asyan.org
добавить свой файл
1


МАШИНИ ТА ОБЛАДНАННЯ ГЕОТЕХНІЧНИХ ВИРОБНИЦТВ


ЛЕКЦІЯ 1. Вступ до предмету.

Класифікація машин та обладнання енергоємних виробництв

Геотехнічні виробництва це перш за все енергоємні виробництва паливно-енергетичного комплексу, основу яких складають гірничі та нафтогазові виробництва.

Слід розрізняти енергоємні виробництва чотирьох типів.

Перший тип енергоємних виробництв характеризується значним енергетичним забезпеченням процесу його функціонування, а з іншого боку такі виробництва самі забезпечують інші виробництва енергією. Так нафтове родовище споживає електричну енергію, а в результаті його роботи проводиться видобуток нафти та газу, які є енергетичними носіями для інших виробництв і для себе.

Другий тип енергоємних виробництв характеризується споживанням електричної енергії в значній кількості, але в їх роботі застосовується техніка характерна для функціювання виробництв першого типу. Наприклад, в "Метробуді" застосовуються прохідницькі щити, які аналогічні прохідницьким щитам шахтного виробництва і т. і.

Третій тип характеризується виробництвом машинобудівного комплексу, завдяки якому забезпечуються виробництва перших двох типів, а також інші виробництва.

Четвертий тип характеризується відносно високим рівнем енергоспоживання та значним рівнем енергії різної форми, яка генерується продукцією цього виробництва для різних технологій.

Ми розглядаємо виробництва перших двох типів та їх реалізацію в гірництві.

Класифікаційна схема у відповідності до такого підходу наведена на рис.1.

В основу класифікаційного утворення покладено поняття “гірництво”.

Гірництво (гірнича справа) – галузі науки і техніки, які охоплюють процеси добування з надр корисних копалин та їх первинну переробку. Видобутку корисних копалин передують геологорозвідувальні роботи. Видобуток твердих корисних копалин здійснюється через підземні та відкриті розробки родовищ. Впроваджуються безшахтні геотехнологічні методи. Видобуток нафти і газу ведуть на великих глибинах з штучною дією на продуктивний пласт. Розвиваються способи видобутку корисних копалин в акваторіях морів і в першу чергу морський нафтовидобуток. Значні успіхи досягнуто в вивченні фізичних властивостей гірських порід, що дозволяє конструювати ефективні породоруйнуючі і транспортуючі машини. Значні успіхи досягнуті і в збагачені корисних копалин.




Рис. 1. Класифікація машин та обладнання геотехнічних виробництв


^ Основні (ключові) поняття, терміни та визначення


Машина – (франц. machine , лат. machine) – механічний пристрій, який виконує рух для перетворення енергії, матеріалів та інформації.

Основне призначення машини – часткова або повна заміна виробничих функцій людини з метою полегшення праці і підвищення її продуктивності.

Механізм – 1) система тіл, яка призначена для перетворення руху одного або кількох твердих тіл в потрібний рух інших твердих тіл. За структурно-конструктивними ознаками відрізняють механізми шарнірні (важельні), кулачкові, зубчасті, клинові, фрикційні з гнучкими ланками з гідравлічними, пневматичними і електричними пристроями.

2) внутрішня будова, система чого-небудь, наприклад, механізм керування. Машина за будовою може бути розбита на ряд механізмів.

3) сукупність і послідовність станів і елементарних стадій процесів, із яких складаються які- небудь фізичні, хімічні, фізіологічні та інші явища. Наприклад, механізм хімічної реакції або – механізм мислення.

Агрегат – 1) уніфікований вузол машини, який має повну взаємозамінність.

2) установка з двох або більше машин, які самостійно виконують окремі функції (наприклад, буро-навантажувальна машина).

Комплекс – сукупність взаємнопов’язаних за основними параметрами машин і механізмів, які забезпечують єдиний технологічний процес. Наприклад, добувний комплекс для підземної розробки вугільних пластів механізує процеси відбійки, навалки і доставки вугілля, пересування конвеєра і кріплення привибійного прострору.

Пристрій – загальна назва для будь якого з понять: машини, механізму, агрегату, вузла, з’єднання, ланки.

^ Будова - розташування і взаємозв’язок ланок, вузлів в машині, механізмі чи вузлі.

Система – сукупність окремих частин машини, які пов’язані загальною функцією (наприклад. система живлення, пилеподавлення)

^ Робочий орган – основний виконавчий орган машини, який механізує виробничий процес.

Силове обладнання – енергосилова машина, яка перетворює який небудь вид енергії в механічну роботу.

^ Ходова частина – база машини, на центральній рамі якої монтуються всі механізми та вузли.

Трансмісія – пристрій для передачі механічної енергії від двигуна до виконавчих органів або до інших робочих машин. В сучасних машинах під трансмісією розуміють всю сукупність передаточних пристроїв – від вала двигуна до робочих органів машин.

Гірничими машинами називають технічні засоби, які механізують процеси руйнування, навантаження і транспортування гірських порід, а також процеси зведення кріплень, вентиляції і водозливу.

Більшість гірничих машин виконують одну або кілька операцій технологічного процесу, рідше гірнича машина виконує всі операції.

Машини і механізми, які механізують процес буріння свердловини, називаються буровими.

Бурові машини, як правило, виконують комплекс операцій, одна з яких, що має технологічну спільність з створенням бурової свердловини, а саме – операція по руйнуванню гірської маси, є головною, а інші служать для її ефективного виконання.

Гірнича машина, як і бурова, складається із різноманітних деталей, вузлів, механізмів, агрегатів і систем, кінематична сукупність яких утворює конструкції робочого органа, силового і ходового обладнання, системи живлення, пилеподавлення (пилестримування), керування і т.і.

В механізм керування входить робочий пульт керування, допоміжні механізми групи приводу, якими здійснюють пуск, зупинку, реверсування руху виконавчих органів гірничої або бурової машини.

Розглянемо будову гірничої машини на прикладі екскаватора ЕО-4121, обладнаного робочим обладнанням - зворотною лопатою. Екскаватор (рис.2) складається з основних вузлів: 1- гусеничний ходовий візок; 2- поворотна платформа; 3- елементи приводу екскаватора; 4 - нижня частина стріли; 5 - гідравлічний циліндр стріли; 6 - верхня частина стріли; 7 - ковш; 8,9 -елементи з'єднання ковша з рукояттю (ковшові тяги); 10 - гідравлічний циліндр ковша; 11 - рукоять; 12 - гідравлічний циліндр рукояті; 13 - маслопроводи (гідророзводка); 14 - кабіна машиніста; 15 - противага.



Рис.2.


Гідравлічний привод дозволяє реалізувати великі передаточні відношення. Розташування робочих органів не залежить від силової установки. З'являється можливість автоматизації робочих процесів.


^ КЛАСИФІКАЦІЯ ГІРНИЧИХ МАШИН


Гірничі машини виконують одну або кілька операцій. Тому вони можуть бути прості і комбіновані (комбайни, агрегати і комплекси).

У відповідності до проведення гірничих робіт - прохідницьких чи очисних (добувних) розрізняють прохідницькі і добувні (виймальні) машини.

На рис. 3 представлена класифікаційна схема утворюючою ознакою якої є технологічний процес який виконує машина. Окремими блоками помічені об’єкти спільного використання – навантажувальні та транспортні машини, а також машини для кріплення виробки та керування гірським тиском.





Рис.3 Класифікація гірничих машин


Основна література

1.Гетопанов В.Н., Гудилин Н.С., Чугреев Л.И. Горные и транспортные машины и комплексы: Учеб. для вузов.- М.: Недра, 1991. -304 с.

2. Горно-проходческие машины и комплексы/Л.Г. Грабчак, В.И. Несмотряев, В.И.Шендеров, Б.Н. Кузовлев. M.: Недра, 1990.

3. Клорикьян В.Х., Ходош В.А. Горно-проходческие щиты и комплексы. M.: Недра, 1977.

4. Mалевич Н.А. Горно-проходческие машины и комплексы. M.: Недра, 1980

5. Mалевич Н.А.Mашины и комплексы оборудования для проходки вертикальных стволов. M.: Недра, 1975.

6. Подэрни Р.Ю. Горные машины и комплексы для открытых работ. M.: Недра, 1985.

7. Солод В.И., Гетопанов В.Н., Рачек В.M. Проектирование и конструирование горных машин и комплексов. M.: Недра, 1982.

8. Солод В.И., Зайков В.И., Первов К.M. Горные машины и автоматизированные комплексы. M.: Недра, 1981.


Додаткова література.

9.Базер Я.И., Крутилин В.И., Соколов Ю.А. Проходческие комбайны. M.: Недра, 1974.

10.Бреннер В.А., Каралюс А.А., Палев П.П. Динамика проходческих комбайнов. M.: Mашиностроение, 1977.

11.Докукин А.В., Красников Ю.Д., Хургин З.Я. Статистическая динамика горных машин. M.: Mашиностроение, 1978.

12.Домбровский Н.Г., Гальперин M.И. Строительные машины. Часть II. M.: Высшая школа. 1985.

13. Евневич А.В. Горные транспортные машины. M.: Издательство литературы по горному делу. 1963.

14. Когаев В.П., Mахутов Н.А., Гусенков А.П. Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность. M.: Mашиностроение, 1985.

15. Коваль П.В., Первов К.M., Бурыгин А.Г. Mетоды и средства исследования параметров горных машин. M.: Изд. MГИ, 1981.

16. Коваль П.В. Гидравлика и гидропривод горнах машин: Учебник для вузов по специальности "Горные машины и комплексы".-М.: Машиностроение , 1979. -319 с.

17. Коршак А.А., Шаммазов А.М. Основи нефтегазового дела. Учебник для ВУЗов:-Уфа.: 000 "ДизайнПолиграфСервис", 2001.- 544 с.

18. Кутузов Б.Н. Взрывное и механическое разрушение горных пород. M.: Недра, 1973.

19. Машины ударного действия для разрушения горных пород/ Д.П. Лобанов, В.Б. Горовиц, Е.Г. Фонберштейн и др. М.: Недра, 1983.-152 c.

20. Повышение продуктивности скважин при освоении и эксплуатации месторождений парафинистых нефтей/ Р.С. Яремийчук, В.М. Светлицкий, Г.П. Савьюк. - Киев: Гос. науч.-исслед. й проект, ин-т нефт. пром-сти, 1993. -226 с.


Лекція 2. Класи виймальних та прохідницьких машин, вимоги до параметрів і умов раціональної експлуатації


Виймальні машини

Технологічний процес видобутку вугілля й інших корисних копалин у довгих очисних вибоях складається з трьох основних процесів: власне виймання (руйнування і навантаження), доставки, кріплення привибійного простору і керування крівлею.

До виймальних машин за допомогою яких видобувається вугілля в очисному вибої відносяться: - бурильні машини;

- врубові машини, які прорізають зарубну щілину, для забезпечення наступного відбою вугілля буро підривним способом;

- добувні комбайни, які замінили навантажувальні, врубово-відбійні і відбійно-навантажувальні машини. Добувні комбайни одночасно виконують всі операції по відділеню корисних копалин від масиву і навантаженню їх на конвеєр або інші засоби доставки вугілля з лави.

- комплекси очисного обладнання, які складаються з набору машин, що здійснюють технологічні операції добування вугілля: відбій, навантаження і доставку вугілля, кріплення вибою і керування гірським тиском.

Якщо обладнання комплекса кінематично зв’язано в єдину систему і об’єднано жорсткою базою - то воно називається виймальним агрегатом.

Комплекси і агрегати дозволяють здійснити комплексну механізацію і автоматизацію очисних робіт, значно збільшити навантаження на вибій, продуктивність праці і концентрацію гірничих робіт.

Навантажувальні і транспортуючі машини призначені для навантаження гірської маси (породонавантажувальні і вугленавантажувальні машини) її транспортування (конвейєри) або для одночасного виконання цих операцій (самонавантажувальні ковейєри, скрепери).

Машини для кріплення і керування гірським тиском (пересувні механізовані кріплення) є складовою частиною комплексів і агрегатів. В деяких випадках в склад комплексів входять закладальні машини (для забутовки виробленого простору).


Прохідницькі машини

У даний час основним напрямком розвитку гірничопрохідницьких робіт є спосіб проведення гірських виробок, тунелів і підземних споруд за допомогою комбайнів. У світовій практиці також приймається на озброєння комбайновий спосіб проведення підготовчих виробок.

За останні роки обсяги проведення підготовчих виробок у гірничодобувній промисловості, будівництві тоннелей і колекторів складає тисячі кілометрів. Слід зазначити, що найбільші обсяги проведення виробок мають місце у вугільній промисловості, оскільки загальний видобуток незбагаченого вугілля в тоннах набагато перевищує видобуток гірської маси інших корисних копалин. Виходячи з цього, засоби механізації проведення підготовчих виробок у вугільній промисловості і шахтному будівництві є найбільш характерними і представницькими.

Рівень механізації навантаження гірської маси при проведенні підготовчих виробок на вугільних шахтах складає в середньому 80,8 % до обсягу виробок, у яких необхідне навантаження.

Щорічно збільшується комбайнова проходка виробок, обсяг яких в середньому складає близько 36% загального річного обсягу проведення виробок.

На вугільних шахтах країн СНД у наявності знаходиться більше 1150 прохідницьких комбайнів.

Середньомісячні швидкості (у метрах) проведення підготовчих вироблень у вугільній промисловості в цілому для країн СНД складає більше 72,8 м/міс.

Продуктивність праці прохідників по вугільній промисловості в середньому складає близько 0,21 м/зміну.

Для збільшення продуктивності праці потрібна особлива увага до удосконалювання засобів комплексної механізації й організації проведення підготовчих виробок.

Роботи зі створення засобів комплексної механізації проведення горизонтальних і похилих виробок ведуться в напрямку розробки більш досконалих бурильних установок, навантажувальних і буронавантажувальних машин, креплеустановщиків, привибійних транспортних машин, прохідницьких комбайнів, щитів і комплексів.

Застосування комбайнових комплексів з безперервним процесом руйнування вибою, кріплення і доставки гірської маси дозволяє автоматизувати роботи з проведення підготовчих виробок і значно підвищує продуктивність праці прохідників.

Основні науково-дослідні і конструкторські роботи, виконувалися інститутами: Донгіпровуглемаш, Донугі (Україна), ІГД ім. А. А. Сочинського (Росія); машинобудівними заводами: Ясиноватським, Ново-Горлівським, Ново-Краматорським (Україна), Томським електромеханічним (Росія) і іншими.

Проводити гірські виробки і будувати підземні споруди можна в однорідних міцних, однорідних м'яких і неоднорідних породах і корисних копалин. Виключення складає проведення вироблень навколоствольного двору і великого поперечного перерізу — залізничних і гідротехнічних тунелів .

Для проведення виробок застосовують різні гірничопрохідницькі машини і комплекси, що механізують основні прохідницькі процеси: буріння, заряджання і підривання шпурів, руйнування корисних копалин і породи, навантаження і транспортування корисних копалин і порід в межах вибою і зведення кріплень.

Структурний склад засобів механізації, які застосовуються при проведенні гірських виробок, наступний.

1. Засоби механізації основних прохідницьких операцій: машини і механізми для буріння і зарядки шпурів і свердловин; навантажувальні машини; машини і механізми для тимчасового і постійного кріплення гірських виробок; прохідницькі комбайни; комплекси для проведення горизонтальних і похилих виробок; щитові прохідницькі комплекси і комплекси устаткування для спорудження тунелів.

^ 2. Засоби механізації допоміжних прохідницьких операцій: шляхоукладачі, машини для спорудження водовідливної канавки, прокладки труб і кабелів, машини для дренажних робіт і т.д.

Очевидно, що для прискорених темпів ведення гірничопрохідницьких робіт необхідно здійснити комплексну механізацію всіх процесів, у тому числі і допоміжних. Причому вирішувати цю задачу потрібно шляхом взаємного ув'язування процесів між собою за допомогою комплексів обладнання.

Конструкції гірничопрохідницьких машин і комплексів повинні відповідати наступним основним вимогам: за габаритами задовольняти вимоги правил безпеки; мати, як правило, дистанційне й автоматизоване керування; забезпечувати заданий напрямок проведення виробок; забезпечувати пилеподавлення, шум і вібрацію в межах санітарних норм.

Розвиток механізації процесів видобутку корисних копалин йшло по шляху створення в першу чергу різних гірських машин для найбільш важких і трудомістких операцій, а потім для менш трудомістких і допоміжних операцій.

При видобутку корисних копалин і проведенні гірських виробок основною частиною технологічного процесу є руйнування (відділення від масиву) корисної копалини і гірської породи і навантаження їх на доставні засоби.

Руйнування гірських порід і корисних копалин може вироблятися різними способами в залежності від виду енергії і способу її прикладення.

При механічному способі масив руйнується виконавчими органами гірських машин (очисних і прохідницьких комбайнів, врубових машин, вугільних стругів) за допомогою різних гірничих інструментів (різців, шарошок, коронок). При буропідривному способі гірські породи руйнуються шляхом підривання зарядів вибухових речовин, що закладаються в шпури або свердловини, попередньо пробурені в породі за допомогою бурильних машин.

При руйнуванні порід гідравлічним способом використовують енергію струменів високого тиску, створюваних гідромоніторами.

Знаходяться в стадіях випробувань і впровадження теплофізичні способи руйнування, які здійснюються високотемпературним газовим струменем (верстати термічного буріння), електричним струмом, променем лазера й ін.

Термомеханічні способи являють собою комбінації теплового і механічного впливів.

Способи видобутку корисних копалин, основані на використанні фізичних і хімічних властивостей гірських порід називаються геотехнологічними. Ці способи здійснюються через свердловини, пробурені з поверхні, шляхом розплавлювання (видобуток сірки), розчинення (видобуток солі), перегонки (підземна газифікація вугіль), вилужуванням та ін.

В даний час найбільше поширення одержали механічний і буропідривні способи руйнування гірських порід.

Зруйновані гірські породи вантажаться на доставні (транспортні) засоби навантажувальними органами комбайнів, стругів, а при буропідривному способі руйнування — навантажувальними машинами. У довгих очисних вибоях при видобутку вугілля, калійних руд і інших корисних копалин функцію навантаження (самонавалювання) частково виконують і достатні машини— забійні скребкові конвеєри, решітчастий став яких оснащується з боку вибою навантажувальними лемехами.

Доставка порід і корисної копалини (транспортування в зоні ведення очисних або прохідницьких робіт) здійснюється різними типами конвеєрів, засобами рейкового і пневмошинного транспорту, гідротранспортом і ін.

Робочий простір очисних і підготовчих вибоїв повинен бути захищений від обвалення вищележачих гірських порід. Для цієї мети використовують різні засоби кріплення, у розробці яких за останні роки досягнутий значний прогрес. У першій половині 60-х років широке поширення почали одержувати гідрофіковані механізовані кріплення, що стало базою для створення сучасних очисних комбайнових і стругових комплексів, а також вуглевидобувних агрегатів.

При проведенні підготовчих гірських виробок широке поширення одержала податливе металеве аркове кріплення, що кріпить крівлю і боки виробок. У сприятливих умовах крівля виробок підтримується анкерними кріпленнями. Для захисту робочого простору в зоні роботи прохідницьких комбайнів застосовують крокуючі гідрофіковані кріплення.


^ Поняття про типорозмір

Сучасні гірничі машини мають змінне обладнання через реалізацію в їх конструкціях принципів уніфікації і стандартизації на які мають значний вплив параметри машини.

Параметр машини – повне числове значення характеристики машини. Параметри конструкції повинні відповідати технологічному процесу в раціональних умовах експлуатації.

Головний параметр машини (вузла) – один із характерних параметрів, який визначає типорозмір виробу в типорозмірному ряду машин.

Наприклад, для бурильних машин обертання – це потужність по шпинделю: для бурових установок –глибина буріння свердловини; для навантажувальних машин- місткість ковша і т.і.

Основні параметри – параметри, які визначають найбільш характерні конструктивно-технологічні і експлуатаційні особливості гірничої машини (вузла).

Допоміжні (другорядні) параметри – параметри, які додатково характеризують гірничу машину (вузол) і принципово не впливають на основні параметри обладнання.

Типорозмір виробу - це виріб, який відрізняється від виробу аналогічного призначення числовим значенням головного параметра.

Типорозмір ний ряд машин являє собою сукупність різних типорозмірів машин за раціонально побудованим рядом значень головного параметра.