Широкозахватная техника добычи угля. Этапы совершенствования

      Добыча  полезных ископаемых началась с тех  пор, как человек понял, что камень может быть ему полезен, т.е., по существу, со времен его созна-тельного существования. Вначале человек подбирал разные камни, которые залегали на поверхности. Но, усвоив их пользу, он начинал добывать их из-под земли. Дело государственной важности «и для себя и для потомков наших» видел Петр I в поиске и добыче полезных ископаемых. В 1719 г. он издает указ, так называемую «Берг - привилегию», где разведка и добыча полезных ископаемых узаконивалась по всей территории России вне зависимости от границ частных владений. В частности, там указывалось, что каждый может «как на собственных, так и на чужих землях искать, копать, варить, плавить и чистить всякие металлы... и всяких красок потребные земли и каменья».

      За  довоенные годы было создано много  типов машин, оборудования. Однако состояние механизации добычи угля характеризовалось низким уровнем. Удельный вес трудовых затрат на различные операции составляло: зарубка - 5 %; бурение - 4 %; навалотбойка - 50 %; управление кровлей - 20 %; перенос конвейера - 10 %; слесарно-ремонтные и прочие работы -11%.

      Отсутствие  в лавах совершенных технических средств для механиза-ции отбойки и навалки угля приводило к тому, что на эти процессы задал-живалось половину всех ресурсов рабочего времени. Для осуществления комплексной механизации угледобычи необходимо было гармонично увязать механизацию зарубки, отбойку и навалку угля, создать угледобывающий комбайн.

      Создание комбайнов являлось значительным шагом в развитии техники горнопроходческих работ. Применение комбайнов обеспечило почти трех-кратное увеличение скорости проходки и производительности труда по сравнении, с буровым способом. На рубеже XIX и XX вв. американским инженером Мак-Кинли был разработана первая комбинированная проход-ческая машина, принцип действия которой основывался на идее высвер-ливания горизонтальной выработки в некрепкой горной породе. В 1910г. американский изобретатель Е.Морган впервые построил и испытал комбайн для проходки выработок по углю малой вязкости. В разработанной конструк-ции нижний горизонтальный и два вертикальных бара производили врубы по трем плоскостям. Отбойная рама с долотами отбивала уголь, нанося удары по забою от почвы к кровле. Отбитый уголь грузился конвейером, передний конец которого был введен в нижнюю зарубную щель. Первые предложения о создании горных комбайнов в нашей стране относятся к концу прошлого столетия, С технической точки зрения они представляли собой попытки сконструировать горные машины универсального назначения. О создании подобных средств механизации для угольной промышленности в царской России речь даже не шла. В 1907 г. русский изобретатель Ф.А. Поляков-Ковтунов получает привилегию (патент) на горнопроходческий комбайн со строгающим рабочим органом. При работе машины режущая часть приводилась во вращение, а подающая часть обеспечивала движение машины по рельсам в забой.

      Несмотря  на ряд конструктивных недостатков  первых проходческих комбайнов (громоздкость, низкая надежность рабочих органов  и систем передачи движения), они обозначили прогрессивные технические идеи и послужили прототипами для более совершенных машин.

      В Советском Союзе механизацию  угледобычи начали с механизации самого трудоемкого процесса - зарубки. Она в дальнейшем развивалась по пути так называемой тяжелой механизации. Это направление в отличие от принятой в Европе ориентировки на применение отбойных молотков, уголь-ных пил и легких врубовых машин предусматривало использование в очист-ных забоях врубовых машин преимущественно тяжелого типа и переход к созданию комбинированных систем машин, дающих возможность механизи-ровать остальные производственные процессы.

      С индустриализацией страны возрастали требования к угольной промышленности, темпы механизации которой отставали от темпов, необходимых народному хозяйству. Потребность поднять уровень механизации угледобычи обусловила в 1925—1926 гг. необходимость создания угледобывающего комбайна. Эта задача была сформулирована применительно к потребностям основного угольного бассейна страны — Донбасса. Курс на специализацию назначения машин применительно к различным условиям угледобычи, стремление к повышению производительности ком-байнов при одновременном снижении энергоемкости разрушения угля, забота об одновременной комплексной увязке уровней механизации всех производственных процессов в лаве — эти тенденции советского угольного комбайностроения стали исходными на его новом этапе развития.

      В 1930—1932 гг. в СССР было разработано около 50 конструкций угледобывающих комбайнов, 4 из них в 1932г. были практически реалии-зованы. Наиболее перспективной из реализованных советских комбайнов была машина Б-1, сконструированная А. И. Бахмутским, в то время главным механиком Первомайского рудоуправления треста «Кадиевуголь». К особен-ностям комбайна Б-1 следует отнести: использование электродвигателя, подающей и режущей частей от тяжелой врубмашины; образование замкну-того контура вруба режущими органами комбайна, разрезавшими блок угля на две пачки; отбойка угля верхней вращающейся штангой с дополни-тельными режуще-отбойными элементами; навалка отбитого угля скребковыми транспортерами; возможность регулировки режуще-отбойных органов комбайна для работы в пластах разной мощности. Опытная эксплуатация комбайна показала, что в благоприятных условиях он может давать за час до 20 т угля, увеличивая производительность труда рабочего по лаве в 3 раза.

      Почти одновременно с А. И. Бахмутским в  том же тресте оригинальное предложение конструкции угледобывающего комбайна внес коллектив механизаторов, руководимый инженерами В. Г. Яцких и Г. И. Роменским. Было разработано несколько проектов угледобывающих комбайнов. Наиболее подходящим для практического осуществления был признан угледобывающий комбайн, известный под названием ЯР-1.Основные особенности комбайна ЯР-1: оригинальное конструктивное оформление замкнутого контура вруба (два плоских цепных бара с вертикальной раз-движной штангой между ними), возможность регулировки положения верхнего бара по высоте, применение для отбойки угля усиленного резания в сочетании с использованием естественной способности вырезанной пачки угля к саморазваливанию. ЯР-1 имел лучший, чем комбайн Б-1, орган зарубки угля — плоский цепной бар, а не режущую штангу. В то время комбайн Б-1 имел эффективный орган отбойки угля, в комбайне ЯР-1 этого органа не было.

      Несмотря  на конструктивные недостатки первых комбайнов, их создание явилось крупной победой советской техники, имевшей большое значение для развития угольного комбайностроения, положило начало созданию ком-байнов, базирующихся на тяжелых врубовых машинах. Была доказана целесообразность применения в угледобывающих комбайнах режуще-отбойных органов, дающих замкнутый контур вруба. Однако от отдельных достижений до массового применения комбайнов было еще далеко. И комбайностроители искали наиболее соответствующие конкретным усло-виям принципы конструирования комбайнов, развивали уже оправдавшие себя идеи. Имевшийся богатый технический опыт проектирования различных узлов и конструктивных элементов комбайнов, многие плодотворные идеи и принципы этих машин, выработанные в предшествующие годы, нуждались в синтезировании и заслуживали творческого использования. Очевидна была также необходимость решать с принципиально новых позиций ряд проблем конструирования комбайнов и прежде всего вопрос об эффективной навалке угля без перебивки крепи в лаве.

      В предвоенные годы Горловский завод  выпустил более двухсот комбайнов С-24, которые внедрялись на многих шахтах Донбасса. Комбайн представлял собой серийную врубовую машину ГТК-3, оснащенную изогнутым баром и ленточным навалочным конвейером. При работе на пластах вязкого и малокливажистого угля  исполнительный орган комбайна, как правило, плохо отбивал уголь. Для расширения области применения комбайна С-24 конструкторское бюро «Главуглемаша» и Горловского завода в 1940—1941 гг. спроектировали несколько вариантов дополнительных от-бойных органов (гидропатроны,   пневмоотбойные молотки и др.). Реали-зация этих проектов была сорвана войной.

      Для последующего развития советского комбайностроения большое значение имело изготовление Горловским заводом первых советских коль-цевых баров. В 1939 г. прошел испытания кольцевой бар с двухшар-нирной цепью, а в начале 1941 г. был изготовлен кольцевой бар с цепью, изгибав-шейся в одной плоскости.

      Из  комбайнов, созданных для пологих  пластов, наиболее совершенной была последняя модель комбайна А. И. Бахмутского — Б-6-39, созданная в 1939 г. Горловским машиностроительным заводом. Комбайн Б-6-39 базировался на новой мощной советской врубовой машине ГМА, имел регулируемую по высоте и удачно конструктивно оформленную отбойную штангу с дисками, шнековый расштыбовщик. Первая серия этих комбайнов (5 штук) в 1940—1941 гг. успешно эксплуатировалась на шахтах Донбасса.

      Нападение гитлеровской Германии помешало реализации многих планов и технических идей комбайностроителей. Некоторые из этих идей были претворены в жизнь в  Карагандинском бассейне в годы Отечественной  войны эвакуировавшимся, туда донецким механизатором С. С. Макаровым, под  руководством которого был сконструирован комбайн КМ.

      В послевоенный период советское угольное комбайностроение вступает в новое  русло. Чтобы обеспечить быстрое и успешное выполнение задач, поставленных перед угольным комбайностроением, Советское правительство привлекло коллективы машиностроительных заводов страны, научно-исследовательских, проектных и конструкторских организаций различных отраслей промышленности к решению задач механизации наиболее трудоемких и тяжелых процессов угледобычи. С этой целью в 1947 г. был объявлен Всесоюзный конкурс на лучшие угольные комбайны. Победителем конкурса стал коллектив Донецкого филиала Гипроуглемаша, создавший в содружестве с горловскими машиностроителями и механизаторами шахт бассейна угледобывающий комбайн «Донбасс».

      В качестве исходного рабочего варианта при проектировании новой машины было взято предложение, выдвинутое в 1945 г. инженером М. Ф. Горшковым. В  этом схематическом проекте угледобывающего  комбайна содержалась смелая идея применить кольцевой бар с одношарнирной цепью в сочетании с отбойной штангой, имеющей две опоры. Такое решение позволяло надеяться на устранение в конструкции комбайна ряда прин-ципиальных недостатков режуще-отбойных органов, имевших место у большинства предшествующих машин. Но для этого необходимо было разработать работоспособную конструкцию режуще-отбойных органов, спроектировать приводные устройства, заново решить вопрос о механизме навалки угля и т. д. Эти задачи решил коллектив конструкторов Донецкого филиала Гипроуглемаша и машиностроителей Горловского завода им. С. М. Кирова. К середине 1948 г. был создан опытный образец угледобывающего комбайна «Донбасс».

      В данном конструктивном исполнении комбайн  «Донбасс» предназначался для одновременной и полной механизации зарубки, отбойки и навалки угля на конвейер в очистных забоях пологих пластов мощностью от 0,8 до 1,5 м при углях мягких и средней крепости и кровле средней устойчивости.

      Комбайн был сконструирован на базе новой  советской мощной врубовой машины МВ-60, от которой без принципиальных изменений были взяты подающая часть и электродвигатель. В качестве режущего органа комбайна использовался кольцевой бар с открытыми направляющими, в которых двигалась одношарнирная режущая цепь, оснащенная зубками, разведенными в обе стороны от 0 до 40°. В верхней части оригинального редуктора рабочего органа располагался шнековый расштыбовщик, по-зволявший ликвидировать запрессовку цепей мелкими фракциями угля. Равновесие верхней и нижней ветвей режущей цепи создавало устойчивое положение комбайна у забоя без дополнительных приспособлений.

      Для дальнейшего разрушения угля в комбайне использовалась отбойная штанга. Двухстороннее крепление с регулировкой положения дисков по длине обеспечивало устойчивую работу отбойной штанги и позволяло приспосабливаться, в известных пределах, к отбойке угля различной вязкости.

      Большим достижением советского угольного  комбайностроения явилось создание оригинального и высокоэффективного погрузочного устройства — активного кольцевого грузчика УКГ с автономным приводом и реверсивным электродвигателем. Этот грузчик, нашедший впоследствии применение в комбайнах различной конструкции и назначения, обеспечивал навалку угля на лавный конвейер без перебивки крепи, а также приемку угля различной кусковатости. Консольные скребки грузчика участвовали в рас-плитовке угля, а наличие вне угля верхней (холостой) ветви рабочей цепи исключало заштыбовку грузчика.

      Удачно  и оригинально был решен редуктор режущей части с поворотной турелью, который давал возможность без какого-либо сущес-твенного демонтажа переводить машину из рабочего положения в транспорт-ное и обратно.

      Все эти новшества сделали «Донбасс»  наиболее совершенной из всех известных  в то время в мировой практике угледобывающих машин подоб-ного класса.

      В годы пятой пятилетки советские  комбайностроители совершенствовали уже созданные угледобывающие комбайны и создавали новые конструкции для различных горногеологических условий. В результате модернизации основных узлов комбайна «Донбасс-1» был создан надежный и эффективный угледобывающий комбайн «Донбасс-1К». Модернизируя комбайн, конструкторы и машиностроители стремились повысить прочность узлов машины, улучшить конструкцию исполнительного и погрузочного органов, чтобы повысить эффективность разрушения угля и погрузку его на забойный конвейер.

        В 1956—1957 гг. Донгипроуглемашем, Горловским  машиностроительным заводом им. С. М. Кирова, а также заводами, изготавливающими электрооборудование комбайна, проведены работы по доводке и совершенствованию конструкции всех узлов комбайна. После пробных испытаний и внесения изменений в конструкцию комбайн получил наименование «Донбасс-2К».

      Несмотря  на внешнее сходство с комбайном  «Донбасс-1», конструкция основных узлов «Донбасс-2К» имеет ряд принципиальных отличий: большая мощность главного электродвигателя (длительная мощность – 50 кВт), обеспечивающая высокую производительность комбайна; отсутствие расштыбовщика — зарубной штыб на забойный конвейер грузится непо-средственно режущей цепью, для чего ведущая звезда установлена на значительной высоте от почвы пласта у боковой поверхности комбайна, обращенной к забойному конвейеру; наличие двух скоростей движения режущей цепи, что позволяет работать на более выгодном режиме; высокая тяговая характеристика подающей части, обеспечивающая надежную работу комбайна при натяжении каната на рабочем ходу до 15 000 кг; наличие фрикционно-пульсирующей подачи, обеспечивающей более плавную, чем при храповичном устройстве, работу редуктора и позволяющей плавно регулировать среднюю рабочую скорость подачи комбайна в широких пределах.

      На  шахтах Донбасса во многих очистных забоях комбайны «Донбасс-1» были заменены комбайнами «Донбасс-2К», что значительно улучшило технико-экономические показатели работы.

      Дальнейшая  модернизация комбайна «Донбасс-1»  привела к созданию комбайна ЛГД, разработанного Гипроуглемашем совместно с работниками бывшего Луганского совнархоза. Модернизация произведена, в основном, за счет оснащения машины новой гидравлической подающей частью ГПЧ-2 и мощным электродвигателем с поверхностным обдувом.

      Одним из первых советских комбайнов для  разработки пластов мощностью 0,5—0,75 м был созданный в 1949—1951 гг. инженерами Гипро-углемаша в творческом содружестве с механизаторами шахт комбайн УКТ-1. В 1949 г. его изготовили на Малаховском экспериментальном заводе. УКТ-1 предназначался для механизации основных процессов выемки угля — зарубки, отбойки и навалки на забойный конвейер в лавах на тонких пологих пластах мощностью 0,45—0,75 м с углями различной крепости, углом падения от 0 до 25°, со средней по устойчивости кровлей, допускающей наличие незакрепленного пространства 8-10 м². Комбайн рассчитан был на работу в комплексе с конвейером СКТ-2 - 6 м. УКТ-1 – машина с канатной подачей, работающая в лоб заходки. Это позволяло расположить конвейер непосредственно у груди забоя и осуществить полную навалку угля машин-ным способом. Для устранения весьма трудоемкого холостого спуска маши-ны комбайн работал по челноковой схеме с разворотом на 180° в начале и конце лавы после завершения каждого цикла по выемке угля.

      В комбайне использованы с небольшими изменениями подающая часть и  электродвигатель врубовой машины КМП-2. Устойчивость комбайна в плоскости  пласта обеспечивала массивная лыжа, которая опиралась на забой и  конвейер. Направление в вертикальной плоскости регулировалось положе-нием исполнительного органа машины и ее опорными лыжами.

      Исполнительный  орган комбайна состоял из четырех  буровых коронок с резцами, забурниками и отбойно-погрузочной цепи. Расположенная позади коронок отбойно-погрузочная цепь, снабженная зубками и лопатками, двига-лась в направляющих кольцевого бара, подрезала уголь у почвы и кровли пласта, захватывала его при своем движении и грузила на забойный конвейер. Движение коронок было направлено в ту же сторону, что и движение нижней ветви отбойно-погрузочной цепи, то есть погрузка угля частично производилась буровыми коронками.

      На  основании опыта эксплуатации комбайнов  УКТ-1 в различных горногеологических условиях Гипроуглемашем в 1954 г. был  разработан проект модернизированного комбайна УКТ-2 и УКТ-2М. Они явились базой для разработки комбайна КЦТ, предназначенного для использования в тех же условиях.

      В 1962 г. институт ШахтНИУИ разработал техническую  документацию на применение комбайна КЦТ с гидравлической подающей частью от врубовой машины «Урал-33». Комбайн КЦТГ был усовершенствованной моделью КЦТ и предназначен для выемки и навалки угля различной крепо-сти и вязкости при разработке пологих пластов мощностью 0,55—0,75 м со спокойным залеганием, с кровлей устойчивой и средней устойчивости, допускающей незакрепленное пространство в зоне работы комбайна не менее 10 м².

      В 1952 г. была изготовлена первая опытная  партия комбайнов УКМГ-1. В 1953 г. завод изготовил вторую партию усовершенствованных комбайнов УКМГ-2. В 1953 г. выпущена серия комбайнов УКМГ-2М.

      Малое обнаженное пространство (5 м²), простота конструкции и надежность в работе обеспечили достаточно эффективную работу комбайнов даже в тяжелых горногеологических условиях на тонких пологих пластах.

      Производственный  опыт показал, что использованная в  комбайне подающая часть врубмашины ГТК-35М ненадежна в работе из-за частой разрегулировки угла управления рабочими скоростями, малой прочности храпового механизма и т. п.

        Поэтому на Горловском машиностроительном заводе была сконструирована подающая часть ПМГ-1, а в 1956 г. изготовлена партия комбайнов УКМГ-3 с подающей частью типа ПМГ-2, представляющей собой редуктор с бесступенчатым регулированием скорости подачи. Для увеличения мощ-ности комбайна в 1954 г. завод выпустил партию комбайнов  типа УКМГ-47, сконструированных на базе врубовых машин КМП-2.

      Для пластов мощностью 0,6 - 0,85 м в Донгипроуглемаше был сконструирован в 1949 г. угольный комбайн «Горняк», Начиная с 1953 г. «Горняк» пущен в серийное производство на Горловском машинострои- тельном заводе. В качестве подающей части в комбайне «Горняк-1» применена без каких-либо существенных изменении подающая часть угольного комбайна «Донбасс-1». Исполнительный орган комбайна имеет ступенчатую регулировку по высоте за счет смены дуг бара, утюгов и вставок различных размеров, устанавливаемых на корпусе поворотной головки. Высота и глубина захвата исполнительного органа выбирались в зависимости от свойств кровли, крепости угля и других горногеологических условий залегания пласта. Скребково-погрузочная цепь грузчика комбайна «Горняк-1» и оросительное устройство принципиально не отличаются от цепи грузчика и оросительного устройства комбайна «Донбасс-1».

      Комбайн «Горняк-1» нашел широкое применение на шахтах Донецкого бассейна. В 1955 г. только на шахтах Украинской части Донбасса работало 215 комбайнов этого типа.

      Для механизации выемки невязких углей  средней крепости на пологих пластах мощностью 0,5—0,8 м и боковых породах средней устойчивости по предложению инженера Б. И. Ковалева был создан угледобывающий ком- байн «Шахтер». Базой для комбайна  «Шахтер» явилась врубовая машина  КМП-2. Исполнительный орган комбайна выполнен в виде двухручьевого кольцевого бара с режущей и скребково-ногрузочной цепями. Таким образом, исполнительный и погрузочный органы конструктивно объединены в одном узле. Режущая цепь движется в переднем ручье бара, а скребково-погрузочная — заднем. Направления движения и скорость цепей одинаковы.

Режущая и скребково-погрузочная цепи комбайна набираются с ипользова-нием деталей режущей и погрузочной цепей комбайна «Донбасс-1», а для лучшего разрыхления пачки угля в скребково-погрузочную цепь добав- ляются четыре или шесть скребков с установленными на них зубками КМЗ или специальными клеваками (усиленные зубки от комбайна УКТ-2М).

      Специальное конструкторское бюро Горловского  машиностроительного завода им С. М. Кирова на базе конструкций комбайнов «Горняк» и «Шахтер» спроектировало комбайн «Кировец», в котором максимально унифицированы узлы и детали. Опытная партия комбайнов «Кировец», выпущенная в ноябре 1956 г., испытывалась в различных горногеологических условиях на шахтах Донецкого и Львовско-Волынского угольных бассейнов.

      Созданием угольных комбайнов типа «Донбасс», «Горняк», «Шахтер», «Кировец», КЦТ, УКМГ и их широким промышленным применением  была разрешена проблема механизации  основных процессов выемки угля в  очист-ных забоях пологих пластов Донбасса мощностью от 0,4 до 1,5 м.

      Внедрение комбайнов позволило значительно повысить уровень меха- низации и культуры производства. Однако решение задачи комплексной механизации угледобычи требовало принципиально новых средств механиза-ции выемки угля.

      Основные  недостатки всех созданных к середине 50-х годов горных комбайнов можно  разделить на три группы:

      —  высокая удельная энергоемкость  разрушения угля, достигавшая у отдельных комбайнов 3 кВт/т. С этим связана и низкая   сортность добываемого комбайнами угля;

      —  полное отсутствие регулировки или  наличие ступенчатой регулировки (связанной с  перемонтажем)   исполнительного  органа  в   зависимости от изменяющейся мощности пласта;

      —  недостаточная увязка конструктивных принципов угледобывающих комбайнов  с технологической схемой выемки угля, обеспечивающей комплексную механизацию очистных работ.

      На  устранение этих существенных недостатков  и были направлены творческие поиски конструкторов и ученых. Это привело  к созданию «узкозахватных» комбайнов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

     1. Амосов  В.А Введение в специальность:  Учебное пособие/ В.А. Амосов. –  Алчевск: ДонГту, 2006. – 56с.

     2. Гайко  Г.И. История горной техники:  Учебное пособие. Алчевск: ДГМИ, 2001.-134с.

     3.  История  технического развития  Донбасса в двух томах Т1. / ред.  Щербань. издательство «Наукова  думка» - Киев: 1969.

     4. История   технического развития Донбасса  в двух томах Т2. / ред. Щербань.  издательство «Наукова думка» - Киев: 1969. 

01.11.2008 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                     СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 

     1. Амосов  В.А Введение в специальность:  Учебное пособие/ В.А. Амосов. –  Алчевск: ДонГту, 2006. – 56с.

     2. Гайко  Г.И. История горной техники:  Учебное пособие. Алчевск: ДГМИ, 2001.-134с.

     3.  История  технического развития  Донбасса в двух томах Т1. / ред.  Щербань. издательство «Наукова  думка» - Киев: 1969.

     4. История   технического развития Донбасса  в двух томах Т2. / ред. Щербань.  издательство «Наукова думка» - Киев: 1969. 

01.11.2008