автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Создание проходческих комплексов на принципе агрегатирования для проведения наклонных выработок

доктора технических наук
Бунин, Владимир Иванович
город
Кемерово
год
1997
специальность ВАК РФ
05.05.06
цена
450 рублей
Диссертация по транспортному, горному и строительному машиностроению на тему «Создание проходческих комплексов на принципе агрегатирования для проведения наклонных выработок»

Текст работы Бунин, Владимир Иванович, диссертация по теме Горные машины

Мш-ыс-герггао югшрва н энергетики Российской Федерации ОАО Кузбасский научный ц'ечур реструктуризации н технологии горных "работ ОАО "Кулниишахтострой"

На правех рукописи

£УТШН Владимир Иванович

СОЗДАНИЕ ПРОХОДЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ НА ПРИНЦИПЕ АГРЕГАТИРОВАНИЯ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ НАКЛОННЫХ ВЫРАБОТОК

Специальность 05 05 Об - "Горные

машины

Диссертация в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора технических нш'к

• ^ • • <■■г&тЖ'&ЖлуУ^'Л-'Уа*'1'**^''*'1¡умимии.ритиш 1» 11'"■1 * пп

|1 " 71 -Р р <г Ь ¿ШУМ БАК России |

„п

19 ^г., № 1

[Пйсудплученую степень

ол^'и^Уиг^ЩА^----с

1 Начадьник^й^-АШий ВАК Рос<

IX J С \ "' \

'1 с

Официальные оппиц?()Тц: %

росеийскдя , , государственКАЯ/

иоктор технических наук, профессор И. Д; БОГОМОЛОВ доктор технических йаук А.Р.Магщс> - " ^ '

доктор технических наук \ - .ЙОЯЯКОД,

' ! ' ■> . ( ' ' ■

Ве^ев^р^дприяте - ОАО ^Сюфпу&жсугспь*

I V, 4 1 * Ч * * А 1 ' ( *

< ) Ь 1 1 ; г , 1 ' 1 ' ' (1 ^ !

'.'} ■ С"''/■ чг^^')/У,¿у-*-•'; '•><•?'''• ^,■ •4!¿л1'>'«¡14-$^'0'' ■ '■'■ - ■*г■$V:■ ■.V;

Защита состоится. "Л&\ , вЧ IО* час.

из заседании диссерт«ишочн'ого совета Д 003.17 0¡ V при Институте горного дета СЬ АН РФ по з'щк<у> 6*^0091, г: Новосибирск,9!,Краснымглэоелоп,

С дисрертчцией н у иле Научного "оклз, »а ».«^ч,-; "в библиотеке . и ¡/статута^ 1

Диссертация з.виде чйэК

1 » х"1 >» (

Ученый «гкретарь {Цяфт^ичонн&го, доктор телничгск иснаук^ арофгсс©]-

(

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Техническое развитие предприятий угольной промышленности в последние годы осуществляется в условиях, кота в уклонных полях шахт угля добывается в 2,5 раза больше, чем в бремсбер овых. Это обстоятельство обусловлено отставанием (250-300 м) действующих горизонтов от ранее вскрытых вертикальными стволами и все более увеличивающейся доли прогрессивного конвейерного транспорта для выдачи полезного ископаемого. Поэтому потребность в проходке наклонных выработок возросла за период ¡975-1990 гг. более чем в два раза.

Переход на более глубокие горизонты отработки шахтных полей сопряжен с увеличением площади поперечных сечений подготовительных выработок, их протяженности, крепости пород, объемов выработок, проводимых по породе. Последнее требуег применения буровзрывного способа проходки, так как комбайновый ограничивается не только крепостью пород, но и углом наклона выработки, водопритоком. На практике значение этих факторов достигает соответственно: 14 ед. по шкале проф. \'1.М.Протодьяконова, 30й, 20 м* / час и более.

Вместе с тем отмечается значительное снижение технико-экономических показателей проходки наклонных горных выработок. Так, если средние скорости проведения наклонных стволов по отрасли в 1978 г. составляли 32.4 м/мес, то в 1988 г. - 28 м/мес., что на 47% ниже нормативной. Производительность труда при этом не превышала 0,8 нЧ чел,-см. Эта тенденция относится и к проведению горизонтальных выработок. ,

Одной из главных причин такого положения следует считать, что условия проведения наклонных выработок усложнились, а техническая оснащенность проходческих / работ осталась на уровне 50-60-х годов. Применяемые в наклонных выработках погрузочные машины предназначены, в основном, для проведения горизонтальных выработок. Их производительность в условиях уклона от 12 до 18° снижается на 3565%. Из-за трудностей маневров в наклонной выработке бурильные установке, применяются в ограниченном количестве - 25-30% от необходимого, а крепь возводится вручную. ; Попытки ряда отраслевых институтов создать специальную технн-|ку, в том числе комплексы для проведения уклонов, бремсбергов и наклонных стволов, не дали положительных результатов. Сгчцует также {отметить, что проведение вертикальных стволов и горизонтальных выработок по породам с I > 8 по шкале проф. М.М.Протодьяконова не

обеспечено техникой и технологией, способной значительно улучшить технико-экономические показатели.

Сложившееся состояние в области механизации проведения наклонных выработок буровзрывным способом, является следствием общего отставания в создании высокопроизводительных средств комплексной механизации горнопроходческих работ. Это в свою очередь произошло из-за несовершенства методов их конструирования, которые до последнего времени основывались на принципе аналога п набора индивидуальных машин. Необходимо изменить подходы к развитию проходческой техники и осуществить поиск такой концепции, которая бы позволила перевести технологию' проходки на новый, более высокий технический уровень. Фундаментом такой концепции должен быть передовой опыт и последние научно-технические достижения.

Практика очистных работ показала, что только комплексная механизация, основанная на конструктивном объединении всего забойного оборудования, позволила резко повысить производительность труда и значительно снизить себестоимость угля.

Следовательно, повышение технического уровня, а также основных показателей горнопроходческих работ могут быть достигнуты при условии создания комплексов нового поколения, в первую очередь, для . проведения наклонных выработок буровзрывным способом, обеспечивающих механизацию всего технологического процесса, что на текущий период и на ближайшую перспективу является актуальной проблемой, решение которой позволит внести значительны!"! вклад в ускорение научно-технического прогресса.

Диссертация обобщает результаты научно-исследовательских работ, выполненных автором в качестве ответсп энного исполнителя и руководителя с 1975 г. по планам НИР института "Кузниишахтосгоой" 270030000, 2703020000-010, 2792061000, 2713340000-077, 2721200000, 270! 006000 "Создание комплекса ^ "Сибирь") для проведения наклонных (до 25е) выработок", входят1'х в целевую комплексную программу Минуглепрома СССР Ц150805, - "Разработать и усовершенствовать технологию и средства комплексна .1 механизации проходки наклонных выработок", № ГР Ш90! 4, № ГР 01850022498, М> ГР 72038042; по заказам-нарядам ВПО "Кузбассуголь" и ПО "Северокутбассуголь" по темам 2701902000, 003822, 2702530000, 2702509000, 279255) , 4321Í17206, 2792338000, 279206! 000, 2792557000 - "Исследование и создание комплекса "Сибирь-Iм, выполнялись в рамках программы "Уголь Кузбасса"; по договору с Мосметростроем по геке 2794040000 "Исследование и создание проходческого комплекс® "Сибкрь-2ТМ" для условий Мосметросгроя"; по заказу "Росугля", по теме 30 "Исследование и разработка проходческих комплексов со съемными модулями ("Сибирь-3 Универсал", "Сибирь-1 Универсал") и универсальным грузолюдским транспортом", входящего в отраслевую программу "Уголь России"; по

федеральной программе (Минтопэнерго РФ) по темам 11,12 "Исследование н модернизация комплексов "Сибирь-1", "Снбирь-2", теме ¡3 "Разработка оснащения поверхности, технологии проходки и схем технологического транспорта протяженных наклонных горных выработок"; по отраслевому проекту 0-31 ("Росуголь") "Совершенствование и развитие новых направлений технического прогресса в области реконструкции и развития угольных шахт",- темы: ".3 "Разработка буропо-грузочного комплекса для горных выработок небольшой протяженности". 17 "Создание проходческого комплекса ("Зонт") для углубки и ироходки неглубоких вертикальных стволов", 21 "Создание передвижной крепи (ПМПК-1) для проведения наклонных (до 15'') выработок комбайновым и буровзрывным способами проходки": по заданию (договору) ш."Комсомолсц" - "создание проходческого комплекса для проведения наклонной (до 30й) выработки по наносам и коренным породам, сечением до 30 м2\

Цель работы - создание новых комплексов для проведения наклонных выработок буровзрывным способом, обеспечивающих значительное повышение производэтельности труда и скорости проходки с учетом расширения диапазона их применения.

Идея работы - заключается в кинематическом и конструктивном объединении функциональных проходческих машин в единую механическую систему на общей ходовой базе (принцип агрегатирования), способную осуществлять все основные операции проходческого цикла.

Задачи исследований

- обосновать приоритетное направление и принцип создания новых средств комплексной механизации проведения наклонных выработок буровзрывным способом и разработать требования к ним;

- разработать методы структурообразования компоновочных схем комплексов для условий проведения наклонных выработок и количественной их оценки с целью выбора перспективной на начальной стадии проектирования;

- разработать конструктивную схему базового образца проходческого комплекса, а также усовершенствовать методы расчета для выбора рациональных конструктивных, режимных и кинематических параметров;

- разработать, создать, испытать и довести до серийного производства ряд модификаций проходческих комплексов для проведения наклонных выработок;

- разработать рациональные технологические схемы вооружения наклонных выработок (на основе новых проходческих комплексов), включая все оборудование для подготовительных, вспомогательных,

проходческих работ с обоснованием технико-технологических параметров и их эффективности;

- обосновать и разработать перспективные варианты комплексов для проведения горизонтальных и вертикальных выработок и определить их рациональные технико-технологические параметры.

Методы исследований.. При решении поставленных задач использовался комплексный метод исследований, включающий анализ, синтез, научное обобщение производственного опыта, технико-экономических показателей и ранее выполненных исследовании, а также математическое и физическое моделирование, проектные разработки, стендовые испытания натурных и шахтные - опытных образцов, хрономегражные наблюдения, статистическую обработку экспериментальных и расчетных данных, экспертное прогнозирование.

Научные положения, выносимые на защиту.

1. Методы струюурообразования проходческих систем, основанные на принципе агрегатирования с учетом специфики проведения наклонных выработок и численной оценки альтернативных вариантов •лруктурных схем, критерием рациональности которых принят новый показатель - уровень агрегатирования.

2. Новые компоновочные и конструктивные решения, не имеющие аналогов в мировой практике, реализованные в ряде проходческих комплексов, предназначенных /да! различных диапазонов горнотехнических условий.

3. Результаты математического моделирования работы оригинального погрузочного органа, являющегося основным функциональным элементом проходческих комплексов нового -'ипа. что позволяет выбрать рациональные параметры системы независимого напора я зачерпывания при сохранении фронтального расположения передней кромки ковша в условиях погрузки горной массы по всей ширине »ыработки.

4. Рациональные технологические «жемы проведения наклонных выработок, исходным элементом эффективности которых является згре-гатированиая конструкция проходческих комплексов, иошочзюиюя маневры функциональных машин по почве выработай при выполнении всех операций проходческого цикла,

' Оботмвнтегт ш Ьоеюоверюшь тшущшх гшожемш, выводов и рек&тендтщи водаверадзштся достаточным объемом статистических и жепериментаяьных данных, полученных в лабораторных, полигонных и натурных условиях при испытании экспериментальных, опытных, и серийных образцов новых проходческих комплексов; удовлетворительной сходимостью теоретических и жепериментаяьных результатов (в пределах 75-95 %); результатами апробации опытных образцов двух модификаций комплексов при проведении наклонных стаолов. уклонов

и бремсбергов общей длиной более 1.4 км; разработкой на принципе

агрегатирования пяти модификаций проходческих комплексов.

Научном новизна работы заключается в: - направлении на агрегатирование проходческого оборудования в единую многофункциональную систему, обеспечивающую высокоэффективную технологию проведения горных выработок* и, в первую очередь, наклонных;

- методе струглурообраэования а/регатированных проходческих систем с многоуровневым расположением функциональных машин;

- методе сравнительной оценки альтернативных вариантов структурных схем проходческих комплексов для выбора наиболее перспективной на ранней стадии проектирования, при этом впервые введен оценочный показатель - уровень агрегатирования;

- конструктивно-компоновочных схемах проходческих комплексов, включающих от 3 до 10 единиц функционального оборудования на един 1й ходовой базе, получивших общее наименование "Сибирь";

- определении рациональных, геометрических, конструктивных н силовых параметров проходческих комплексов типа "Сибирь", включая оригинальную конструкцию погрузочной машины;

■ технологии проведения наклонных выработок на основе комплексов типа "Сибирь", обеспечивающих работу функционального оборудования по безманевровой схеме и определении ее технико-технологических параметров;

- агрегатнрованных системах для проходки наклонных, горизонтальных и вер шкальных выработок, основные элементы которых выполнены на уровне изобретений (20 а .с. и патентов).

Личный вклад автора состоит в:

- обосновании нового направления создания проходческих комплексов на принципе агрегатирования и разработке к ним технихс-техноло-гических и конструктивных требований, а также методов их структуро-образования и количественной оценки альтернативных вариантов;

- разработке компоновочно-конструктивных схем базового образца и четырех модификаций комплексов атрегатироваиного типа для проведения наклонных выработок, а также методов расчета и выбора их рациональных параметров;

- создании экспериментальных и опытных образцов (12 шт.) комплексов типа "Сибирь" (конструктивные решения, обладающие патентной чистотой), проведении экспериментальных исследований й- промышленных испытаний по полной программе, доведении до серийного производства и промышленного применения (18 шт.);

- разработке технологических схем, на основе комплексов типа "Сибирь", включающих все аспекты технологии проведения наклонных

выработок - оснащение, водоотлив, электроснабжение, транспорт, и методов расчета технико-технологических параметров;

- обосновании, ра зработке на принципе агрегатирования конструк-тивно-компоноиочных схем и определении технических характеристик проходческих комплексов для проведения горизонтальных БПК-1 (БГШ-!), "Сибирь-2 ТМ" и вертикальных выработок ("Зонт"), а также передвижной механизированной проход'-ской крепи (ПМПК) для работы в составе комплексов "Сибирь-!" и комбайнов ГТ1КС.

Практичного* танениг работы состоит в том, что с созданием агрегатировании* систем обеспечивается переход на более высокий уровень механизации проведения наклонных горных выработок буровзрывным способом с исключением маневров функциональных машин по почве выработки, что позволяет повысить скорости проходки и производительность труда проходчиков в 2-3 раза.

Спроектированный на принципе агрегатирования ряд проходческих комплексов для проведения горизонтальных и вертикальных выработок значительно улучшит технико-экономические показатели горнопроходческих работ в угольной промышленности.

Реализация работы. Результаты теоретических н экспериментальных исследований приняты и использованы ИГД им.А.А.Схочинского, ЦНИИподземмашем, Кучннншахтостроем при разработке технических заданий на создание опытных образцов проходческих комплексов "Сибирь" для проведения наклонных (до 25°) выработок большого (1322 м2) сечений и 'Сибирь-1" - для углов наклона до 30°, сечением 8-13 м2.

По план-заказу ( № 70) Минуглепрома СССР, утвержденному 20.11.80 г,, Кузниишахтостроем, ЦНИИподземмашем, Кемеровским филиалом КузНИУИ, Сибгипрогормашем была разработана конструкторская документация на опытные образцы комплексов "Сибирь-2" и "Снбнрь-Г', а Скурагопскнм, Алек< чндровским заводами и экспериментальным заводом "Сибгипрогормаш" изготовлены 12 опытных образцов комплексов типа "Сибирь", которые прошли промышленные испытания на шахтах Кузбасса и Донбасса.

По результатам испытаний Минупгепромом СССР было принято решение (протокол, утвержденный 14.01.91 г.) о серийном производстве комплексов "Сибирь-2" и "Сибирь-1" (комплекс "Сибирь" на техническом совещании Минуглепрома СССР переименован в "Сибирь-2"), после чего была произведена корректировка рабочих чертежей, а заводами "Снбгипрогормаш", "Красный Октябрь" и Ведовским машзаво-дом изготовлена установочная серия комплексов в количестве 21 шт.

Изготовленные комплексы успешно эксплуатируются на шахтах

Ч ^

T'L-Cl' .'Я

It Ah

ПО "Северокузбассуголь", "Ленинскуголь", "Гуковуголь "Приморск-уголь". Общий объем проведения наклонных выработок составил более ¡4 км.

Максимальные скорости проходки комплексом "Сибирь-2" составили 8! м/мес., комплексом "Сибирь-1" - 103 м/мес, что в 2-2,5 раза выше средннх по отрасли.

На каждую проводимую выработку разрабатывалась технологическая карта, предусматривающая все технологиче