Машины и механизмы для крепления горных выработок

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Машины и механизмы для крепления горных выработок

1. Общие сведения

В зависимости от горно-геологических условий, назначения и сроков службы выработки крепятся деревянной крепью, металлической арочной или анкерной крепью и монолитной бетонной или железобетонной крепью.

Возведение шахтной крепи является трудоемким и дорогостоящим процессом, занимающим до 25% общей длительности проходческого цикла при 30--45% общей стоимости проведения шахтной выработки. Элементы шахтной крепи громоздки и обладают значительной массой, а их монтаж в выработках небольшого сечения неудобен и трудно поддается механизации, что приводит к большим затратам времени на крепление выработок, резко снижая скорость и увеличивая стоимость проходки.

Горные машины, предназначенные для возведения различных видов постоянной крепи при проведении горизонтальных и наклонных выработок, называются машинами для возведения крепи или крепеукладчиками. Одним из основных требований, предъявляемых к таким машинам, является возможность их применения без осложнения или нарушения проходческого цикла. Это связано со стесненностью пространства проходческого забоя, в котором находится различное проходческое оборудование и машины, чем работа последних должна быть согласована с работой машин без возведения крепи и не затруднять их эксплуатации.

Применяемые в настоящее время в горной промышленности машины для возведения крепи можно классифицировать:

по назначению: для возведения разборной крепи, состоящей из отдельных, заранее заготовленных элементов, и для возведения неразборной крепи -- монолитной бетонной и анкерной;

по способу перемещения : на самоходные и несамоходные;

по типу привода: на оборудованные ручным, электрическим, пневматическим и комбинированным приводом.

2. Машины и механизмы для возведения разборной крепи

Монтаж разборной крепи включает в себя подъем отдельных ее элементов, подачу их к месту установки, установку и поддержание вплоть до прикрепления к остальным элементам. Крепеукладчики могут быть универсальными или предназначенными для одного какого-либо вида крепи, например для трапециевидных выработок с трехэлементным креплением деревянными, железобетонными или металлическими стойками (верхняя и боковые стойки), арочной металлической или железобетонной крепи, а также для блочного крепления из металлических, бетонных или каменных блоков.

Крепеукладочные машины, предназначенные для возведения разборной крепи, обычно выполняются кранового типа -- переносными, с размещением ходовой тележки под кровлей выработки (подвесные), под стенкой выработки на одном рельсе (велосипедные) и на почве выработки с порталом (портальные) или с тележкой.

Наиболее простыми в конструктивном отношении являются переносные раздвижные стойки или рамы с площадками для подъема верхняка крепи с помощью ручных лебедок. Такие приспособления несколько облегчают труд крепильщиков по подъему верхняка и легко убираются под стенку выработки, освобождая проход для перемещения вагонеток, погрузочных машин или другого проходческого оборудования, однако требуют затрат физического труда и времени для своей переноски и установки.

Одной из разновидностей этого типа машин является крепеукладчик велосипедного типа, который выполняется в виде переносного подъемного крана, перемещающегося на небольшом расстоянии по двум ниткам пути, расположенным в вертикальной плоскости на расстоянии 1,5--2 м. Крепеукладчик велосипедного типа может переноситься или перевозиться на вагонетках по мере подвигания забоя. Основными преимуществами крепеукладчика велосипедного типа являются относительная простота конструкции и не-загроможденность выработки. Однако перемещение и раскрепление крепеукладчика массой до 300--800 кг требуют затрат времени и физического труда, а процесс укладки крепи механизируется лишь частично, в связи с чем широкого распространения на рудниках он не получил.

Более удобными в работе, особенно при креплении выработок большого сечения, являются крепеукладчики портального типа, рама которых выполняется в виде портала, опирающегося на две ходовые тележки. Основными недостатками портальных крепеукладчиков являются необходимость укладки дополнительной рельсовой колеи, громоздкость, большая масса конструкции и приспособленность к определенному сечению выработки, в связи, с чем они получили ограниченное применение, в основном при проведении тоннелей или выработок большого сечения.

Подвесные крепеукладчики перемещаются вдоль выработки по специальным направляющим, подвешенным к верхнякам крепи. Крепеукладчики подвесного типа удобны в работе и не загромождают выработки.

Как видно из приведенного описания, основным недостатком подвесных, велосипедных и портальных крепеукладчиков является необходимость проведения дополнительных работ по прокладке монорельсов, рельсов и направляющих и переноске и установке самих подъемников, что усложняет ведение проходческих работ, снижает производительность труда проходчиков и скорость проходки.

Несколько лучшие результаты дает применение универсальных самоходных крепеукладчиков, которые могут перемещаться по основной рельсовой колее двухпутевой выработки собственным ходом, оставляя второй путь свободным для маневров остального оборудования.

Крепеукладчик представляет собой самоходную платформу, оборудованную электродвигателем, краном-укосиной и вспомогательной выдвижной площадкой для укладки и монтажа элементов крепи. Кран-укосина оборудован захватом для тюбингов или блоков и поворачивается в горизонтальной плоскости вместе с вертикальной колонкой. Тюбинги или железобетонные блоки подаются в проходческий забой на специальных платформах.

Рис. 1. Универсальный крепеукладчик ГС-0,3-1: 1 - самоходная платформа, 2 -манипулятор, 3 - пантограф, 4 - поворотная колонка, 5 - гидроцилиндр манипулятора,6 -захватное приспособление, 7 - гидроцилиндр открытия и закрытия захвата, 8 - гидроцилиндр поворота захвата вокруг оси.

механизм зарядный камерный крепь

3. Машины и механизмы для возведения анкерной крепи

Для установки анкерной крепи в горной породе выбуриваются шпуры или скважины, в которые вставляются и расклиниваются анкерные болты или штанги. Затем производится затяжка гаек анкерных болтов, каждым из которых крепится некоторый участок горной породы.

Таким образом, при анкерном креплении необходимо обеспечить бурение шпуров, подачу анкеров в шпур, расклинивание и затяжку гаек, а также (при извлечении крепления) развинчивание гаек и выдергивание анкерных болтов. Поскольку бурение шпуров и скважин производится с помощью бурильных машин, развивающих значительный крутящий момент, зачастую последние оборудуют дополнительными приспособлениями для затяжки гаек анкерной крепи с определенным крутящим моментом. Последнее представляет значительное удобство, так как дает возможность использовать уже имеющиеся в забое бурильные машины, самоходные буровые установки, полки для обу-ривания кровли выработок большого сечения или камер. При этом в качестве вспомогательного оборудования используются пневмосболчиватели, динамометрические ключи, насадки-сболчиватели, установочные и выдергивающие муфты. Комплекс оборудования, состоящий из пневмосболчивателя ПИ-35, ключа М-40 и насадки М-35, может использоваться и с большинством серийно выпускаемых бурильных машин и крепеукладчиками.

Пневмосболчиватель ПИ-35 используется в качестве самостоятельного механизма для завинчивания и затяжки гаек анкерной крепи. Динамометрический ключ М-40 предназначен для измерения величины момента затяжки гаек анкерной крепи. Для завинчивания и затяжки гаек металлической анкерной крепи с использованием крутящего момента телескопных перфораторов предназначена насадка-сболчиватель М-35. Для установки металлической анкерной крепи и испытания ее на выдергивание предназначен комплект инструмента УВШ-5/15, состоящий из ручного гидронасоса, установочной и выдергиваюшей муфт.

Рис. 2. Комплект оборудования для установки анкерной крени : а - пневмосболчиватель ПИ-35, б - динамометрический ключ М-40, в - насадка - сбалчиватель М-35 для телескопных перфораторов, г - комплект УВШ-5/15 для установки и испытания на выдергивание анкеров.

Для возведения штанговой крепи выпускаются специальные установки. Агрегат АБК для бурения шпуров, закрепления замков штанг и завинчивания их гаек, что полностью механизирует все основные операции по возведению крепи.: состоит из само-ходной платформы, поворотного стола с поперечным податчиком, установочной колонки, вспомогательного податчика, основного автоподатчика, бурильной машины, рабочего инструмента и пульта управления. Во время работы агрегат крепится захватами к рельсовой колее.

4. Машины и механизмы для возведения крепи из бетона, тампонажа и закладки

Машины, предназначенные для возведения монолитной бетонной крепи, подразделяют на работающие без опалубки и с опалубкой.

Машины для крепления выработок бетоном без опалубки

При проведении выработок в относительно устойчивых породах с коэффициентом крепости более 4--5 применяют нанесение на их стенки без опалубки нескольких слоев бетона толщиной по 4--7 см методом набрызга. Набрызг-бетон состоит из смеси цемента марки не ниже 400, гравия или щебня крупностью до 20--25 мм, песка, ускорителя твердения и воды. Наносимый на поверхность пород специальными машинами набрызг-бетон в зависимости от условий применения может служить самостоятельной крепью, предохранительной отделкой или применяться в комбинации с анкерной крепью, металлическими сетками и металлической крепью. Применение набрызг-бетона для безо-палубного крепления позволяет снизить стоимость сооружения горных выработок на 18-- 25% и повысить производительность труда на 40%.

Машины для нанесения набрызг-бетона и торкретирования по конструктивному исполнению разделяют на камерные, роторные и шнековые. Для нанесения набрызг-бетона под давлением на бетонируемую поверхность могут применяться машины БМ86, производительностью 5...6,5 м3/ч, дальность подачи 300 м, высота подачи 100 м.

Рис.3.Бетоноукладчик БМ-86: 1-барабан, 2 - неподвижный верхний диск, 3 - неподвижный нижний диск, 4 - основание дозатора, 5 - входной патрубок, 6 - загрузочная воронка, 7 - материальный шланг, 8 - электродвигатель, 8 - редуктор.

Основу машины БМ-86 составляет дозатор барабанного типа, состоящий из вращающегося барабана и верхнего и нижнего неподвижных уплотнительных дисков. Нижний диск снабжен разгрузочным окном и крепится к основанию дозатора, к которому, в свою очередь, прикреплен выходной патрубок. Сухая бетонная смесь подается через сетку в загрузочную воронку. Через загрузочные проемы в крышке дозатора верхнего уплотняющего диска смесь под собственным весом заполняет ячейки ротора, которые при вращении последнего подводятся к разгрузочному устройству, откуда сжатых воздух выдувает смесь в выходной патрубок. Далее смесь направляется по материальному шлангу к рабочему соплу, смешивается с водой и из конического наконечника с высокой скоростью выбрасывается на поверхность выработки. При укладке бетона за опалубку вместо наконечника ставится гаситель, в котором резко гасится скорость, воздух отделяется от бетона и изменяется направление движения смеси.

Установка КТ-1 в конструктивном отношении аналогична однокамерной машине и предназначена для торкретирования выработки. Поскольку торкретирование выработки производится цементо-песчаной смесью без щебня или гравия, то дозирующее устройство отсутствует, а сухая смесь перемешивается с водой непосредственно в рабочей емкости (1,2 м3) перед торкретированием. Затем емкость герметически закрывается, и давлением сжатого воздуха раствор выбрасывается через резиновый рукав и сопловый аппарат на стенки торкретируемой выработки. Производительность установки КТ-1 по расчету мокрой смеси достигает 1 м3/ч при общей массе установки 1,1т.

Машины для крепления выработок бетоном , с применением опалубки Для возведения монолитной крепи толщиной 20--50 см из бетона марки Ml00-- М200 (в основном в камерах и выработках околоствольных дворов) на закрепляемом участке выработки делается опалубка, за которую подается бетон. После твердения бетона опалубка снимается и переносится на новое место.

При механизированном возведении монолитной бетонной крепи применяют передвижную опалубку и механизм для подачи бетона за опалубку. В частности, в качестве механизмов для приготовления бетона и подачи его за опалубку могут использоваться машины типа БМ, специальные бетононасосы и укладчики бетона. Бетононасосы отличаются от пневматических бетономашин меньшей скоростью движения смеси и лучшим ее качеством, меньшим износом трубопроводов, более стабильной работой и более низкой стоимостью работ. (Бетоносмеситель БПШ , бетононасос БН-1.)

Рис. 4. Технологические схемы, применяемые при креплении бетоном

Можно выделить несколько основных технологических схем, вменяемых при креплении.

Первая схема (рис. 4. а) предусматривает подачу бетонной смеси к стволу автосамосвалами, автобетоносмесителями или приготовление ее вблизи ствола. Смесь по трубам в стволе направляется в промежуточный бункер, установленный на горизонте, а затем пневмонагнетателем подается за опалубку. При значительном расстоянии до места укладки (более 400 м) бетон транспортируют несколькими пневмонагнетателями или в вагонетках.

Вторая схема ( рис.4, б) предусматривает транспортирование по стволу готовой смеси в вагонетках с перегрузкой ее в нагнетатели или бетононасосы у места работ.

Третья схема (рис.4, в) предусматривает приготовление бетонной смеси в шахте.

Рис.5. Конструкции пневмобетоноукладчиков.

Различают три основные конструкции нагнетателей камерного типа с подводом воздуха в нижнюю часть резервуара (рис. 5, а) в среднюю часть резервуара (рис. 5, б) и со шнековым побудителем (рис.5, в).

Комплекс бетоноукладочный БУК-ЗМ - предназначен для механизированной укладки за опалубку бетонной смеси, выгруженной из обычных шахтных вагонеток, при креплении монолитным бетоном камер и горных выработок сечением в свету не менее 8,4 м3 и с колеей 900 мм в шахтах, включая опасных по газу и пыли. Комплекс БУК-ЗМ включает в себя бетоноукладчик, смонтированный на тележке. Загрузка емкости компонентами бетонной смеси осуществляется с помощью грейферного устройства через воронку. Управление комплексом производится гидрораспределителями со специального пульта. Производительность комплекса 5 мЗ/ч, дальность подачи бетона по горизонтали 300м. по вертикали 30м.

Передвижной пневмозакладочный комплекс «Титан-1М» - предназначен для механизации закладочных работ при проведении пластовых подготовительных горных выработок, примыкающих к очистным забоям, в том числе спаренных выработок широким забоем и для выемки угля с полной или частичной закладкой в очистных забоях с использованием породы от подрывки и привозимой породы. Может быть использован также при погашении выработок и селективной выемке тонких пластов с присечкой боковых пород и оставлением породы в шахте.

В составе комплекса: дробильно-закладочная машина, шахтные компрессоры ВП70М (один или два в зависимости от исполнения), пневмозакладочный трубопровод, передвижной распределительный пункт с электрооборудованием, насосная установка орошения. Все машины комплекса располагаются в забое подготовительной выработки в виде поезда на рельсовых путях.

Производительность комплекса 0,333-1,33 м3/мин, дальность транспортирования до 150 м.

5. Зарядные устройства и машины для заряжания шпуров и скважин в подземных горных выработках

По принципу действия механизмы для заряжания россыпными гранулированными ВВ шпуров и скважин подразделяются на эжекторные, камерные (нагнетательные и комбинированные) и барабанные.

Эжекторные зарядчики «Курама-7», «Курама-8» (ЭЗП-7 и ЭЗП-8) предназначены для заряжания россыпными ВВ горизонтальных, наклонных и вертикальных («Курама-8») шпуров диаметром от 34 до 56 мм. Зарядчики состоят из открытого бункера, эжектора, клапанного устройства и зарядной трубки.

Техническая характеристика зарядчиков типа «Курама»

6. Зарядные машины и устройства камерного типа

Зарядчики нагнетательного типа предназначены для заряжания шпуров и скважин диаметром до 105 мм и состоят из цилиндрического корпуса, загрузочной воронки, запорного устройства, обеспечивающего герметичность камеры, регулятора давления и зарядного шланга.

Техническая характеристика зарядчиков нагнетательного типа

Нагнетательные порционные зарядчики типа ЗП с дозирующим устройством конструкции Казахского политехнического института им. В. И. Ленина предназначены для заряжания шпуров и скважин любого направления. Порционные зарядчики типа ЗП конструктивно состоят из загрузочного устройства (бункера), камеры дозирования подающей порцию ВВ в зарядный шланг. Конструкции загрузочного устройства различаются по способу подачи ВВ в зарядчик.

Техническая характеристика порционных зарядчиковтипа ЗП

Камерные зарядные аппараты КНВВ (насос) и КЗВВ (зарядчик) конструкции института «Гипроникель» имеют плоское днище, Трубки для подвода воздуха и вращающийся на валу грибковый аэратор. Для обеспечения герметичности камера снабжена шаровым затвором с загрузочной воронкой. Внутри по центру камеры под трубками установлена разгрузочная труба с оканчивающейся снизу воронкой, выходящей через верхнюю стенку камеры наружу. Снаружи на разгрузочной трубе установлен клапан-отсекатель с коробкой на поддуве воздуха в магистраль и полиэтиленовый прозрачный отрезок трубопровода, который служит для контроля концентрации транспортной смеси.

Техническая характеристика зарядчиков камерного типа

Зарядные машины «Улъба 10», «Ульба 50», «Ульба 150», «Ульба 400М» предназначены для пневмодоставки на длину более 300м и заряжания шпуров и скважин.

Зарядно-смесительные машины «Ульба 150И», «Ульба 400МИ», «Ульба 1200И», предназначены для изготовления ВВ типа АС-ДТ и заряжания ими шпуров и скважин.

Литература

Арсентьев А. И. Вскрытие и системы разработки карьерных полей. М., Недра, 2001.

Анистратов Ю. И. Технология открытых горных работ. М., Недра, 2004.

Килячков А. П. Технология горного производства. М., Недра, 2002.

Мельников .Н. В. Краткий справочник по открытым горным работам. М., Недра, 2001.

Малышева Н. А., Томаков П. И. и др. Разработка маломощных и сложных угольных пластов открытым способом. М., Недра, 2005.

Новожилов М. Г. Технология открытой разработки месторождений полезных ископаемых. М., Недра, 2001.

Ржевский В. В.Технология и комплексная механизация открытых горных работ. М., Недра, 2009.

Ржевский В. В. Открытые горные работы.-Ч. ЙЙ. Технология открытых горных работ. М., Недра, 2005.

Хохряков В.С. Открытая разработка месторождений полезных ископаемых. М., Недра, 2005.

Размещено на Allbest.ru