 – ленточный конвейер; 10 – бункер; б – роторный: 1 – роторное колесо; 2 – стрела; 3 – поддерживающий механизм;4 – перегружатель; 5 - кабина

107

Многоковшовые экскаваторы выпускаются двух типов: цепные и роторные (рис. 5.29, 5.30). Отечественная промышленность выпускается только роторные. В 1959-1960 гг. Донецкий завод им. ЛКСМУ начал выпускать роторные экскаваторы с производительностью 1500 м3/час, работающие в комплексе с конвейерными линиями и отвалообразователями. В 1963 г. УЗТМ выпустил опытный образец экскаватора ЭКГ-4,6 в северном исполнении, а в 1965 г. Норильским горно-металлургическим комбинатом было завершено рабочее проектирование модели экскаватора ЭКГ-4,6АС для применения в условиях Крайнего Севера.

В 1964 г. на УЗТМ был завершен технический проект сверхмощного экскаватора ЭШ-80/100 и его варианта ЭШ-50/125 с ковшами мощностью 80 и 50 м3 и длиной стрелы 100 и 125 м. На НКМЗ были выпущены экскаваторы – вскрышные лопаты ЭГЛ-15, ЭВГ-35/65. Развитие мощной вскрышной техники расширило область применения бестранспортной системы (открытой) разработки, высота вскрышных уступов возросла почти вдвое. В последнее время выпускаются следующие модели драглайнов: ЭШ-5/45, ЭШ-11/70 (модификация ЭШ-13/50), ЭШ-15/90 (модификация ЭШ-20/75), ЭШ-25/100, ЭШ-80/100. На основе разработок академика Н.В. Мельникова подготовлен к выпуску экскаватор ЭШ-40/85, который должен заменить драглайн ЭШ25/100. Эксплуатация роторной техники показала ее безусловные преимущества: меньшие капитальные и эксплуатационные расходы на 1 м3 вскрыши, а также возможность достижения высокой годовой производительности при сравнительно небольшом возрастании капитальных удельных и эксплуатационных расходов. В 1960 г. отечественная промышленность выпустила транспортноотвальные комплексы, состоящие из роторного экскаватора ЭРШР-

5000

40

и отвалообразователя ОШР-5000/185, экскаватора ЭР- 400

7 отвалообразователя II 1600

Рис. 5.30. Роторный экскаватор ЭРШРД-5000 в разрезе «Богатырь»

УЗТМ в 1965 г. выпустил первые экскаваторы ЭКГ-4,6А. Модернизация экскаватора позволила увеличить в 1,5 раза гарантийный срок его работы (с 12 до 18 месяцев) и повысить производительность на 5-7%. Ижорский завод им. Жданова освоил модель ЭКГ-8И и построил опытный образец мощного карьерного экскаватора ЭКГ-12,5 со стандартным ковшом емкостью 12,5 м3 и сменными ковшами емкостью 10 и 16 м3. На базе этой машины разрабатываются ее модификации с удлиненным оборудованием ЭКГ-10(УС) и ЭКГ-6(У) с ковшами емкостью 10, 8 и 6,3 м3. 108

17

и

1,5 15

. 7 Большой вклад в создание техники непрерывного действия на карьерах внесли Н.В. Мельников, М.Г. Потапов, К.Е. Виницкий, Н.Г. Домбровский, А.С. Красников, Г.Е. Зайченко, В.С. Меньшов, А.И. Шендеров и др. Дальнейшее совершенствование машин, входящих в состав комплексов непрерывного действия, будет осуществляться по пути создания более надежных конструкций и снижения их веса. В настоящее время на карьерах страны используются следующие одноковшовые экскаваторы: ЭКГ-4У, ЭКГ-4,6А, ЭКГ-5А, ЭКГ-8И, ЭКГ-6,3УС, ЭКУ-6,3У, ЭКГ-12,5, ЭКГ-15, ЭКГ-20А; драглайны ЭШ6,5/45У, ЭШ-11/70У, ЭШ-13/50У, ЭШ-14/50У, ЭШ-20/90, ЭШ-25/100А, ЭШ-40/85, ЭШ-100/100. Многоковшовые экскаваторы ЭР-630, ЭР-1250, ЭР-12500Ц, ЭРШР-5000, ЭРП-5250, ЭРП-6500.

109

5.2.4. Выемочно-транспортные и транспортные средства В 1920 г. на горных предприятиях для выдачи полезного ископаемого использовался гужевой транспорт. Редкие механизированные транспортные средства, такие, как подвесные канатные дороги, выполняли второстепенную роль. В 1927 г. карьеры начали оборудовать кабель кранами, причем в основном с металлическими башнями (рис. 5.31); подъемниками системы гумбольт, поднимавшими из карьера несколько вагонеток одновременно; скиповыми подъемниками (рис. 5.32). На транспортировке руды применялись двенадцатисильные паровозы типа «кукушка» и коппелевские полуторатонные тонные вагонетки (рис. 5.33). В 1929 г. на Высокогорском руднике был введен в эксплуатацию первый паровоз, а устаревшие полуторатонные вагонетки заменились на 10 тонные двухкузовные вагонетки «Орнштейн-коппель». В это же время за рубежом были закуплены электровозы типа «Савильян» со сцепным весом 70 тонн: думпкары «Магор» емкостью 27 м3 и путепередвижчики «Норберг». В 1930 г Торецкий завод освоил выпуск думпкаров грузоподъемностью 20 тонн, а Сормовский завод – 40 тонн. Реконструкция карьерного транспорта шла по линии применения нового отечественного железнодорожного оборудования. С 1938 г. начался выпуск думпкаров грузоподъемностью 40 и 60 т типа «открытый борт» с пневматическим приводом опрокидывания на обе стороны. На карьерах появились отечественные 100 тонные шестиосные гондолы (рис. 5.34). В предвоенные годы работы по транспортировке руды и вскрышные работы были очень дорогими и трудоемкими. В значительной степени это было обусловлено тем, что передвижка путей не была механизирована и проводилась вручную. Механизация этих звеньев производственного процесса началась в карьерах в 1940-1941 гг. Для передвижки стали применяться путепередвижные машины отечественного производства (рис. 5.35), а на отвалах использовались путепередвигатели системы «Нордберг». С 1935 г. на карьерах Урала стали использоваться ленточные конвейеры РТ-20 и РТ-30 с лентой шириной 700 мм. Автомобильный транспорт впервые был применен в песчаных карьерах в 1932-1935 гг., это были бортовые машины с ручной разгрузкой и автосамосвалы грузоподъемностью до 3 тонн. Рис. 5.31. Кабельные краны: а - с подвижными башнями; б – качающимися; в - с башней, перемещающейся по круговому пути; 1, 2, 3 – канаты; 4 – передвижные ролики; 5 – металлические башни

110

111

Рис. 5.33. Паровой экскаватор на железнодорожном ходу и узкоколейный состав с паровозом «кукушка» в карьере. Урал, 30-е годы

Рис. 5.32. Электрический скиповой подъемник на асбестовых разработках. Урал, конец 20-х годов

112

Рис. 5.34. Схемы вагонов, используемых на карьерах

113

В 40-х годах на отдельных карьерах стали практиковаться изготовленные своими силами отвальные плуги. Несмотря на конструктивные недостатки, они значительно способствовали снижению трудоемкости и удешевлению отвальных работ. В последующие годы появились плуги «Урал» с пневматическим управлением, за ними мощные плуги типа МОП-1. С 39-го года стали применяться конвейерные отвалообразователи. Первый отечественный отвалообразователь с консолью 30 м (бандваген) был изготовлен в 1934 г. механическими мастерскими Лопатинского рудника. В мастерских Полпинского карьера был изготовлен второй отвалообразователь с консолью длиной 36 м, он успешно работал в 19351936 гг. Механизации отвальных и одновременно дорожных работ на карьерах способствовал выпуск отечественной промышленностью бульдозеров марки БГ, МБ, БГМ. Все они работали с самыми мощными тракторами.

В 40-е годы был налажен выпуск специализированных ленточных конвейеров РТ-60 с шириной ленты 900 мм, предназначенных для карьеров и путеподъемников непрерывного действия «Металлист». В 1947 г. в Министерстве угольной промышленности была сформирована группа специалистов – А.А. Сущенко, Е.Б. Стахевич, Г.П. Егурнов, Ю.С. Подэрни и др. под руководством Н.В. Мельникова. Они разработали комплексы горных и транспортных машин для открытых горных работ. В 1946-1947 гг. был освоен выпуск более мощных транспортных средств. К числу нового транспортного оборудования, прежде всего, относились электровозы IY-КП-1 со сцепным весом 80 тонн. Применение этих электровозов положило начало широкой электрификации карьерного железнодорожного транспорта. В 1948-1949 гг. на некоторых карьерах применялись 150-тонные электровозы постоянного тока фирмы «Сименс-Шуккерт». Началась замена маломощных паровозов сери Ов, Од, Р, использовавшихся на вскрышных работах, на более мощные магистральные серии Е, Э, ЭМ, Со, ЭР, Тр-12. В 1949 г. наряду с выпуском электровозов СО-У-КП-2 были разработаны новые серии IY-КП-1А для напряжения сети 1650 В и IY-КП2А – 825 В. В 1948-1951 гг. на карьеры пришли автосамосвалы ЗИС-585, МПЗ-205, ЯАЗ-210Е, МАЗ-525 с грузоподъемностью соответственно 3, 5, 10 и 25 т. Расширилась механизация отвальных работ. Челябинский завод им. Колющенко наладил в 1947 г. выпуск бульдозеров ОКБ-1-36 с производительностью 30 м3/час, при перемещении породы ножом на 50 м, тракторных скреперов Д-147 емкостью 8 м3 с трактором С-80, производительностью 4850 м3/час при дальности перемещения груза до 100 м. Механизация отвальных работ шла в основном по линии внедрения экскаваторных отвалов. К 1949-1950 гг. одноковшовые экскаваторы укладывали в отвал уже основную массу транспортной вскрыши. Для увеличения производительности вскрышных работ совершенствуются и конструкции отвалообразователей. Первые типы ОР-1 и ОР-2 соответствовали производительности одноковшовых экскаваторов, а ОР-З – роторных РС-250 и РС-450. Отвалообразователь – гигантский мост на двух высоких металлических устоях, отстоящих один от другого на расстоянии 200 м. Длинная металлическая ферма моста (рис. 5.36) выходит за пределы ее опоры. Этот ее конец представляет собой стрелу выноса и простирается на несколько десятков метров. Опоры моста оканчиваются катками и передвигаются по рельсам. Рабочей частью моста являются ленточные конвейеры. Главный конвейер проходит по верху металлической фермы.

114

115

Рис. 5.35. Путепердвигатель на Североуральских бокситовых карьерах, Урал, 1947 г.

На Часов-Ярском карьере в 1955 г. была изготовлена конструкция консольно-ленточного отвалообразрвателя на шагающем ходу ОШ-1. В 1960-1961 гг. для непосредственной передачи грунта от роторного экскаватора в выработанное пространство при обработке нижнего уступа изготовлен отвалообразователь ОШР-4500/180 с отвальной консолью в 180 м. Консоль этого отвалообразователя представляет собой конструкцию из шарнирно-сочлененных секций, изготовленных из тонкостенных труб большого диаметра. Сложная вантовая система обеспечивает вертикальную и горизонтальную жесткость стрелы. Впервые в этой машине применено шагающе-рельсовое ходовое оборудование. В 1961-1962 гг. был создан транспортный отвальный мост на шагающем ходу ОМГШ-50/500. На карьеры СССР в 1951 г. из Чехословакии поступили электровозы типа 13Е-1 с цепным весом 150 тонн, а в 1954 г. электровозы 21Е-1, из ГДР – электровозы постоянного тока EL-1 и EL-2 со сцепным весом 150 и 100 т соответственно. В 1962 г. Днепропетровский электровозостроительный завод (ДЭВЗ) изготовил опытные образцы четырехосного маневрового электровоза Д-100 (сцепной вес 92 т) и ДМ-100М. А в 1964 г. этот же завод изготовил опытный образец электровоза переменного тока Д-94 со сцепным весом 94 т напряжением 1750 В. В этом же году создан опытнопромышленный образец тягового агрегата, состоящего из электровоза со сцепным весом 120 т и двух моторных вагонов-думпкаров со сцепным весом 120 т каждый. Применяемые первоначально электровозы переменного тока Д-100М в 1968-1969 гг. были заменены на дизельэлектрические аппараты EL-10 производства ГДР. Передвижная контактная сеть, расположенная в карьере и на отвале, усложняет работу экскаваторов, повышает стоимость электрификации карьерного транспорта и затрудняет эксплуатацию, так как ее приходится частично демонтировать или передвигать. Ликвидации этих недостатков на карьерном транспорте можно добиться за счет применения тяговых агрегатов с дизель-генераторами. Поэтому Новочеркасский вагоностроительный завод совместно с ИГД им. А.А. Скочинского создали агрегат ОПЭ-1 со сцепным весом 300 т. В настоящее время (рис. 5.37) на карьерах в основном применяются ОПЭ-1, ОПЭ-2, ОПЭ-2М и другие, и тепловозы ТЭМ-1, ТЭМ2, ТЭМ-3, ТЭМ-7. Для транспортировки горной массы используются думпкары, иногда гондолы и хопперы. С 1953 г. Днепродзержинский вагоностроительный завод выпускает 60-тонные четырехосные думпкары, а Калининградский машиностроительный завод – думпкары типа ПБ конструкции Д-50. С 1955 г. он приступил к выпуску думпкаров типа ОБ (откидной борт) конструкции ЭВС-50.

116

Рис. 5.36. Схемы комплексов непрерывного действия на вскрышных работах 1 – роторный или цепной экскаватор; 2, 3 – консольные отвалообразователи

117

В 1954 г. после освоения думпкара З-ВС-50, грузоподъемностью 50 т, был создан опытный образец 90-тонного думпкара с емкостью кузова 48,2 м3. На его базе стали производиться 95-тонные думпкары ВС95. В 1960-1961 гг. Калининградский завод увеличил грузоподъемность думпкаров до 100-120 т – ВС-120, а через год была разработана конструкция и изготовлен опытный восьмиосный думпкар ВС-140 с грузоподъемностью 140 т. Крюковский машиностроительный завод в 60-х годах освоил производство 60-тонных четырехосных цельнометаллических гондол, а Днепропетровский завод выпустил 100-тонную гондолу, рассчитанную на погрузку крупнокусковых материалов весом 2,0-2.5 тонны. В это же время была разработана конструкция 120-тонной гондолы. Для перевозки руд получили применение и хопперы с металлическим сварным или клепаным кузовом. Наиболее распространены 50-, 90-, и 110-тонные хопперы. С 1959 г. Крюковским вагоностроительным заводом начался выпуск 80-тонных шестиосных вагонов типа «Тальбот» с пневматическим управлением механизмами и с двухсторонней разгрузкой. Ведутся исследования и разрабатываются моторные думпкары, пригодные для работы на рельсовых путях при уклонах порядка 80-90%. С середины 60-х годов одним из основных видов транспорта на открытых разработках, особенно при строительстве карьеров и разрезов стал автомобильный. В 50-х годах отечественная автомобильная промышленность наладила выпуск 5-и 10-тонных самосвалов МАЗ-205 и ЯАЗ-222, а затем ЯАЗ218 с разгрузкой на обе стороны и ЯАЗ-227 с задним опрокидыванием. С 1960 года автосамосвалы ЯАЗ-210Е применялись в сочетании с экскаваторами емкостью 1,5 –2,0 м3. Повышение грузоподъемности автотехники связано с преодолением определенных трудностей, тем не менее, проходят испытание на карьерах автосамосвалы Белорусского автомобильного завода: 27-тонный БелАЗ и с 1965 года – 40 тонный БеЛАЗ-548 (рис. 5.38). Конструируется 75-ти тонный БелАЗ-549. Развивается производство и прицепов с седельными тягачами. Белорусский автозавод на базе мощных автосамосвалов БелАЗ-549 осваивает выпуск полуприцепов грузоподъемностью 65 и 110 т, а Минский автозавод изготавливает седельный тягач МАЗ-504, с полуприцепами 12,5-16,0 т и двухосный тягач МАЗ-525В для работы с прицепами грузоподъемностью 36 т. В 1965 г. созданы 45-тонный и 67-тонный автопоезда на базе тягачей и полуприцепов-самосвалов с задней разгрузкой. Рис. 5.37. Электровозы: а – с кузовами будочного типа (ПЭ-2М); б – вагонного типа (ОПЭ-1)

118

119

Рис. 5.38. Автосамосвал БелАЗ-548 Рис. 5.39. Троллейвоз БелАЗ-548-5272

В результате многочисленных исследований Белорусский завод выпустил автопоезд-троллейвоз БелАЗ-548-5272 грузоподъемностью 65 т, предназначенный для работы в глубоких карьерах. Автопоезд может работать от собственной дизель-генераторной установки, находящейся на тягаче, и от контактной сети через установленные на тягаче токосъемники (рис. 5.39). В настоящее время на открытых горных работах используются автомобили Белорусского автомобильного завода БелАЗ-7510 - грузоподъемность 27 т, БелАЗ-75401 – 30 т, БелАЗ-548А – 40 т, БелАЗ-7225 – 40 т, БелАЗ7523 – 42 т, БелАЗ-7548 – 42 т, БелАЗ-549 В – 75 т, БелАЗ-7519 – 110 т, БелАЗ-75211 – 170 т, БелАЗ-75212 – 180 т и автопоезд-углевоз БелАЗ7420-9590 – грузоподъемностью 180 т. Автосамосвалы представляют собой автомобили, оснащенные кузовами особой конструкции с задней или боковой разгрузкой, специальными шасси и силовыми установками. Шасси состоит из гидромеханических или электромеханических трансмиссий, пневматического ходового оборудования и механизмов управления. Силовые установки укомплектованы поршневыми дизельными двигателями внутреннего сгорания. В перспективе ожидается замена их на гидротурбинные двигатели. В 50-х годах наиболее распространенными являлись ленточный конвейер РТ-60 с шириной ленты 900 мм. Применение отвалообразователей и транспортноотвальных мостов вызвало необходимость наладить производство мощных конвейеров КЛЗ-500, КРУ-350, КРУ-900 и др. 120

С 60-х годов применяются канатно-ленточные конвейеры с шириной ленты 900 мм, диаметром каната 32 мм, скоростью движения ленты 2,1-2,3 м/с и длиной става от 1,5 до 3 км. К 1950 г. отвальные работы в основном выполнялись экскаваторами. С 60-х годов планировка отвалов на ряде карьеров производилась плугами. Их общим недостатком было отсутствие самостоятельных ходовых двигателей. Наибольшее распространение получили отвальные плуги МОП-1 и «Урал» с лемехами, смонтированными на четырехосной 50-тонной железнодорожной платформе с усиленной опорной рамой. Для отвалообразования при автомобильном транспорте применялись тракторные струги Д-157, Д-159, Д-149 на тракторах С-80 и СТЗ3. При автомобильном транспорте отвалообразование выполняется в основном бульдозерами. В настоящее время все больше получают распространение специальные отвальные многоковшовые экскаваторы и конвейерные отвалообразовательные мосты. Отвалообразование с использованием многочерпаковых экскаваторов начало производиться с помощью шагающих отвалообразователей со встроенным ротором и приемным бункером и конвейерами с шириной ленты 1200 мм. Получили применение отвалообразователи с консольными конвейерами конструкции «Гипроуглемаша» ЛО-1,5-1.

121

Вопросы для самопроверки 1. Какие типы экскаваторов применялись в начале ХХ в. 2. Какие типы буровой техники применялись в начале ХХ в. 3. Буровые станки, какого типа были разработаны конструкторами Свердловского горного института. 4. В каком году появился отечественный долотозаправочный станок. 5. Буровые станки, какого типа стали, использовали в 40-е годы прошлого столетия. 6. В каком году был создан первый станок шарошечного бурения 7. Назовите условия эксплуатации станков шарошечного бурения 8. Из каких частей состоит станок шарошечного бурения. 9. Из каких элементов состоит буровое оборудование станков шарошечного бурения. 10. Дайте описание экскаватора. 11. В каком году на карьерах появились экскаваторы с электрическим приводом. 12. В каком году появились первые отечественные экскаваторы 13. Какой завод начал выпуск отечественных экскаваторов. 14. С какими способами перемещения выпускались первые отечественные экскаваторы 15. Какие виды приводов использовались на первых экскаваторах. 16. Чем отличаются многоковшовые экскаваторы от одноковшовых. 17. Опишите конструкцию шагающего экскаватора типа драглайн 18. Как перемещается экскаватор типа драглайн 19. Для каких видов работ применяется экскаватор типа драглайн 20. Назовите основных конструкторов экскаваторов. 21. По какому пути происходило совершенствование экскаваторов. 22. Какие заводы выпускают экскаваторы. 23. Опишите цепной экскаватор 24. Опишите роторный экскаватор 25. Назовите типы экскаваторов, которые применяются в настоящее время 122

26. Какой вид транспорта использовался для вывозки горной массы из карьеров в начале ХХ в. 27. Опишите конструкцию кабель-крана. 28. Для каких целей применялись на карьерах скиповые подъемники. 29. Назовите типы вагонов применяемых на карьерах. В 30-х годах прошлого века. 30. Для каких целей используют путипередвигатели. 31. Какие вагоны используются на открытых работах в настоящее время 32. Когда на карьерах стал использоваться автомобильный транспорт. 33. Назовите основные типы машин, которые использовались на открытых разработка до 50-х годов прошлого века 34. Какие марки локомотивного транспорта использовались на карьерах и применяются сейчас. 35. Когда на разрезах стали применяться ленточные конвейеры. 36. Опишите конструкцию отвалообразователя. 37. Опишите конструкцию БеЛАЗа. 38. Какие виды машин применяются для планировки карьеров.

123

6. Стационарные установки 6.1. Вентиляторные установки

Глубоко под землей воздух неподвижен и насыщен парами воды и газами, выделяющимися из недр или являющимися результатом деятельности человека. Это сероводород, метан, углекислый газ, окислы азота, пыль и др. Все эти примеси в определенной концентрации делают воздух непригодным для дыхания. Поэтому проветривание горных выработок необходимо и обязательно. В древности способы проветривания шахт были направлены исключительно на усиление естественной вентиляции. У самого входа в рудник устанавливали деревянный щит и с его помощью направляли струю воздуха в шахту. Позднее стали применять флюгеры – деревянные или металлические крылья, устанавливаемые на шесте. Ветер поворачивал крылья, которые, вращаясь, нагнетали воздух в рудник. Иногда для вентиляции шахт использовали еще одно средство: в верхнем штреке шахты, в особом помещении, постоянно поддерживали огонь в очагах. Нагретый воздух, как более легкий, поднимался вверх по стволу шахты, а на его место притекала из нижних выработок холодная, более тяжелая воздушная струя (рис. 6.1). Все эти приспособления, естественно, не могли обеспечить нормальное проветривание шахт и очистить воздух подземных выработок от вредных газов. Увеличение числа работающих под землей людей и лошадей, все более широкое применение взрывных работ и деревянного крепления настоятельно требовали улучшения вентиляции. Выход был найден в искусственном нагнетании воздуха в шахту, когда сильная струя, войдя в один ствол шахты, распространялась по всем выработкам и выходила в другой ствол. В средние века воздух в шахты нагнетали при помощи мехов (рис. 6.2), приводимых в действие ручным воротом, позднее ручной ворот был заменен на конный привод. Для того чтобы обеспечить непрерывность подачи свежего воздуха в шахту, стали соединять несколько мехов в одну общую систему. Вслед за этим устройством появляются первые вентиляторы [14, 15]. На поверхности земли, возле ствола рудника, устанавливаелся большой деревянный барабан или прямоугольный ящик. Внутри этого барабана проходил вал с широкими деревянными крыльями. На ободе барабана были устроены отверстия для воздуха - входное и выходное. При враще124

нии вала приходили в движение укрепленные на нем крылья, которые, по замыслу, должны были бы забирать поступающий в отверстие воздух и гнать его в шахту. Однако конструкция такого вентилятора была несовершенной. Всасывающие отверстия были расположены без учета того, что воздух может поступать только в разреженное пространство, образующееся при вращении крыльев у центра оси.

Рис. 6.1. Способ проветривания рудника при помощи печи, установленной на поверхности

125

Первые вентиляторы были малопроизводительными, не обеспечивали проветривания рудников, и от них вскоре отказались. В поисках улучшения проветривания шахт стали применять насосы с поршнем, накачивающие воздух в шахту. Позже снова вернулись к мысли создать вентилятор с крыльчаткой. Крылья у такого вентилятора были сконструированы наподобие крыльев ветряной мельницы. Постепенно был создан современный центробежный вентилятор, рабочим органом которого является колесо с загнутыми вперед лопатками, неподвижно укрепленными на валу. Рабочее колесо монтируется в кожухе-диффузоре. При вращении рабочего колеса воздух, находящийся между лопатками, приходит в движение, и его частички выбрасываются с большой скоростью в диффузор. Диффузор служит для снижения абсолютной скорости движения воздуха при выходе из колеса, что повышает КПД вентиляторной установки. На место удаленного воздуха в разреженное пространство к центру рабочего колеса устремляется из шахты новая порция воздуха. Центробежный вентилятор создан в 1832 г. русским инженером А.А. Саблуковым и применен для проветривания Чигирского рудника на Алтае. Позже им же разработан и использован для проветривания горных выработок угольных шахт осевой вентилятор. Центральным аэрогидродинамическим институтом им. Н.Е. Жуковского создаются принципиально новые, обладающие высокими аэродинамическими свойствами центробежные и осевые вентиляторы, которые в 1938 г. выпускаются Горловским машиностроительным заводом. Еще раньше, в 1925 г. впервые изготовили сконструированные отечественными специалистами, центробежные многоколесные цельнокорпусные насосы. В 1928 г. выпускаются секционные насосы «Коммунист», а в 1932 г. – «Комсомолец». Центробежные вентиляторы широко распространены в современных шахтах (рис. 6.3). Кроме центробежных вентиляторов применяются осевые. Лопасти их рабочих колес напоминают пропеллер самолета (рис. 6.4, 6.5). Для движения воздуха по горным выработкам необходимо создать разность воздушного давления в стволах шахты. Это может быть достигнуто нагнетанием в один из стволов свежего воздуха, который будет проходить по выработкам ко второму стволу шахты, где воздушное давление будет меньшим.

Рис. 6.2. Старинный рисунок рассказывает, как проветривали рудники, при помощи всасывающих и нагнетающих мехов

126

127

Рис. 6.4. Осевые вентиляторы Рис. 6.3. Мощный шахтный вентилятор с двусторонним всасыванием

К верхней части ствола, по которому должен поступать в шахту свежий воздух, устанавливается вентилятор, нагнетающий воздух в шахтный ствол. Давление воздуха в этом стволе возрастает и становится выше, чем в выходном стволе. В результате струя воздуха идет от ствола, где установлен вентилятор, по горным выработкам к стволу, где вентилятора нет (рис. 6.6). Для безопасности и удобства работ вентилятор устанавливается не в стволе шахты и не под стволом, а в стороне от него и соединяется с шахтой специальным каналом. Однако в большинстве случаев по условиям безопасности работ проветривание осуществляется не нагнетанием, а всасыванием отработанного воздуха. При этом способе воздух, заполняющий подземные выработки, приходит в движение и устремляется у всасывающему вентилятору, а на место уходящего из подземных выработок воздуха поступает свежий с поверхности земли. Современный вентилятор – это огромная, сложная машина, установленная в специальном канале или большом здании, невдалеке от вентиляционного ствола шахты. Некоторое удаление вентилятора от ствола шахты вызывается необходимостью оставить ствол для подъема – спуска людей и груза. Со стволом шахты вентилятор соединен специальным герметически закрытым каналом. 128

Рис. 6.5. Осевая турбомашина: 1 – рабочее колесо, 2 – лопатки, 3 – вал, 4 – кожух, 5 – коллектор, 6 – передний обтекатель, 7 – спрямляющий аппарат, 8 - диффузор

129

Рис. 6.6. Схема работы вентиляторной установки: 1 – вентиляторная установка; 2 – шахтная вентиляционная сеть; 3 – ствол шахты

Во время работы вентилятора ствол шахты бывает, открыт только в сторону вентиляционного канала во избежание забора воздуха с поверхности земли, а не из шахты. Производительность вентиляторной установки выбирается в зависимости от потребности, гарантирующей чистоту воздуха в шахте. В негазовых шахтах основным требованием является поддержания в забоях содержание кислорода не менее 20%, а углекислоты не более 0,5%. Для шахт, опасных по газу, количество воздуха увеличивается вследствие необходимости разбавления, им выделяющегося метана таким образом, чтобы его содержание в исходящей струе не превышало 1%. Наиболее распространенными являются центробежные и осевые вентиляторы. Вентиляторные установки по назначению делятся на главные, вспомогательные и местного проветривания. Главные вентиляторные установки служат для проветривания всех действующих шахт и рудников. Они размещаются на поверхности, у устьев герметически закрытых стволов или штолен.

130

Главные вентиляторные установки работают по всасывающей, нагнетательной и комбинированной схемам вентиляции горного предприятия. Вентиляторная установка включает в себя вентилятор, присоединенный к нему электродвигатель, подводящие каналы, диффузоры и вспомогательные устройства для переключения и реверсирования струи. Вспомогательные вентиляторные установки предназначены для проветривания стволов и капитальных выработок при их проходке. Они располагаются на поверхности, вблизи ствола или штольни. Вентиляторные установки местного проветривания предназначены для тупиковых выработок. Для главного проветривания выпускаются вентиляторы: ВЦД16, ВЦ-25, ВЦ-31,5 ВЦЗ-32, ВЦД-31,5 ВЦД-47 (В – вентилятор, Ц – центробежный, О – одностороннего всасывания, Д – двухстороннего всасывания, Р – рудничный, Ш – шурфовой, П – проходческий, З – с регулируемыми закрылками). Цифры в маркировке обозначают размер диаметра рабочего колеса в дециметрах. Центробежные вентиляторы применяются для проветривания глубоких шахт и рудников. Они нереверсивны, поэтому для изменения направления воздушной струи устанавливают ляды и обводные каналы. На рис. 6.7 представлен центробежный вентилятор.

Рис. 6.7. Вентилятор ВЦД-32М: 1 – рабочее колесо; 2 – ступица рабочего колеса; 3 – главный вал; 4 – зубчатая муфта; 5 – лопатки осевого направляющего аппараты; 6 – спиральный кожух; 7 – всасывающие коробки; 8 – приводной электродвигатель

131

На шахтах и рудниках эксплуатируются осевые вентиляторы типа ВОД, ВОК, ВОКД, ВОКР (В – вентилятор, О – осевой, К – с кручеными лопатками, Д – многоступенчатый, Р – реверсивный). В настоящее время выпускается одна серия вентиляторов ВОД: ВОД-11, ВОД-16 (рис. 6.8), ВОД-30, ВОД-40, ВОД-50. Цифра в маркировке вентиляторов обозначает размеры диаметра рабочего колеса в дециметрах. Осевые вентиляторы в основном применяются для проветривания неглубоких шахт и рудников. Осевые вентиляторы являются реверсивными. Вентиляторы местного проветривания выпускаются двух типов: осевые одноступенчатые типа ВМ с электрическим двигателем и типа ВМП с пневматическим приводом. Для тупиковых выработок большого сечения и длины применяют центробежные вентиляторы ВМЦ с электрическим приводом. Цифра в маркировке вентилятора обозначает размер рабочего колеса в дециметрах. На открытых горных работах различают проветривание естественное - в результате действия ветров и перепада температур отдельных слоев воздуха и искусственное, которое производится на глубоких карьерах и разрезах при использования автотранспорта и выполнении бульдозерных работ.

Искусственное проветривание может быть выполнено двумя способами - всасывающим и нагнетательным. Всасывающий способ предусматривает применение вентиляторов, вентиляционных трубопроводов и пройденных специально вертикальных выработок стволов или шурфов, которые и удаляют загрязненный воздух. Нагнетательный способ предусматривает создание текущих потоков и при этом использует мобильные вентиляторные установки, которые обусловливаются в различных рабочих зонах карьера. Эти подвижные системы формируют сводные струи, обладающие большой скоростью и обеспечивающие необходимую очистку воздуха. Расстановка вентиляторов может быть выполнена последовательно, параллельно или комбинированно. На отдельных участках (погрузочных пунктах) могут использоваться вентиляторы местного проветривания. В качестве стационарных вентиляторных установок применяются осевые и центробежные вентиляторы ВОД-30, ВОД-40, ВЦ-7, ВЦД-47 и др., или мобильные турбореактивные авиационные двигатели, оснащенные лопастными винтами ПВУ-6, НК-12КВ, АИ-20КВ, для выполнения функции очистки воздушной среды горных предприятий. Улучшения качества воздуха на открытых разработках может быть достигнуто в результате замены дизельных двигателей и двигателей внутреннего сгорания на более экономически чистые [24, 25, 26]. 6.2. Водоотливные установки

Рис. 6.8. Общий вид осевого вентилятора ВОД-16: 1 и 2 – рабочие колеса I и II ступени; 3 – корпус; 4 – подшипниковые опоры; 5 – трансмиссионные валы; 6 – упругая пальцевая муфта;7 – обтекатель; 8 – диффузор; 9 – электромагнитные тормоза, 10 – система смазки подшипниковых узлов; 11 - электродвигатели

132

Обводненность месторождений полезных ископаемых определяется количеством влаги, содержащейся в толще пластов. Каждая шахта или рудник имеет определенный приток воды. Частично вода проникает с поверхности, но главным образом из подземных протоков и скоплений. Проведение выработок всегда сопряжено с притоком воды, которую приходится отводить по сточным канавам в водосборник, а затем мощными машинами откачивать на поверхность. Различают максимальный и нормальный водоприток. Нормальный наблюдается на действующем предприятии большую часть времени года, а максимальный лишь в периоды таяния снегов и обильных дождей. Существенное значение придается качеству воды. Наличие в ней кислот и щелочей определяет требования к выбору оборудования водоотливных систем. А.П. Германом впервые установлены закономерности физических процессов, протекающих в турбомашинах, и обоснованы принципы их расчета. Обоснование типовых характеристик обусловило переход к серийному производству насосов и вентиляторов в СССР. 133

134

Рис. 6.9. Насос типа ЦНС

Для откачивания воды из шахт и рудников применяются водоотливные установки, которые в зависимости от назначения делятся на главные, вспомогательные и участковые. В зависимости от конкретных условий отработки месторождения откачка воды может вестись по следующим схемам: одноступенчатые и многоступенчатые, с последовательным и параллельным включением насосов в общую сеть. Водоотливные установки оборудуются в основном центробежными насосами (рис. 6.9), которые разделяются: по своей конструкции на цельнокорпусные, секционные и спиральные (с горизонтальным разъемом корпуса); по характеру соединения рабочих колес – на однопоточные и многопоточные; по числу ступеней – на одноступенчатые и многоступенчатые. Наиболее широко применяются секционные центробежные насосы серии ЦНС, которые выпускаются с подачей от 38 до 800 м3/ч, напором от 50 до 1000 м и мощностью электродвигателя от 20 до 2900 кВт. Спиральные насосы имеют большую подачу, но меньший напор. Минимальная подача спиральных насосов 110 м3/ч и максимальная 1500 – 1700 м3/ч, напор не превышает 200 м. К специальным насосам относятся насосы для подачи технической воды в гидрошахту для питания механогидравлических машин и углесосы для гидроподъема угольной гидросмеси из гидрошахты на поверхность. Насосы устанавливаются в насосной камере, которая располагается в околоствольном дворе. Рядом с насосной камерой на глубине 2-2,5 м ниже уровня околоствольного двора находится водосборник, объем которого рассчитытан на 4-часовой прием нормального притока воды. В насосной камере устанавливают минимум три насоса – рабочий, резервный и находящийся в ремонте. Вода откачивается по водопроводному ставу с диаметром труб до 300 мм. По стволу прокладываются два става, один из которых является резервным. На открытых горных работах применяется предварительное осушение массива до начала отработки. Осушение производят и одновременно с добычей полезного ископаемого, опережая технологические процессы. Осушение с поверхности осуществляют с использованием открытого водоотлива, водопонижающих и водопоглощающих вертикальных скважин, водосборников, горизонтальных канав, иглофильтровых установок, скважин. Проводят и подземное осушение, для этого проходят специальные горные выработки в границах месторождений.

135

При осушении месторождений применяют следующие водоотливные установки: шахтные, открытые, скважинные. Все они, в свою очередь, подразделяются на главные, центральные и вспомогательные. Установки могут быть стационарными и передвижными. Шахтные и открытые водоотливные установки содержат насосные станции с водосборниками, трубопроводы и другое оборудование, которое расположено в подземных или поверхностных выработках. Скважинные водоотливные установки формируют на одной или нескольких водопонижающих скважинах и оснащают, как правило, погружными насосами, которые работают на общий внешний водопровод. В качестве основных энергетических машин, обеспечивающих удаление водопритоков, широко применяют разнообразные типы объемных, лопастных и специальных автоматически управляемых насосов с приводом переменного тока [24, 25].

Шахтные пневматические установки (компрессоры), предназначенные для производства сжатого воздуха, начали использовать с начала ХХ в. для приведения в действие отбойных молотков и пневматической бурильной техники. В царской России применялись немногочисленные пневматические установки малой мощности, но производились они за рубежом. В 1924 г. профессор А.А. Скочинский, управляет группой шахт Донбасса. И.Т. Кирилкин и инженер Н.А. Чинокал, посетив в ходе специальной поездки Англию и США и ознакомившись с деятельностью шахт и рудников, отметили необходимость внедрения пневматических молотков при отработке полезных ископаемых [13]. На Горловском, Сушском и других заводах начинается выпуск компрессоров, предназначенных для выработки сжатого воздуха. В эти годы академик М.М. Федоров взял на себя сложную задачу разработки сложных кинематических расчетов электропривода и безопасности подъемных, водоотливных, вентиляторных и пневматических установок, породоразрушающих машин, что явилось фундаментом горной электромеханики. И в настоящее время на шахтах и рудниках много инструмента, работающего на пневмоэнергии. Это очистные и проходческие комбайны, породопогрузочные, бурильные и закладочные машины, лебедки и др.

По принципу действия компрессоры делятся на объемные и турбокомпрессоры. В объемных компрессорах давление газа повышается за счет уменьшения его объема, в турбокомпрессорах – за счет силового воздействия лопаток вращающихся рабочих колес на поток воздуха. По конструктивному исполнению объемные компрессоры можно разделить на поршневые с возвратно-поступательным движением поршня, ротационные и винтовые. Турбокомпрессоры можно разделить на центробежные и осевые. В горной промышленности широкое применение нашли поршневые одноступенчатые, двухступенчатые и многоступенчатые, одноцилиндровые и многоцилиндровые, простого и двойного действия, производительностью до 100 м3/мин, центробежные производительностью 115, 250, 500 м3/мин и осевые компрессоры производительностью 25 м3/мин. Центробежные турбокомпрессоры могут быть одноступенчатые и многоступенчатые. В многоступенчатом турбокомпрессоре все ступени соединяются последовательно. Воздух из первого рабочего колеса поступает в диффузор, откуда, проходя через направляющий аппарат, поступает в рабочее колесо второй ступени и т.д. Многоступенчатый турбокомпрессор делится на секции из двух- трех колес в каждой, причем колеса одной секции изготавливаются одинакового диаметра, а колеса различных секций – различного диаметра. В настоящее время на шахтах и рудниках наибольшее распространение получили поршневые компрессоры общего назначения 2ВГ, 55-В, В300-2К, ВП-50/8, 2М10-50/8, 4М10-100/8, 30ВП-30/8 и турбокомпрессоры К-500-61, К-250-61/2, ЦК-135/8 и ЦК-115/9. Стационарные компрессорные станции устанавливаются недалеко от стволов шахт и рудников. К потребителям сжатый воздух поступает по общей пневматической сети, представляющей разветвленную систему турбопроводов, проложенных по вертикальным, наклонным и горизонтальным выработкам. Компрессорная станция в сочетании с внешней воздухопроводной сетью образует пневматическую установку. В комплект оборудования входят: компрессоры, привод, электродвигатели, схемы автоматизации и вспомогательное оборудование. В зависимости от потребности предприятия в сжатом воздухе определяется необходимое число компрессоров, располагающихся в одном здании (рис. 6.10). Вспомогательное оборудование компрессорной установки состоит из всасывающих фильтров, охладителей воздуха и масла, воздухосборников, шумозащитных устройств.

136

137

6.3. Пневматические установки

Рис. 6.10. Схема компрессорной установки с поршневыми компрессорами: 1 – фильтр; 2 – компрессор; 3 – электродвигатель; 4 – концевой холодильник; 5 – масловлагоотделител;, 6 – воздухообменник; 7 – кран; 8 – предохранительный клапан; 9 – подъемно-монтажный механизм

Обеспечение сжатым воздухом на карьерах обособленных потребителей пневмоэнергии производится отдельными компрессорными установками, расположенными на горных, транспортных и других машинах. Компоновка схем пневматических агрегатов, используемых на карьерах и разрезах, по существу аналогична подобным системам подземных горных предприятий. 6.4. Подъемные установки В царской России подъемные машины, как и другие виды электромеханического оборудования, закупались за рубежом. На рудниках в основном использовались паровые приводы. В 20-х годах разработаны принципы конструирования и изготовления систем вертикального канатного подъема. В 1935 г. осуществляется строительство первой отечественной подъемной установки с асинхронным приводом, мощностью 700 кВт. Основным типом подъемных сосудов для выдачи полезного ископаемого становятся скипы, а движение им передается металлическими канатами [13, 14].

138

Применение электрических двигателей поставило ряд серьезных технических проблем, связанных с необходимостью учета динамических возмущений и вредных сопротивлений, возникающих при движении подъемных сосудов. М.М. Федоров предложил рассматривать вертикальный канатный транспортный комплекс как единый электромеханический, состоящий из взаимосвязанных элементов, включая привод. Им впервые выведено основное динамическое уравнение подъемных машин с постоянным радиусом навивки, ставшее классическим. Продолжая поиск оптимальных условий работы подъема, обеспечивающих эффективную минимальную мощность двигателя, рациональную величину скорости движения сосудов М.М. Федоров создает новую методологию выбора наивыгоднейших динамических режимов управления Подъемные установки состоят из канатов, сосудов, подъемных машин, копров с направляющими шкивами, загрузочных и разгрузочных устройств, электропривода, системы электроснабжения, автоматизации, управления и различного вспомогательного оборудования (рис. 6.11). Подъемные установки различают: по назначению – главные, вспомогательные и проходческие; по углу наклона стволов – вертикальные и наклонные; по расположению относительно поверхности – подземные и поверхностные; по типу сосудов – скиповые, клетьевые, скипоклетьевые и бадейные; по количеству головных несущих канатов – одноканатные и многоканатные; по типу органов навивки подъемных канатов – с переменным и с постоянным радиусом навивки; по степени уравновешенности системы – неуравновешенные, статически и динамически уравновешенные. Подъемные канаты изготовляют из стальной светлой или оцинкованной проволоки, свитой в пряди, которые, в свою очередь, скручены вокруг метоллорганического сердечника. Канаты имеют следующие направления навивки: односторонняя правая или левая, крестовая, комбинированная а, по степени самораскручивания при изменении действующих нагрузок навивки бывают раскручивающиеся (Р), малораскручивающиеся (МК) и нераскручивающиеся (Н); по геометрическому профилю наружного слоя проволоки в канате – открытые, закрытые и полузакрытые. Клети служат для спуска и подъема людей, спуска материалов и оборудования. Подразделяются на одноэтажные, многоэтажные, неопрокидные и опрокидные. Наибольшее распространение получили одноэтажные неопрокидные клети.

139

Рис. 6.11. Схема многоканатной скиповой подъемной установки: 1 – вагоноопрпкидыватель; 2 – дробилка; 3 – бункера; 4, 9 – затворы; 5 – распылитель; 6 – дозатор; 7 – весовой датчик; 8 – скип; 10 – подъемная машина; 11, 12 – пневмоцилиндры; 13 – пневмодвигатель; 14 – отклоняющие шкивы; 15 – противовес; 16 – канаты

Бадьи, применяемые на проходческих работах, имеют бочкообразную форму и оснащены специальными рамками, определяющими их направленное движение по канатным проводникам. Для предотвращения падения подъемных сосудов при обрыве канатов применяют специальные устройства, называемые парашютами. Подъемные машины механически связаны с головными канатами для перемещения сосудов по стволам. В горной промышленности успешно эксплуатируются цилиндрические однобарабанные (Ц), однобарабанные с разрезным барабаном (ЦР), двухбарабанные (2Ц), бицилиндрические (БЦК), многоканатные (МК, ЦШ) подъемные машины. Конструктивные схемы подъемных машин содержат следующие элементы: орган навивки, двигатель, редуктор, тормозное устройство, аппаратуру управления. Машины типа Ц, ЦР, 2Ц характеризуются постоянным радиусом навивки тяговых канатов, жестко закрепленных на рабочих барабанах. Бицилиндрические органв навивки имеют переменный радиус навивки. Многоканатные подъемные машины МК и ЦШ оборудованы многожелобчатыми шкивами трения с навешенными на них подъемными канатами. Копры располагаются над стволами шахт и рудников и представляют собой пространственные металлические, железобетонные или комбинированные конструкции А-образного, подкосного, шатрового или другого типа (рис. 6.12). Многоканатные подъемные машины устанавливают на железобетонных копрах, имеющих прямоугольную или круглую форму поперечного сечения. Тенденция роста глубины карьеров обуславливает применение наклонных канатных подъемных установок, структура которых подобна подземным установкам. Подъемные установки транспортируют людей, материалы, оборудование с помощью клетей – платформ специальной конструкции, а насыпные материалы скипами, грузоподъемностью до 200 т. Для перемещения сосудов используются шахтные подъемные машины разнообразных типов [23,24].

Скипы осуществляют транспортировку полезного ископаемого и породы и делятся на опрокидные с отклоняющимся кузовом и неопрокидные с донной разгрузкой. В связи с ростом грузопотоков на шахтах и рудниках наибольшее применение нашли неопрокидные с рычажными, секторными, шиберными и клапанными затворами грузоподъемностью до 50 т. 140

141

Рис. 6.12. Копер подъемной машины Наибольшее распространение получили комбинированные автомобильно-скиповые подъемы Вопросы к самопроверке

6. Опишите конструкцию осевого вентилятора. 7. Назовите правила установки вентиляторов главного проветривания. 8. По каким параметрам выбираются вентиляторные установки. 9. Назовите основные элементы вентиляторной установки. 10. Какие используются способы проветривания шахт. 11. Какими параметрами определяется обводненность шахт или рудников. 12. Назовите ученого, проводившего исследования турбомашин. 13. По каким параметрам различаются водоотливные установки. 14. Опишите центробежный насос. 15. Для каких целей применяются специальные виды насосов. 16. Назовите способы осушения карьеров и разрезов. 17. Когда в горной промышленности стали использоваться пневматические установки. 18. Какие компрессоры нашли применение на горных предприятиях 19. Для каких целей используется сжатый воздух. 20. Из каких узлов состоит компрессорная станция. 21. Назовите имя ученого определившего оптимальные условия работы подъемной машины. 22. Опишите работу многоканатной скиповой подъемной установки. 23. Назовите типы подъемных установок по их назначению. 24. Какие виды канатов применяются для подъемных установок. 25. Какие виды сосудов применяются для подъемных установок. 26. Какие устройства применяются при обрыве канатов подъемной установки. 27. Какие типы подъемных машин применяется в горной промышленности. 28. Какие виды копров применяются на подъемных установках.

1. Для каких целей необходимы вентиляторные установки. 2. Какими способами подземные выработки проветривались в древности. 3. В каком году и кто разработал первый центробежный вентилятор. 4. Опишите принцип действия центробежного вентилятора. 5. Какие заводы выпускали вентиляторы в 30-х годах прошлого столетия. 142

143

Каменный уголь в Приморском крае был обнаружен в 1859 г. в бухте Новгородской (Посьетской) и с 1860 г. началась его добыча. За 1860-1869 гг. было добыто около 200 тыс. пудов. В 1863 г. Н.А. Лопатин, начальник Уссурийской золотоискательской партии, обнаружил крупную залежь бурого угля возле г. Никольска-на-Амуре у с. Ново - Михайловского. В 1867 г. Этолин, заведующий морской частью Владивостокского порта, отыскал месторождение каменного угля на левом берегу Суйфунского лимана, в трех километрах от поселка Речного, и организовал там его добычу (Тавричанское месторождение). Осенью 1868 г. в пос. Речном добыто 3 тыс. пудов угля. Именно 1868 год можно считать началом промышленной разработки угля в Приморье. Работы в пос. Речном длились 3 года, с 1868 по 1870 гг., но были прекращены из-за недостатка людей и большого притока воды. Горнотехнические условия Тавричанского месторождения сложные. Шахта силикозоопасная. Породы почвы и кровли склонны к пучению, угли – к самовозгоранию, глубина залегания от 3 до 385 м. При очень примитивной технологии добычи (уголь добывали в основном кайлом и лопатой) разработка его не могла иметь шансов на успех. С начала 70-х по 80-е годы XIX в. поиски угля не проводились. Флот заправлялся топливом в Японии, а для населения хватало угля, добываемого вокруг Владивостока, главным образом на мысе Песчаном и на северном берегу Амурского залива. В 1884 г во Владивостоке создается Общество изучения Амурского края, которое «…поставило своей задачей изучить местную страну, как арену деятельности местного населения…». С этой целью в 1887 г. один из основателей общества Маргаритов организовал экспедицию в район Сучана специально для поисков каменного угля. Первое упоминание о Сучанском угле относится к 1867 г. (охотником Краевым было обнаружено обнажение угля). 20 лет спустя поблизости от этого берегового обнажения у с. Новицкого был обнаружен каменный голь. Осенью 1889 г. горные инженеры Д.А. Иванов и П.А. Акимов прибыли на это место и определили промышленные залежи угля, которые в 1888-1894 гг. были вскрыты. В 1893 г. Министерство государственного имущества поставило вопрос о передаче в аренду Сучанского месторождения горному инженеру

Н.Н Летуновскому. Были предприняты изыскания для прокладки железной дороги, но все прекратилось в связи с болезнью Н.Н. Летуновского. В 1900 г. при Министерстве финансов, земледелия и государственных имуществ была образована особая комиссия, которая определила стоимость строительства шахт и узкоколейки до бухты Находка. Она составила 2414067 р. В 1901 г. во Владивостоке было создано Временное управление по оборудованию Сучанского каменноугольного предприятия во главе с горным инженером А.М. Павловским. 26 декабря 1901 года был заложен ствол шахты №1. К этому времени построили землянки и бревенчатый дом для инженера Френца и штейгеров. В начале 1902 г. в Находку прибыло оборудование: паровой котел, насосы, лебедка, вагонетки. Началось строительство второй шахты. В 1905 г. обе шахты дали 10 тыс. т угля. В июне 1905 г. ввиду захвата шахт японцами разработки прекратились и возобновились в конце 1905 г. В это время по распоряжению Главкома была проведена дорога до с. Шкотово, которая должна была служить для военных целей. К началу 1908 г. шахта №1 специализировалась на добыче антрацита, №2 - на спекающемся угле. Подъем угля осуществлялся паровыми машинами, для откачки воды имелось три насоса, - один на шахте №1 и два на шахте №2. Для вентиляции имелся большой вентилятор «Сера». Откатка производилась по дековильским путям конной тягой. Для этого на шахте №2 на глубине 53 саженей имелась подземная конюшня на 15 лошадей. Поиски залежей каменного угля велись и в других районах Приморья. Особенно возросла активность с прокладкой Транссибирской магистрали. В 1897 г. канцелярия выдала свидетельства на разведку каменного угля более 10 предпринимателям. В 1890 г в Тавричанке после шахт Этолина начал разведочные работы А. Даттан. С 1896 г начал работать рудник Александровский. Впоследствии А. Даттан с американцем Кларксоном, имевшим отвод Новая Надежда, организовали углепромышленное предприятие. В поисках угля по линии Уссурийской железной дороги принял активное участие инженер П.Н. Горлов. В 1894 г. вблизи мысов Марковского и Клыкова он нашел выходы четырех пластов каменного угля. Месторождение из трех свит (17 пластов) было названо СвятоМакарьевским. Рудник просуществовал с 1895 по 1902 гг. В 1897 г. П.Н. Горлов открыл Спасское месторождение угля, здесь были заложены 2 шахты.

144

145

7. Угольная промышленность Приморья

В 1900 г. комиссия КВЖД при экономическом обследовании края насчитала 36 месторождений каменного и бурого угля, 11 из которых разрабатывались (Подгородненские крепи, Краеугольно-Спассикий рудник – около Кипарисово, Новая Надежда – Тавричанка, Монгугайские копи на р. Малый Монгугай, рудник Еленина - у р. Найхэ, д. Многоудобная, Сучанские рудники, Александровский рудник - на севере Амурского залива, копи Д.С. Бородина - вблизи Никольска, копи Анфиголова – у р. Суйфун, с. Никольск, Свято-Макарьевское месторождение – западный берег Амурского залива). В 1914 г. в год начала Первой мировой войны, управлением государственных имуществ в Уссурийском горном обществе было выдано 37 свидетельств на разведку каменного угля и произведено 9 отводов. Из 51 рудника уголь добывали на 23. Работали зыбунные копи Скидельского, Липовецкий, Надеждинский (Новая Надежда), Сучанский казенный и другие. Цена пуда составляла от 6 до 9 к., заработная плата - от 24 до 42 р. В ноябре 1918 г. на техническом факультете Владивостокского высшего политехникума было создано горное отделение для подготовки собственных высококвалифицированных кадров. В 1919 г. политехникум был переименован во Владивостокский политехнический институт, а горное отделение выведено в самостоятельный факультет. В начале 30-х годов на предприятиях «Примугля» в восстановительный период был проведен ряд мероприятий по внедрению механизации и обновлению оборудования, но все же предприятия представляли отсталое хозяйство. Быстрыми темпами стал развиваться Артемовский рудник. После национализации копей Скидельского были открыты 3 новые шахты, и в 1927 г. работало уже 5 шахт, механизация была очень слабой. В период 1927-го по 30-е годы установили первую тяжелую врубовую машину, приобрели 7 электросверл, 8 легких врубовых машин, 2 электровоза легкого типа и 2 - тяжелого, погрузочную машину и электробуры. В 1927 г. трест «Примуголь» переименовали в государственный каменноугольный трест «Дальуголь». В его состав вошли весь Дальний Восток и Читинская область. В 1930 г. 80% угля, добываемого на Дальнем Востоке, приходилось на Приморье. Качество угля было на уровне мировых стандартов. Но угля для нужд края не хватало, и в 1930 г. была организована специальная организация «Дальшахтострой», а в 1931 г. началось строительство шахты 6-6 бис, 3-Ц (Артем), «Капитальная» (Тавричанка), №20 (Сучан) Сучанской железнодорожной ветви и АртемГРЭС.

В 1929 г. вступили в строй шахты №2-бис, №6 в Артеме, №2 в Тавричанке, в 1931 г. - №4 и №2/5 в Артеме, №16 – в Сучане, №15 – в Кивде. В 1930 г. на шахтах появились первые отбойные молотки, колонковые лебедки, скреперы, конвейеры, компрессоры. В 1932 г. была открыта Дальневосточная промышленная академия подготовки руководящих кадров для горнорудной, угольной и лесной промышленности. В 1931 г. управляющим трестом назначен рабочий Аллилуев Алексей Степанович. В 1938 г. на месте бывших Липовецких копей, закрытых в 1927 г. из-за нерентабельности, геологи открыли Суйфунское месторождение и были заложены шахты №3 и №4. В 50-е годы шахты оснащались новыми врубовыми комбайнами «Донбасс», ПК-2М, ПК-3М, проходческими – «Горняк». «Мосбас-3», углепогрузочными машинами УПМ-1, ПМП-5, электровозами, навалочными машинами ТНЛ-30. В 50-е годы вступили в строй шахты №8 (Артем), №33 и №34 (Сучан), Сучанская электростанция. Реконструировались шахты №10, 21, 24 (Сучан), №6-6 бис, 3-Ц (Артем). Началась разработка Сурутинского месторождения. В 1962 г. начал действовать Реттиховский угольный разрез. Велись работы по строительству Павловского и Бикинского разрезов. Удалось применить очистные комбайны на шахте «Подгородненская». Из-за нарушенности пластов на других шахтах их внедрить не удавалось, и вот тогда возникла идея использовать комбайны ПК-3 на добыче угля. В начале 60-х годов вступила в строй шахта №11 (Артем) и обогатительная фабрика в Сучане. На шахтах №24 и №10-16 в Партизанске применен опыт безлюдной выемки угля. В 1966 г. на шахте 3-Ц заработал первый механизированный комплекс. В 1969 г. механизированный комплекс типа МК стали внедрять на шахте №11 и №7-7-бис, а с 1970 г. на Майхинском месторождении комплекс ОМКТ. В 1974 г. на этой же шахте комплекс - ОМКТ-8. Уровень механизированной навалки угля на пластах до 350 составлял 80%, а на крутонаклонных – 9,8%. В 1980 году на шахте «Липовецкая» внедрен в работу комплекс КМ-81Э и КМ-87Э, на шахте им. Артема ОКП-10. Ургальское месторождение включено в состав «Приморскугля» в 1966 г. и в 1985 г. Ургал давал свыше 25% подземной добычи угля. Из-за истощения приморских месторождений подземный способ отодвигался на второй план.

146

147

В 1965 г. на Реттиховском разрезе впервые в мире началось строительство установки для обогащения бурого угля большой влажности ОСП-100, созданной на Карагандинском машиностроительном заводе. В 1968 г. на разрезе работало 3 шагающих экскаватора. В это время создан участок открытых работ на Липовецком месторождении. В 1967 г. велась добыча угля на Павловском разрезе с помощью экскаватора ЭШ-15-90А. В 1971 г. приступили к строительству Лучегорского угольного разреза. В 1978 г. он давал 1/3 продукции по «Приморскуглю». На открытых работах применялись экскаваторы ЭШ10/70, ЭШ15/90, ЭШ20/90, ЭКГ-5А, ЭКГ-8, ЭКГ-12, ЭКГ-4С, роторные ЭР1250, буровые станки СБШ-200 и БелАЗы, грузоподъемностью 27, 40 и 110т [27, 28, 29, 30]. В 1982 г. началось строительство Павловского угольного разреза №2. В 1994 г. в связи с реструктуризацией угольной промышленности началось закрытие убыточных шахт. В 1994 г. была выведена из эксплуатации шахта «Озерная», в 1995 г. – шахта «Подгородненская», в 1996 году – «Глубокая», «Хасан», «Капитальная» и разрез Реттиховский, в 1997 г. - шахта «Приморская», «Северная», «Дальневосточная», «Смоляниновская», №4 и №5 и основное поле шахты «Авангард», в 1998 г. шахта им. Артема, шахта «Нагорная», в 2000 г. - шахта «Амурская». Как и по всей стране, происходит переход на более дешевый способ добычи угля – открытые системы разработки. Открываются разрезы Крыловский и Раковский. В настоящее время в Приморском крае ведется добыча угля подземным способом: на ш/у «Липовецком» (Октябрьский р-н), шахте МУП г. Партизанска, шахте Правобережная и шахте Белопадинская (Партизанский р-н); открытым способом: на Павловском разрезе (Михайловский р-н), Крыловском разрезе, Раковском разрезе (Надеждинский р-н), ЛуТЭКе (Лучегорский разрез, Бикинский р-н).

6. Когда было вскрыто Сучанское месторождение. 7. Назовите имена горных инженеров начавших разработку Сучанского месторождения. 8. Какие шахты были открыты в Сучане. 9. Назовите районы Приморья, где были открыты месторождения угля. 10. Назовите предприятия, которые вели промышленную разработку угля в 40-х годах прошлого столетия. 11. Какие предприятия ведут разработку в настоящее время.

Вопросы для самопроверки 1. В каком году был обнаружен в Приморье уголь. 2. Назовите первооткрывателей угля в Приморье. 3. Какой год считается началом промышленной разработки угля в Приморье. 4. В каком году было создано общество изучения природных богатств Приморья. 5. Кто впервые обнаружил уголь в районе Сучанского месторождения. 148

149

Библиографический список 1. Победов Н.С. Природные ресурсы земли и охрана окружающей среды. – М.: Недра, 1985. 2. Ребрик Б.Н. У колыбели геологии и горного дела. – М.: Недра, 1984. 3. Ковалев А.Е., Владимирский В.В., Санович П.И. Как добывается каменный уголь. – М.: Гостопиздат, 1941. 4. Борисов А.А. Технология подземной разработки пластовых месторождений. – М.: Недра, 1972. 5. Бронников Д.М., Залесов Н.Ф., Богданов Г.И. Разработка руд на больших глубинах. - М.: Недра, 1982. 6. Ржевский В.В. Технология и комплексная механизация открытых работ. - М.: Недра, 1985. 7. Арсентьев А.И., Падуков В.А. Беседы о горной науке. – М.: Наука, 1981. 8. Агрикола Г. О горном деле и металлургии. – М.: Изд-во АН СССР, 1962. 9. Григорян А.Т. Механика от античности до наших дней. – М.: Наука, 1971. 10. Зворыкин А.А. История горной техники. – М.: Углетехиздат, 1949. 11. Бублейников Ф. История открытий ископаемых богатств нашей страны. – М.: География, 1948. 12. Зворыкин А.А. Открытие и начало разработок каменного угля в России в XYIII веке. – М.: Углетехиздат, 1949. 13. Данилевский В.В. Русская техника. – Л.: Лениздат, 1948. 14. Остромецкий А.А. Очерки по истории русской горной механики. – М.: Углетехиздат, 1953. 15. Мельников Н.В. Горные инженеры. - М.: Наука, 1981. 16. Яцких В.Г., Спектор П.А., Кучерявый А.Г. Горные машины и комплексы. – М.: Недра, 1984. 17. Гетопанов В.Н., Гудилин Н.С., Чугреев Л.И. Горные и транспортные машины и комплексы. – М.: Недра, 1991. 18. Научно-техническому горному обществу 100 лет. / Под общей ред. К.К. Кузнецова. – М.: Недра, 1986. 19. Хорин В.Н. Техника для выемки тонких пластов. – М.: Недра, 1984. 20. Дьяков В.А. Транспортные машины и комплексы открытых разработок. – М.: Недра, 1986. 21. Скребковые забойные конвейеры. / Под ред. В. Н. Хорина, И.С. Солопий, В.П. Щенникова и др. – М.: Недра, 1981. 150

22. Боярский В.А. Добыча руды открытым способом. – М.: Недра, 1971. 23. Боярский В.А. Развитие открытой добычи руды. – М.: Недра, 1975. 24. Подэрни Р.Ю. Горные машины и автоматизированные комплексы для открытых горных работ. – М.: Недра, 1985. 25. Картавый Н.Г., Топорков А.А. Шахтные стационарные установки. – М.: Недра, 1978. 26. Гришко А.П. Стационарные машины карьеров. – М.: Недра, 1982. 27. Горная энциклопедия. / Под ред. Е.А. Козловского. – М.: Сов. Энциклопедия, 1984. 28. Деревянко А.П. Угольная промышленность Приморья. / материалы научно-технической конференции, посвященной 125-летию промышленной разработки в Приморском крае. – Владивосток, 1993. 29. Бельченко В.П. Артем вчера, сегодня, завтра. – Владивосток: Дальневосточное книжное издательство, 1974. 30. Борисов Ю.В. Технический прогресс и механизация труда шахтеров. / Материалы научно-технической конференции, посвященной 125-летию промышленной разработки угля в Приморском крае. – Владивосток 1993. 31. Буткин И.А. Угольная промышленность Приморья в предвоенные и военные годы. / Материалы научно-технической конференции, посвященной 125-летию промышленной разработки угля в Приморском крае. – Владивосток, 1993.

151

Курбатова Ольга Александровна Харин Анатолий Захарович История развития горной механики Редактор Л.Ф. Юринова Техн. редактор Н.М. Белохонова Компьютерная верстка Т.Э. Куранова Лицензия № 020466 от 04.03.97 г. Подписано в печать Формат 60×89/16 Усл. печ.л. Уч.-изд.л. Тираж 100 экз. Заказ Издательство ДВГТУ. 690950, г. Владивосток, ул. Пушкинская, 10 Типография издательства ДВГТУ. 690950, г. Владивосток, ул. Пушкинская, 10

152