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

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