Оборудование для проходки шахтных стволов

Содержание

1. Ствол шахтный.
2. Стволопроходческий комплекс.
3. Стволопроходческий комбайн.
4. Стволовые бурильные установки.
1. Стволовая бурильная установка СМБУ-4м.
2. Установка БУКС-1У5.
3. Стволовая бурильная установка для бурения шпуров при проведении вертикальных стволов небольшой глубины БУКС-2 м.
4. Стволовые бурильные установки БУКС-1у2, БУКС-1у3 и БУКС-1 у 4.
5. Стволовая бурильная установка фирмы "Дайльманн-Ханиэль" (ФРГ).
5. Полки проходческие подвесные.
6. Опалубка.
7. Подъемное оборудование для проходки стволов.
8. Список литературы.

Ствол шахтный

СТВОЛ ШАХТНЫЙ— капитальная вертикальная или наклонная горная выработка, имеющая выход на земную поверхность и предназначенная для вскрытия месторождений и обслуживания подземных работ. Различают главные и вспомогательные стволы шахтные. Главный ствол располагается на центральной площадке шахты и предназначается в основном для подъёма на поверхность полезных ископаемых (угля, руды и т.п.), вспомогательный — для транспортирования людей, пустых пород, оборудования, материалов. Вспомогательный ствол может быть также вентиляционным — для подачи в шахту свежего воздуха (т.н. воздухоподающий ствол) или выдачи отработанного. Такие стволы могут располагаться на центральной промышленной площадке и на флангах шахтного поля (фланговые стволы). Разновидность ствола шахтного — слепой ствол. Стволы шахтные оборудуют скипами, клетями, рельсовым или конвейерным транспортом, а в период строительства — бадьями.

Верхняя часть ствола шахтного, выходящая  на земную поверхность, называется устьем (иногда воротником); нижняя (ниже горизонта  околоствольного двора) — зумпфом. Поперечное сечение шахтных стволов  бывает круглым, иногда прямоугольным, реже эллиптическим. Диаметр вертикальных стволов шахтных обычно до 9 м, глубина  до 3-3,5 км. Наклонные стволы имеют  прямоугольную, арочную, круглую формы, стенки стволов закрепляют бетоном, железобетоном и металлическими или железобетонными тюбингами; в крепких устойчивых породах  — набрызг-бетоном. Армировка ствола шахтного включает обычно металлические  горизонтальные элементы (расстрелы) и  вертикальные элементы (проводники), обеспечивающие плавное движение скипов и клетей.

СТВОЛОПРОХОДЧЕСКИЙ  КОМПЛЕКС

СТВОЛОПРОХОДЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС  — совокупность машин и механизмов, предназначенных для выполнения основных технологических операций при строительстве вертикальных стволов буровзрывным способом.

В стволопроходческие комплексы входят: бурильная установка (например, типа БУКС), подвешиваемая вместо грейфера на тельфер породопогрузочной машины, которой осуществляется групповое  бурение шпуров; саморазгружающиеся бадьи (типа БПСМ вместимостью до 5 м3) для  выдачи породы на поверхность; металлическая  передвижная опалубка. При наиболее распространённой совмещённой технологической  схеме проходки стволов опалубка устанавливается на забое.

В стволах диаметром до 7 м в составе  этих стволопроходческих комплексов применяют  одногрейферные пневматические погрузочные  машины KC-2у/40 с грейфером вместимостью 0,7 м3 или KC-1м с грейфером 1,25 м3, в  стволах больших диаметров используют двухгрейферные машины с грейферами вместимостью 0,7-1,25 м3. Среднетехнические  скорости проходки по совмещённой технологической  схеме стволопроходческих комплексов типа KC-2у — 80-100 м/месяц.

Для скоростного прохождения стволов  в устойчивых породах применяются  стволопроходческие комплексы типа KC-1м/6,2, рассчитанный на параллельно-одновременное  производство работ по выемке породы и возведению крепи. При использовании  этого комплекса достигнуты скорости проходки ствола 401,3 м/месяц.

СТВОЛОПРОХОДЧЕСКИЙ  КОМБАЙН

СТВОЛОПРОХОДЧЕСКИЙ  КОМБАЙН  — комплекс оборудования для проходки вертикальных шахтных стволов механическим (буровым) способом. Коэффициент крепости разрушаемых пород при использовании стволопроходческого комбайна, оснащённый резцовым инструментом, не более 7 (по шкале М. М. Протодьяконова); при оснащении рабочего органа шарошечным инструментом до 12-15, диаметр ствола 6-8 м (в свету), глубина до 1500 м.

Стволопроходческий  комбайн  состоит из каркаса, главного привода с редуктором и электродвигателями, приводного вала, двухдискового планетарного исполнительного органа, гидросистемы распора каркаса, подъёма и подачи на забой исполнительного органа, пневмоэлеватора для подъёма породной пульпы из забоя в приёмный бункер, системы перегрузки пульпы из бункера в подъёмные сосуды, передвижной секционной опалубки с гидроотрывом секций, трубопроводов для подачи бетонной смеси за опалубку, а также системы подвески комбайна в стволе по полиспастной схеме на канатах лебёдок, установленных на поверхности.

Проходческий  цикл при комбайновой проходке предусматривает  выполнение основных операций: разрушение горных пород, выдачу горной массы на поверхность, спуск и центровку  стволопроходческого комбайна, его  профилактический осмотр, замену резцов или шарошек, возведение постоянной крепи и наращивание трубопроводов. Выдача горной массы, возведение крепи, частично профилактический осмотр и  наращивание трубопроводов совмещаются  во времени с разрушением породы.

Отличительная особенность транспортировки породы при комбайновой проходке в том, что она выдаётся на поверхность  в виде пульпы двухступенчатым подъёмом: пневматическим элеватором — из забоя  в бункеры и через систему  перегрузки — в подъёмные сосуды и на поверхность.

В Донецком и Карагандинском угольных бассейнах  стволопроходческим комбайном пройдено 9 вертикальных стволов суммарной  протяжённостью свыше 6 км (1988). Наивысшие  показатели достигнуты на проходке ствола стволопроходческим комбайном с  рабочим органом, оснащённым шарошечным инструментом (шахта им. В. И. Ленина ПО "Ворошиловградуголь"): скорость подвигания забоя 181 м/месяц, производительность труда проходчиков свыше 16 м3 готового ствола на чел/смену. Средние темпы  проходки стволов 23-58 м/месяц. Максимальная глубина, на которую в CCCP был пройден  ствол с помощью стволопроходческого  комбайна, 1107 м (шахта им. М. И. Калинина, Донбасс). На этой же шахте около 90 м  ствола на участке вскрытия угольных пластов было пройдено практически  по безлюдной схеме: разрушение забоя  и выдача породы осуществлялись при  управлении комплексом с поверхности, и лишь при перестановке опалубки и подаче за неё бетонной смеси  на комплекс спускались проходчики. За рубежом работы по созданию стволопроходческого  комбайна ведутся в ФРГ, США, KHP.

Стволовые бурильные установки

Стволовая бурильная установка СМБУ-4м. Стволовая бурильная установка СМБУ-4м вращательно-ударного действия предназначена для механизированного бурения шпуров диаметром 43-52 мм при сооружении и углубке вертикальных стволов диаметром до 9 м в проходке.

Установка СМБУ-4м применяется с любым  набором горно-шахтного оборудования в стволе в отличие от машин  типа БУКС, где обязательно применение погрузчика КС. Базовая модель машины конструкции КузНИИшахтострой имеет  три бурильные машины.

Стволовая бурильная установка СМБУ-4м как  базовая состоит из колонны 1, служащей центральной опорой для размещения на ней манипуляторных стрел (на рисунке показана только одна стрела), системы раскрепления установки в забое 6, трех бурильных машин 13, гидравлической системы 20, пультов управления 19, автомасленки 18 и прицепного устройства 7.

Манипуляторные  стрелы служат для перемещения бурильных  машин по забою и удержания  их в заданном рабочем положении. Каждая манипуляторная стрела состоит  из поворотной стрелы 11 коробчатого  сечения, имеющей проушины на концах, и стрелы 12, имеющей в верхней  части жестко закрепленный блок малых  звездочек 9, шарнирно соединенных с  поворотной стрелой 11 , а в нижней части проушину для подвески бурильной  машины 13.

Радиальное  перемещение бурильной машины осуществляется гидроцилиндром 4 раздвижки стрел  и цепным механизмом, состоящим из блоков звездочек 9, 15 и цепи 14.

Перемещение бурильной машины по дуге сектора  осуществляется гидроцилиндром поворота 2 с зубчатой рейкой, находящейся  в зацеплении с шестерней 16, установленной  на хвостовике блока больших звездочек 15

Подъем  и опускание бурильных машин  осуществляется гидроцилиндром 17.

Бурильные машины снабжены вращательно-ударными головками 10 типа БУ-1 или БГА-1.

Система раскрепления 6 установки в забое  ствола состоит из трех гидроцилиндров 3, к штокам которых через коуши  прикреплены канаты растяжек. Канаты пропущены через отклоняющие  блоки 8, закрепленные под углом 120°  на верхней части колонны. На концах канатов имеются крюки 5 для крепления  растяжек за кольца каркаса забойной опалубки или анкеры.

Установка опускается в ствол, как правило, канатом подъемной машины, пропускается через раструб для бадей в  проходческом полке и ставится на центр забоя ствола. Чаще всего  бурильная установка раскрепляется с помощью канатов системы раскрепления к опалубке типа ОМП, однако, система раскрепления может быть и другой. Установка и раскрепление машины производится один раз и обеспечивает бурение шпуров, одинаково свободно придавая нужный наклон, как периферийным так и врубовым шпурам.

Для удобства раздвижки и раскладки  бурильных машин дополнительно  были поставлены четыре пневмоцилиндра от стандартных пневмоподдержек  П-1. На бурильной установке, которая  была изготовлена первой, сохранена  заводская гидравлическая система, которая состояла из шестеренчатого насоса НШ-10Е с пневмоприводом, гидрораспределителей типа Р80-4/3, гидравлических золотников типа 3-8 и 16 гидродомкратов с гидрозамками, на четвертую бурильную машину было установлено дополнительно три  гидродомкрата, гидронасос с приводом НШ-10Е. На бурмашинах винтовые автоподатчики  заменены на цепные 1СБУ-2К 24.00 с удлиненной цепью.

Раскрепление  машины в стволе осуществляется тремя  расчалками к призабойной опалубке. Натяжение канатов производится тремя гидродомкратами, расположенными в верхней части колонны. Для  обуривания неровного забоя машина имеет возможность перемещаться по вертикали до 1100 мм; что осуществляется гидродомкратом подъема в базовой  модели КузНИИ- шахтостроя. В рабочем  положении установка СМБУ-4 находится  в копре, подвешанная на качели из двух спаренных двутавров № 30, закрепленных к металлоконструкциям аккумулирующего  бункера. Обслуживание установки производится со специальной площадки, которая  может перемещаться вокруг машины.

 Стволовая бурильная установка СМБУ-4м.

Установка БУКС-1У5. Установка БУКС-1У5 предназначена для механизации бурения шпуров, цементационных, дегазационных и разведочных скважин при проходке и углублении вертикальных стволов шахт диаметром от 4,0 до 9,0 м в свету в угольной, горнорудной и сланцевой отраслях. Установка БУКС-1МА предназначена для бурения шпуров и имеет винтовой исполнительный механизм подачи и распора.

Бурильная установка состоит из съемной  части и узлов, устанавливаемых  на проходческом полке и на машине типа КС (стационарной части).

  В съемную часть входят: бурильные  машины, манипулятор, подвеска, колонна  раздвижная и пневмосистема.

В стационарную часть входят: заходная кривая, оборудование для очистки  шпуров, и оборудование для бурения  цементационных скважин.

Возможность наклона бурильных машин в  вертикальной плоскости и поворот  в горизонтальной плоскости позволяет  изменять расстояние между смежными шпурами и с одной позиции  бурить большое число шпуров.

Применение  пружинных домкратов распора  позволяет одному бурильщику надежно  и быстро распирать бурильную  машину при любых наклонах пластов (включая и крутопадающие), крепостях  породы и неровностях забоя ствола.

Установка имеет сниженный уровень шума и водовоздушную очистку шпуров, обеспечивающую полное пылеподавление и увеличение скорости бурения.

Стволовая бурильная установка для бурения  шпуров при проведении вертикальных стволов небольшой глубины БУКС-2 м имеет две бурильные машины, смонтированные на станине (стойке) с возможностью их установки под различными углами к вертикали в процессе бурения шпуров. Недостатки этой установки заключаются в том, что размещение (установка) бурильных машин под разными углами производится вручную и их раздельная (автономная) работа невозможна. Кроме перечисленных недостатков эта установка не может быть использована при проведении стволов средней и большой глубины.

Стволовые бурильные установки БУКС-1у2, БУКС-1у3 и БУКС-1 у 4 по конструктивному устройству аналогичны, но оборудованы разным количеством бурильных машин. Согласно номерам - двум, трем и четырем, позволяющим бурить шпуры глубиной до 4,5 м. Бурильные машины в этих установках смонтированы каждая на своей стойке манипулятора. Манипуляторы связаны с распорной раздвижной колонной. Установка бурильных машин под заданным углом механизирована.

Недостатками  рассматриваемых стволовых бурильных  установок являются: во-первых, сложность  конструкции манипулятора для изменения  углов размещения при одновременной  установке бурильных машин в  процессе выполнения буровых работ  в забое ствола; во-вторых, отсутствие возможности автономной работы отдельно друг от друга бурильных машин; в-третьих, шарнирное соединение стволовых  бурильных установок с тельфером  стволовой погрузочной машины привело  к необходимости наличия дополнительного  узла - раздвижной колонны. Последняя  обеспечивает необходимый распор бурильных  машин в процессе бурения шпуров. Наличие раздвижной колонны привело  к значительному утяжелению рассматриваемых  стволовых бурильных установок, что в конечном итоге привело  к снижению маневренности при  выполнении буровых работ и, следовательно, к снижению производительности.

Из  зарубежных бурильных установок  выделим шахтную стволовую бурильную установку фирмы "Дайльманн-Ханиэль" (ФРГ). Установка предназначена для бурения шпуров глубиной до 4,85 м в стволах диаметром до 10 м, она может комплектоваться 2-5 пневматическими или гидравлическими бурильными машинами вращательного, ударно-вращательного или ударного действия.

1 - емкость для масла; 2 - опорная  платформа для емкости; 3- ручной  регулятор крепления распоров; 4- телескопические распоры; 5 - пневмоцилиндр; 6 - ограничитель; 7 - буровая каретка; 8 - бурильная машина; 9 - буровая штанга; 10 - центральная колонна; 11 - центральный  люнет; 12 - кронштейн; 13 - рама для  перемещения манипулятора; 14 - крепление  манипулятора; 15 - податчик; 16 - люнет; 17 - канал подвода промывочной жидкости; 18 - центральный водяной распределитель; 19 - центральный распределитель воздуха  и масла.

Полки проходческие подвесные

ПОЛОК ПРОХОДЧЕСКИЙ  — подвесная платформа, располагаемая в шахтном стволе и служащая для размещения механизмов, оборудования и рабочих. Полки проходческие предназначены также для крепления и натяжения направляющих канатов проходческого подъёма и предохранения людей, находящихся в забое, от случайного падения сверху каких-либо предметов. При возведении крепи из монолитного бетона в направлении снизу вверх полок проходческий служит опорой для поддона опалубки. На них устанавливают лебёдки для подвесных пневмогрузчиков, шлангов сжатого воздуха, светильников, кабелей и другого забойного оборудования.

Технические характеристики

Полки проходческие состоят из балок, окаймляющего кольца, настила и выдвижных пальцев. Наружный диаметр окаймляющего кольца на 100 мм меньше диаметра ствола в свету. В полках проходческих этого типа устраивают проёмы для пропуска подвесного оборудования.

Полок проходческий применяют как  при проходке, так и при армировании  стволов; к нижнему этажу полки-каретки  подвешивают породопогрузочные  машины (KC-2у, KC-1м). Двухэтажные или  многоэтажные полки-каретки и подвесные  полки состоят из этажных площадок, а также стоек, лыж, соединяющих  этажные площадки, и прицепного устройства.

 
1 —  тюбинговая обделка ствола; 2 —  подвесной полок; 3 — упор;

4 — раструб для прохода бадьи; 5-рельсовые направляющие; 6 — прицепное  устройство;

7-центральный узел; 8 — балка  поворотная; 9 — таль электрическая;

10 — грейферное пневмопогрузочное  устройство; 11 — бадья; 

12 —— захват тюбинга нижнего  (монтируемого) кольца; 13 — крюк для  захвата бадьи;

14 — тельфер для установки  тюбингов

ОПАЛУБКА

ОПАЛУБКА горная  — передвижная (переставная) конструкция-форма, предназначенная для возведения в горной выработке монолитной бетонной (железобетонной) крепи заданной конфигурации и размеров. Изготавливают опалубки преимущественно из металла (сталь, алюминиевые сплавы). Современные опалубки — инвентарные передвижные или разборно-переставные конструкции. Выбор типа опалубка определяется формой и поперечными размерами выработки, принятой технологией производства работ и др.

Передвижные опалубки отличают меньшую (по сравнению  со вторым типом конструкций) трудоёмкость монтажа, демонтажа и время на эти операции. Сущность технологии применения этих опалубок заключается  в том, что после отрыва от затвердевшего  бетона поперечные размеры опалубка уменьшают; это даёт возможность  переместить её по выработке. На месте  бетонирования опалубки вновь раздвигают, контур её приобретает размеры и  конфигурацию выработки в свету. Среди наиболее распространённых передвижных  опалубок для горизонтальных (слабонаклонных) выработок — шарнирно-складывающиеся опалубки сводчатого очертания. Опалубки этого типа состоят из нескольких секций, объединённых болтовыми связями. Каждая секция выполнена из отдельных  сегментов (рёбра жёсткости из прокатных  профилей, покрытые стальными листами), шарнирно соединённых между собой.

Наружная  поверхность секций опалубки может  иметь упругое покрытие, уменьшающее  усилия её отрыва от бетона и исключающее  очистку и смазку секций. Монтаж, демонтаж и транспортировка опалубка осуществляются с помощью самоходной монтажной тележки, оснащённой гидравлическими  домкратами и лебёдками. На одной  тележке последовательно перемещают все секции опалубка. Габариты этого  вспомогательного средства и опалубка подбирают из расчёта пропуска транспортных средств, размещения вентиляционных коробов  и других коммуникаций. В выработках кругового очертания применяют  шарнирно-складывающуюся опалубку, каждая секция которой состоит из двух верхних  и нижнего сегментов, к которым  шарнирно прикреплены боковые откидные сегменты. Для снятия, установки  и перемещения сегментов используют самоходный перестановщик с домкратными  устройствами и канатными полиспастами, передвигающийся по транспортному  мосту. Разновидность передвижных  опалубок — скользящая опалубка, непрерывно перемещающаяся за проходческим агрегатом  по мере бетонирования. При строительстве  тоннелей горным способом иногда используют целиком перемещаемые секции длиной 10-15 м для раздельного бетонирования  свода и стен тоннеля. При возведении монолитной бетонной крепи в вертикальных выработках (стволах) широко распространены передвижные металлические опалубки, подразделяемые по нескольким признакам: по конструкции (створчатая, секционная, створчато-секционная, опалубка со щитом-полком, полок-опалубка, самоцентрирующаяся опалубка, шагающая опалубка и др.); по способу устройства пикотажной перемычки (без опорного поддона, с опорным поддоном); по типу связи опорного поддона с опалубкой (жёстко прикреплён к опалубке, прикреплён к опалубке с возможностью некоторого перемещения, имеет самостоятельную систему подвески); по способу подвески (к проходческому полку, на канатах к специальные лебёдкам, к направляющим канатам, шагающая без подвески); по способу отрыва от бетона (с ручными механизмами отрыва, самоотрывающаяся). Высота опалубка зависит в основном от устойчивости незакреплённых породных стенок ствола, колеблется от 1,5 до 5 м.

Из разборно-переставных  опалубок наиболее применяемая конструкция  — сборно-разборная тюбинговая опалубка (используют при строительстве тоннелей горным способом). Состоит из стальных тюбингов, соединяемых болтами. Для  монтажа и демонтажа тюбинговых секций (ширина 1 м) применяют укладчики  рычажного типа (головной и хвостовой), перемещаемые по рельсам на кронштейнах, прикреплённых к внутренней поверхности  опалубки.

Подъемное оборудование для проходки стволов

Подъем  обеспечивается подъемными установками, к оборудованию которых относятся: подъемные машины (лебедки) с приводами, копер, копровые шкивы, бадьи, подъемные  канаты, прицепные устройства и сигнализация. 
При проходке стволов применяют однобарабанные и двухбарабанные подъемные машины и лебедки и в соответствии с этим — одноконцевой или двухконцевой подъем. 
Одноконцевой подъем характеризуется движением по стволу одной бадьи. Подъем может быть организован следующим образом. Порожняя бадья опускается на забой, а вторая бадья находится под погрузкой. После ее загрузки и прибытия на забой порожней бадьи производится перецепка бадей. 
Возможна схема подъема и без перецепки, однако в этом случае во время движения бадьи по стволу и ее разгрузки на поверхности погрузка породы в забое не производится. 
Двухконцевой бадьевой подъем функционирует следующим образом. 

Две бадьи, одна из которых  груженая, а другая порожняя, движутся в стволе. В это время третья бадья отцеплена от каната и находится  в забое ствола под погрузкой. Бадья, поднятая на поверхность, без  отцепки от каната разгружается, а  порожняя бадья на забое отцепляется  и становится под погрузку. Вместо нее к канату прицепляется загруженная  бадья. Таким образом, при двухконцевом подъеме в работе находятся три  бадьи. 
Производительность двухконцевого подъема выше, чем одноконцевого. Двухконцевой подъем целесообразно применять при проходке стволов значительной глубины и большой площади       поперечного сечения. 

Одноконцевой  подъем с перецепкой бадей применяется  при такой глубине ствола, когда  время погрузки породы в бадью  будет больше времени полного  оборота бадьи, т. е. когда исключается  простой погрузочной машины. При  большей глубине ствола и применении высокопроизводительной погрузочной  машины, а следовательно, и бадей  большей вместимости целесообразно  производить подъем двумя одноконцевыми  установками без перецепки бадей. 
При окончательном выборе схемы подъема необходимо учитывать, что по сравнению с двухконцевым одноконцевой является в большей степени неуравновешенной системой.

Список  используемой литературы

1. Горная энциклопедия. Сайт (mining-enc.ru)
2. Статьи с сайта (computerchoppers.ru/.../1909-oborudovanie-dlya-prohodki-stvolov-...)
3. Статьи с сайта (computerchoppers.ru/.../1907-oborudovanie-dlya-prohodki-stvolov-...)