Обоснование параметров исполнительных органов комплекса для проведения вспомогательных выработок в условиях кембрийских глин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.06, кандидат наук Лавренко, Сергей Александрович

• Лавренко, Сергей Александрович
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Лавренко, Сергей Александрович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ И ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ПРОХОДЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА МЕТРО В УСЛОВИЯХ КЕМБРИЙСКИХ ГЛИН

1.1 Горно-геологические условия. Анализ массива кембрийских глин как объекта разрушения

1.2 Анализ способов проведения выработок в условиях ОАО «Метрострой» Санкт-Петербург

1.3 Анализ тоннелепроходческой техники

1.3.1 Щитовые проходческие комплексы

1.3.2 Комбайны избирательного действия

1.3.3 Комбайны с ударными исполнительными органами

1.4 Анализ конструктивных особенностей породоразрушающего инструмента проходческих комплексов

1.5 Анализ методик расчета сил резания на резцах

1.6 Анализ влияния скорости приложения нагрузки на разрушение породЗб

1.7 Анализ методик расчета ударных исполнительных органов

1.8 Выводы по главе 1

ГЛАВА 2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА РАЗРУШЕНИЯ МАССИВА КЕМБРИЙСКИХ ГЛИН РЕЗАНИЕМ И УДАРОМ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫМИ ОРГАНАМИ ПРОХОДЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

2.1 Анализ критериев прочности горных пород

2.2 Анализ процесса резания горных пород

2.3 Компьютерное моделирование процесса резания кембрийских глин

2.3.1 Методика обработки осциллограмм процесса резания

2.3.2 Анализ осциллограмм процесса резания кембрийской глины эталонным резцом

2.3.3 Анализ осциллограмм процесса резания кембрийской глины резцом типа ШБМ

2.4 Обоснование параметров ударника проходческого комплекса

2.4.1 Динамика ударной системы «поршень-боек-инструмент» для жесткой штанги

2.4.2 Численный анализ процесса соударения элементов ударной системы «поршень-боек-инструмент»

2.5 Требования, предъявляемые к стендовой установке для экспериментального исследования процесса разрушения кембрийской глины резанием

2.6 Выводы по главе 2

ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА РАЗРУШЕНИЯ КЕМБРИЙСКИХ ГЛИН ИСПОЛНИТЕЛЬНЫМИ ОРГАНАМИ УДАРНОГО И РЕЖУЩЕГО ТИПА

3.1 Общие положения методики исследований

3.2 Стенд для исследования процесса резания кембрийских глин

3.3 Методика экспериментальных исследований процесса разрушения кембрийских глин резанием

3.3.1 Исходные данные

3.3.2 Последовательность проведения испытаний

3.4 Результаты экспериментальных исследований процесса разрушения глин резанием

3.5 Экспериментальные исследования модели трехмассовой ударной системы

3.5.1 Методика проведения испытаний трехмассовой ударной системы

3.5.2 Аналитическая обработка осциллограмм ударных процессов

3.6 Выводы по главе 3

ГЛАВА 4 ВЫБОР КОНСТРУКЦИИ И РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ОРГАНОВ ПРОХОДЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ

ДЛЯ ЭФФЕКТИВНОГО РАЗРУШЕНИЯ МАССИВА КЕМБРИЙСКИХ

ГЛИН РЕЗАНИЕМ И УДАРОМ

4 Л Конструкция проходческого комплекса для проведения вспомогательных выработок

4.2 Конструкция и принцип работы щитового проходческого комплекса для проведения вспомогательных выработок

4.3 Конструкция ударника исполнительного органа проходческого комплекса

4.4 Методика расчета производительности и нагрузки на резцах при резании породного массива кембрийских глин

4.4.1 Основы метода расчета нагруженности исполнительных органов

4.4.2 Методика расчета роторных исполнительных органов проходческих комплексов

4.5 Расчет и анализ производительности проходческого комплекса

4.6 Алгоритм обоснования параметров ударных устройств

4.7 Технико-экономическое обоснование целесообразности применения разработанного комплекса

4.8 Выводы по главе 4

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

ПРИЛОЖЕНИЕ Д

ПРИЛОЖЕНИЕ Е

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование параметров исполнительных органов комплекса для проведения вспомогательных выработок в условиях кембрийских глин»

ВВЕДЕНИЕ

Сооружение метрополитена в условиях Санкт-Петербурга сопровождается строительством перегонных тоннелей и проходкой вспомогательных выработок, которые необходимы для соединения между собой камер строящихся подземных станций, в том числе для соединения с вертикальным стволом, по которым осуществляется как откатка отбитой горной породы для выдачи ее на поверхность, так и доставка материалов и тюбингов для строительства станций. При этом на 1 км перегонного тоннеля приходится, по экспертным оценкам, не менее 1 км вспомогательных выработок (подходные тоннели, выработки околоствольного двора, транспортные и вспомогательные ходки, тупиковые выработки и др.).

Шахты Санкт-Петербургского Метростроя располагаются в основном на глубине 40-70 м. Разрабатываемый забой кембрийских глин весьма различен по своему составу: сухая глина; глина с включениями известняка, закварцованного известняка; глина с содержанием воды и глина с включениями гравия.

Объемы работ по сооружению вспомогательных выработок в настоящее время увеличиваются, и с развитием городского метро будут расти, но эффективность проведения таких выработок в настоящее время низкая, так как ее осуществляют с применением отбойных молотков и креплением выработанного пространства досками и металлической сеткой, что является сдерживающим фактором на пути повышения общей интенсивности строительства метро.

Основной причиной необходимости создания новых типов машин является невозможность эффективного использования известных средств проходки вспомогательных выработок и станционных тоннелей в условиях шахт ОАО «Метрострой» (щиты и комплексы бурового действия), что связано с проведением монтажных и демонтажных камер, превышающих зачастую протяженность самой выработки.

Таким образом, чтобы повысить интенсивность проходки вспомогательных выработок необходимо создать технические средства разработки забоя, которые обеспечивали бы оптимальные параметры работы исполнительного органа. Для этого необходимо теоретически обосновать способ обработки забоя и параметры исполнительного органа для его разрушения.

Цель работы: обоснование параметров исполнительных органов комплекса с режущими и ударными элементами для проведения вспомогательных выработок метро на основе установления закономерностей взаимодействия их с массивом кембрийских глин, в том числе с твердыми включениями, обеспечивающими оптимальную производительность и минимальные удельные энергозатраты на разрушение породы.

Идея работы заключается в том, что обоснование оптимальных параметров исполнительных органов проходческого комплекса достигается совместным выбором параметров режущего и ударного инструмента и их взаимной компоновкой с учетом поочередной работы по разработке забоя.

Методы исследований. В работе использован комплексный метод исследований, включающий анализ теорий разрушения горных пород резанием и ударом, компьютерное моделирование процесса разрушения глин резанием и ударом, экспериментальные исследования процесса резания и ударного разрушения кембрийских глин на лабораторных стендах, а также спектральный анализ осциллограмм процесса резания кембрийских глин.

Соответствие паспорту специальности. Работа соответствует специальности 05.05.06 - Горные машины, ее формуле, а также пунктам «Обоснование и оптимизация параметров и режимов работы машин и оборудования и их элементов» и «Обоснование и выбор конструктивных и схемных решений машин и оборудования во взаимосвязи с

горнотехническими условиями, эргономическими и экологическими требованиями» области исследования.

Научная новизна работы. Установлена зависимость коэффициента сопротивляемости глин резанию от скорости резания при различных заглублениях резца; разработана математическая модель процесса разрушения массива кембрийских глин резанием роторными исполнительными органами проходческих комплексов с учетом зависимости коэффициента сопротивляемости глин резанию от скорости резания при различных заглублениях резца; разработана математическая модель процесса взаимодействия элементов ударной системы для расчета параметров ударного исполнительного органа, выполненного по системе «поршень-боек-инструмент», основанного на «дребезге» бойка; на основе экспериментальных исследований ударных систем «поршень-боек-инструмент» установлены их рациональные параметры для создания исполнительного органа проходческого комплекса ударного действия повышенной эффективности.

Защищаемые научные положения:

1. Теоретически установлен и экспериментально подтвержден

параболический характер зависимости изменения удельной энергоемкости

разрушения кембрийской глины резцом типа ТТТБМ от величины

заглубления к при скорости резания Ур в диапазоне 0<Кр<1,33 м/с, причем

минимальное значение удельной энергоемкости находится в пределах 0,9-5

1,4 кВт ч/м и соответствует величине заглубления к=\5 мм.

2. Для разрушения кембрийских глин с твердыми включениями на исполнительном органе проходческого комплекса наиболее рационально применять трехмассовые ударные механизмы, обеспечивающие повышение эффективности разрушения кембрийских глин наращиванием суммарной зоны переднего фронта ударного импульса реализацией в инструменте семейства подимпульсов высокой интенсивности и малой продолжительности, увеличивающих заглубление инструмента в породу на

15% по сравнению со стандартной двухмассовой ударной системой.

Практическая значимость работы:

1. Разработан и изготовлен лабораторный стенд для исследования процесса резания кембрийской глины полноразмерным одиночным резцом.

2. Разработана конструкция ударной системы «поршень-боек-инструмент» исполнительного органа комплекса для проходки вспомогательных выработок метро и создан на ее основе лабораторный стенд для исследования протекающих в ней волновых процессов.

3. Разработаны рекомендации для выбора оптимальных параметров исполнительного органа проходческого комплекса и уточнена методика расчета сил резания на резцах.

4. Предложены конструкции: проходческого комплекса для проведения коротких выработок с тюбинговой крепью (патент № 2498071), комплекса для проходки выработки метрополитена круглого поперечного сечения (патент №2482276) и щитового проходческого комплекса для проведения вспомогательных выработок, а также конструкции трехмассовых ударных исполнительных органов.

Личный вклад автора. Произведен анализ основных теоретических представлений о разрушении горных пород резанием и ударом. Сформулированы цель, задачи исследований и научные положения. Исследован на основе компьютерного моделирования в среде ANSYS Workbench процесс взаимодействия резца с моделью кембрийской глины, а также ударные процессы в трехмассовых системах малогабаритных ударников. Спроектированы и изготовлены лабораторные стенды, проведены экспериментальные исследования процессов резания одиночным резцом образцов глины, а также процессов формирования ударного импульса в системах «поршень-боек-инструмент». Предложены конструкции трех проходческих комплексов и ударника повышенной эффективности, а также методики их расчетов.

Апробация работы: Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики (г. Тула, 2011 г.); международных научно-практических конференциях «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения» (г. Воркута 2011, 2012, 2013 г.); 64-ой международной научной конференции во Фрайбергской горной академии (г. Фрайберг, Германия, 2012 г.); международном научном симпозиуме «Ударно-вибрационные системы, машины и технологии» (г. Орел, 2013 г.); международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики (г. Минск, Беларусь, 2013 г.); ежегодном научном симпозиуме «Неделя горняка » (г. Москва, 2013, 2014 г.), ), межкафедральных семинарах Механического факультета Горного университета (2011-2014 г.).

Результаты исследований использовались в НИОКР: «Разработка новых образцов бурового оборудования с пониженным уровнем вибрации» для ОАО «Апатит»; «Разработка новых ударных систем буровой техники на открытых и подземных работах для повышения производительности и ресурса» для ОАО «Апатит»; «Разработка конструкции перфоратора с ударной системой «поршень-боек-штанга» для Группы предприятий Западно-Уральского машиностроительного концерна.

Результаты исследований приняты к внедрению ЗАО «МЕТРОКОН».

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 19 печатных работ, в том числе 5 работ в изданиях, рекомендованных ВАК Российской Федерации, получено два патента РФ.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, 7 приложений на 15 страницах, общим объемом 181 страница печатного текста, содержит 14 таблиц и 109 рисунков, список литературы из 113 наименований.

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ И ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ПРОХОДЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА МЕТРО В УСЛОВИЯХ КЕМБРИЙСКИХ ГЛИН

Инженерно-геологические и гидрологические условия Санкт-Петербурга характеризуются большой неоднородностью и относительной сложностью, которую необходимо учитывать при освоении и использовании подземного пространства города, в том числе при проектировании, строительстве и эксплуатации подземных транспортных сооружений.

Основная часть тоннелей Санкт-Петербургского метрополитена пройдена в верхнекотлинских и нижнекембрийских глинах.

Верхнекотлинские глины представляют собой плотные (плотность 2170-2240 кг/м3) твердые алевритовые тонкослоистые разности зеленовато-серого цвета с редкими прослоями песчаников, часто с бурыми пленками органического вещества (остатки водорослей Laminaria) на плоскостях напластования (рисунок 1.1). Слоистость обычно горизонтальна, вблизи контакта с четвертичными отложениями искажена.

Рисунок 1.1— Характер слоистости глин в выработках метрополитена Нижнекембрийские глины отличаются от верхнекотлинских как по внешнему виду, так и по составу, состоянию и физико-механическим свойствам. Нижнекембрийские глины имеют синевато-серый цвет, поэтому получили название «синие» глины. Они характеризуются как алевритовые неяснослоистые (в отличие от верхнекотлинских глин)

разности, содержат сульфиды (пирит) и органические соединения до 4%. По физическому состоянию нижнекембрийские глины более влажные и пластичные, чем верхнекотлинские глины. «Синие» глины активно взаимодействуют с водой, могут набухать и при перепаде напряжений выдавливаться в подземные выработки [1].

1.1 Горно-геологические условия. Анализ массива кембрийских глин

как объекта разрушения

Физико-механические показатели пород в условиях проведения тоннелей метро, приведены в таблице 1.1 [1].

Таблица 1.1 - Основные показатели физических свойств пород

Породы Число пластичности, % Плотность породы, кг/м Коэффициент пористости Естественная влажность, %

Естественного сложения Скелета

Суглинки и глины 9 2260 2050 0,33 10,0

При оценке водопроницаемости и механических свойств глинистых пород необходимо учитывать наличие в них трещин различного происхождения. Отмечается микротрещиноватость, иногда поверхности кливажа. В этом случае глинистая порода должна рассматриваться как трещиновато-блочная среда. С инженерно-геологической точки зрения такие породы являются достаточно надежной средой для подземных сооружений. За период строительства метрополитена изучением свойств глин занимались многочисленные организации: Горный университет, ВНИМИ, ЛИИЖТ и др. Однако систематизированных данных по механическим свойствам глин мало, что объясняется трудностями в их определении в связи с особенностями физического состояния данных пород [2].

Изменение параметров прочности глин наблюдается в следующих пределах: сцепление - 0,015-0,320 МПа, угол внутреннего трения - выше 15-25°, модуль общей деформации достигает 40-50 МПа и более [2]. Стоит

отметить, что физико-механические свойства глин в различных литературных источниках лежат в достаточно широких пределах.

Зональное строение толщи коренных глин может быть характеризовано изменением параметров физических свойств, а также степенью трещиноватости. Интенсивность трещиноватости верхнекотлинских глин выше, чем у нижнекембрийских. «Синие» глины пластичнее, легче поддаются деформированию без нарушения связей между частицами [1].

Наличие трещиноватости в глинах существенно сказывается на их прочности, деформационной способности, а также водопроницаемости, что следует учитывать при проектировании. Прочность пород характеризует их способность сопротивляться разрушению под действием напряжений, которые вызваны весом пород (залегающих выше точки, в которой измеряется напряжение), гидростатическим и гидродинамическим напором водоносных горизонтов, а также проходкой тоннеля. Количественно прочность пород оценивается с помощью величины прочности на одноосное сжатие (7?сж, МПа), а также показателей сопротивления сдвигу — величин сцепления (С, МПа) и угла внутреннего трения {(р, град.). Чем выше значения этих показателей, тем более устойчив будет тоннель и тем меньше вероятность возникновения вывалов пород при проходке выработок [2].

Как показывают экспериментальные исследования, прочность на одноосное сжатие коренных глин изменяется в довольно широких пределах, причем большое влияние на результаты испытаний оказывает масштабный эффект (испытание образцов различного размера при одинаковом отношении их длины к диаметру) [2].

Деформационная способность глин, также как и прочность, зависит от глубины их залегания (рисунок 1.2).

Влажность, % 5 10 15 20 25

их влажности и глубины залегания по результатам испытаний в условиях трехосного

сжатия (данные ЛИИЖТ'а) Исследования физико-механических свойств глин, проводившиеся Ленинградской лабораторией ЦНИИС совместно с лабораторией механических свойств ВНИМИ указывают на отличия в свойствах вдоль и перпендикулярно слоистости пород [3]. Выявлено, что величина предела прочности при одноосном сжатии перпендикулярно слоистости составляет 3,2-3,6 МПа, а параллельно 1,0-2,0 МПа. Модуль деформации при приложении нагрузки перпендикулярно слоистости составляет 270-280 МПа, параллельно слоистости 710-770 МПа, коэффициент поперечной деформации 0,09-0,2. Коэффициент поперечной деформации при увеличении уровня напряжений возрастает, при этом значение, полученное при нагружении перпендикулярно слоистости, несколько больше, чем в направлении, параллельном слоистости (таблица 1.1) [3].

Таблица 1.1 - Значение коэффициентов поперечной деформации

Направление действия нагрузки Уровень действующих напряжений, МПа

0,75 1,125 1,5 1,87 2,25 2,62 3,01 3,38

Перпендикулярно слоистости - 0,095 0,162 0,183 0,190 0,193 0,201 0,204

Параллельно слоистости 0,095 - 0,011 - 0,136 - - -

Результаты натурных исследований [4], показали, что модуль деформации глин в условиях естественного залегания при приложении нагрузки перпендикулярно слоистости 244 МПа, а параллельно слоистости 710 МПа.

«Синие» или нижнекембрийские глины относятся к III категории грунтов по СНиП и характеризуются коэффициентом крепости 1,0-1,5 [5].

Состояние забоев согласно имеющимся 1ШР и правилам безопасности можно отнести как среднеустойчивое, реже слабоустойчивое. Оценка устойчивости породных обнажений при надзоре за строительством подземных выработок осуществляется согласно инструкции ВСН 190-78 [6].

1.2 Анализ способов проведения выработок в условиях ОАО «Метрострой» Санкт-Петербург

Гидрогеологические условия, в которых проводят выработки ОАО «Метрострой» Санкт-Петербург, с годами позволили выработать определенные, характерные только для этого города методы строительства и использования специальной проходческой техники. Подземные сооружения, в Санкт-Петербурге, сооружаются главным образом в четвертичных отложениях и кембрийской глине. В центральной части города имеются области развития древних размывов с мощной толщей неустойчивых грунтов и развитыми водоносными горизонтами [1].

В толще четвертичных отложений, содержащих неустойчивые (насыщенные влагой) позднеледниковые и слабоустойчивые межморенные слоистые глины сооружаются стволы шахт, наклонные ходы и выработки различного назначения, что ведет к использованию особых методов при их разработке.

В настоящее время проходческие работы по возведению тоннельных конструкций в подземных условиях при закрытом способе в зависимости от инженерно-геологических условий и размеров тоннелей ведутся

различными способами: щитовой (основан на применении щита — передвижной металлической крепи, под защитой которой производится разработка грунта в забое на полное сечение, а также осуществляется, возведение тоннельной обделки); способ сплошного забоя (состоит в разработке грунта в тоннеле с применением ручного труда с установкой временного деревометаллического крепления, служащего защитой от вывалов на время устройства тоннельной обделки); горный способ (основан на последовательной разработке грунта в тоннеле по частям с установкой временного деревометаллического крепления, под защитой которого также по частям возводят тоннельную» обделку).

В сложных инженерно-геологических условиях строительства, таких как, обводненные песчано-глинистые грунты, плывуны и др. могут применяться специальные методы укрепления неустойчивых грунтов: водопонижение, замораживание грунтов, цементация, химическое закрепление, применение сжатого воздуха и др. [7, 8].

Щитовой способ при проходке принимают в проектах на проведение протяженных (больше 300-400 м) выработок в неустойчивых породах, требующих возведения обделки вслед за подвиганием забоя. Особенно широко щитовой способ используют в проектах на проведение перегонных тоннелей метрополитена и городских коллекторов в сочетании со сборной или монолитно-прессованной бетонной обделкой. При длине тоннелей больше 500 м эффективно и безопасно использование щитовых проходческих комплексов с грунто- или гидропригрузом забоя в разнородных обводненных разноустойчивых грунтах [9].

Однако применение щитового комплекса для проходки тоннелей увеличенного диаметра (например, станционных тоннелей, диаметр которых составляет 8,5 м) и небольшой протяженности является экономически неоправданным, вследствие необходимости создания протяженных монтажных и демонтажных щитовых камер, его

значительной стоимостью и продолжительностью монтажа и демонтажа проходческого щита.

Для проведения вспомогательных выработок в зависимости от их геометрических очертаний, а также инженерно-геологических условий применимы разные способы: сплошного забоя, уступный и с поэтапным раскрытием профиля, опертого свода, опорного ядра и др. Способ проведения выработки и средства механизации выбирают на основании технико-экономического сравнения вариантов.

При строительстве притоннельных выработок, людских ходков и специальных камер доля ручного труда составляет значительные объемы, так на сегодня проходка вспомогательных выработок (рисунок 1.3) диаметром 6 м и 8,5 м в подразделениях ОАО «Метрострой» осуществляется бригадами проходчиков с использованием отбойных молотков с одновременным временным креплением в виде досок и труб (рисунок 1.4) и последующим возведением тоннельной обделки.

■ N.

* \

IV 1

V /

VI

Рисунок 1.3 - Схема сооружения вспомогательных выработок: а) - метод «сплошного» забоя при разработке породы; б) - последовательность разработки забоя Предварительно выполняются работы по сооружению монтажной камеры для тюбингоукладчика, его монтаж и сооружение монтажного участка с размещением на нем проходческого оборудования.

а) б)

Рисунок 1.4 - Паспорт временного крепления лба забоя: а) - досками; б) -

металлической сеткой

Проходчики осуществляют разработку забоя с выдвижных площадок тюбингоукладчика, оснащаемых гидравлическими устройствами их передвижки. Конструкция укладчика тоннельной обделки обеспечивает беспрепятственный проезд породопогрузочной машины, которая осуществляет погрузку отбитой породы в вагонетки. В строительно-монтажных управлениях ОАО "Метрострой" г. Санкт-Петербурга указанная технологическая схема применяется при строительстве станционных тоннелей, диаметр которых (8,5 м) исключает использование щитов. Данная схема проходки была реализована при строительстве участка станции "Адмиралтейская", где был использован "комплекс оборудования для сооружения станционных тоннелей с наружным диаметром 8,5 м в устойчивых грунтах типа КП-21".

Недостатками данной технологической схемы являются низкие темпы проходки тоннелей, а также рост производственного травматизма и профессиональных заболеваний у проходчиков. Таким образом, требуется совершенствование данной технологии в направлении: замены лесоматериала для крепления забоя на съемные механизированные устройства (щиты-оградители); замены отбойных молотков на, с одной стороны, более мощный тип ударного инструмента, но с другой стороны, позволяющий разрушать забой без изменения сплошности вмещающих пород за пределами тюбинговой обделки. Ударники с манипуляторами

должны учитывать трещиноватость и блочность разрушаемой породы, что технически чрезвычайно сложно, так как забой в любой момент времени индивидуален.

1.3 Анализ тоннелепроходческой техники 1.3.1 Щитовые проходческие комплексы

Возрастающие темпы освоения подземного пространства городов-мегаполисов требуют большей эффективности и безопасности тоннелестроения с применением, в том числе и щитовых проходческих комплексов. С увеличением объемов проходки перегонных тоннелей, растет и доля «обслуживающих» выработок (вспомогательных, подходных, транспортных и людских ходков и др.), в будущем ожидается увеличение доли таких выработок, что связано с развитием транспортной инфраструктуры городов.

В последнее время зарубежными фирмами создано большое количество механизированных проходческих щитовых комплексов с различными типами исполнительных органов (ИО) для строительства тоннелей в разных горно-геологических условиях [10].

Щитовые проходческие комплексы предназначены для проведения тоннелей и других горных выработок в грунтах и породах, требующих частичного или сплошного крепления выработки.

Современные щитовые комплексы обеспечивают выполнение процессов по разработке и креплению лба забоя, погрузке и удалению грунта за пределы комплекса, возведению тоннельных обделок, нагнетанию раствора в заобделочное пространство и т. д. При проходке в неустойчивых породах исполнительный орган щита наряду с разработкой породы обеспечивает поддержание лба забоя от обрушения.

Щитовые проходческие комплексы применяются в большом диапазоне горно-геологических условий и подразделяются по области использования на следующие группы:

- для проведения тоннелей в водонасыщенных неустойчивых грунтах с коэффициентом крепости /<1, где требуется герметизация призабойной зоны выработки;

- для проходки в необводненных сыпучих песчаных грунтах с коэффициентом крепости/<1;

- для проведения тоннелей в устойчивых грунтах и породах с /=0,5-

6;

- для проведения тоннелей в породах с /= 6-7.

Щитовые проходческие комплексы классифицируются по следующим основным признакам:

- по типу исполнительного органа (непрерывного, циклического, комбинированного действия): непрерывного действия, если разработка грунта происходит одновременно по всей площади забоя (например, рабочий орган роторного типа); цикличного действия, если разработка грунта происходит в отдельные отрезки времени в отдельных участках забоя (например, рабочий орган экскаваторного типа); комбинированного действия, когда сочетаются хотя бы по одному из двух типов рабочих органов (например, экскаваторного типа с горизонтальными рассекающими площадками);

- по форме поперечного сечения тоннеля, выработки (круглая, овальная, прямоугольная, трапецеидальная, сводчатая, любой конфигурации, соответствующей очертанию возводимой подземной выработки);

- по диаметру щита (малого до 3,2 м, среднего 3,2-6,0 м, большого > 6 м);

- по степени механизации: немеханизированные (все операции, кроме передвижки щита осуществляются вручную), частично механизированные (все процессы, кроме передвижки щита и возведения обделки осуществляются вручную, степень механизации достигает 2530%) и механизированные (степень механизации равна 90-95%);

- по типу погрузочного органа (непрерывного и периодического действия): проходческие щиты оснащают механизмами для погрузки разработанного грунта на конвейер (транспортер) или непосредственно в вагонетки. В частично механизированных щитах погрузку грунта в вагонетки ведут с помощью погрузочной машины, в щитах малого диаметра - вручную. В механизированных щитах погрузочные органы имеют различное исполнение;

- по способу передвижки (отталкивающиеся от обделки, отталкивающиеся от распорного на грунты устройства и перемещающиеся за счет поочередного выдвижения секций);

- по типу механизма возведения постоянной крепи (с крепеукладчиками для сборной крепи, с пневмобетоноподатчиками для монолитной крепи);

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Лавренко, Сергей Александрович, 2014 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1) Дашко, Р. Э. Особенности инженерно-геологических условий Санкт-Петербурга/ Р. Э. Дашко, О. Ю. Александрова, П. В. Котюков, А. В. Шидловская// Развитие городов и геотехническое строительство. - 2011. -№1. - С. 1-47.

2) Протосеня, А. Г. Механика подземных сооружений. Пространственные модели и мониторинг / А. Г. Протосеня, Ю. Н. Огородников, П. А. Деменков, М. А. Карасев, М. О. Лебедев, Д. А. Потемкин, Е. Г. Козин. -СПб.: СПГГУ, 2011.-355 с.

3) Бажин, Н. П. Результаты исследования физико-механических свойств кембрийских глин. — в кн. Горное давление, сдвижение горных пород и методика маркшейдерских работ/ Н. П. Бажин, В. А. Петров, Ю. М. Карташов, А. И. Баженов. - ВНИМИ, Л.: Недра, 1964. - С. 49-63.

4) Айвазов, Ю. Н. Взаимодействие породного массива с обделкой// Метрострой. - 1983. - №6. - С. 15-17.

5) СНиП П-44-78 Строительные нормы и правила. Часть II. Нормы проектирования. Глава 44. Тоннели железнодорожные и автодорожные. -М.: Госстрой СССР, 1978.

6) ВСН 190-78 Инструкция по инженерно-геологическим изысканиям для проектирования и строительства метрополитенов, горных железнодорожных и автодорожных тоннелей. - М.: Минтрансстрой, 1978.

7) Власов, С. Н. Строительство метрополитенов/ В. В.Торгалов, Б. Н. Виноградов. - М.: Транспорт, 1987. - 278 с.

8) Мазеин, С. В. Акустическая разведка валунных включений на тоннелепроходческом механизированном комплексе. Необходимость и возможность прогноза/ С. В. Мазеин, А. С. Вознесенский// Горный информационно-аналитический бюллетень. - МГГУ. - 2006. - №5. - С.78-87.

9) Тимофеев, О. В. Проектирование строительства подземных сооружений: учебное пособие/ О. В. Тимофеев. - СПб: Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет), 2005. — 120 с.

10) Цехин, А.М. Оборудование и инструмент щитовых проходческих комплексов/ А. М. Цехин, А. Ю. Борисов, Л. Е. Маметьев. - Кемерово: Кузбасский государственный технический университет (ГУ КузГТУ), 2011.-34 с.

11) Соколов, М. Ю. Механизация тоннелепроходческих работ, Часть I, Проходческие щиты: учебное пособие / М. Ю. Соколов, А. Н. Коньков, Я. В. Мельник, А. Б. Голубых. - СПб.: Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2005. - 44 с.

12) Юнгмейстер, Д. А. Анализ использования проходческого комбайна в составе комплекса КПШ-6 в условиях шахт ОАО «Метрострой» (Санкт-Петербург)/ Д. А. Юнгмейстер, А. В. Иванов, С. А. Лавренко// Горное оборудование и электромеханика. - 2012. - № 3. - С. 14-20.

13) Ушаков, Л. С. Гидравлические машины ударного действия/ Л. С. Ушаков, Ю. Е. Котылев, В. А. Кравченко. - М: Машиностроение, 2000. - 416 с.

14) Бурак, А. Я. Обоснование и выбор параметров исполнительного органа ударного действия агрегата для проходки выработок метро: дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук: 05.05.06/ Бурак Андрей Ярославович. — СПб., 2009. -137 с.

15) Котов, В. П. Исследование и установление параметров исполнительных органов ударного действия для проходческих комбайнов: дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук. — М.: ИГД им. А. А. Скочинского, 1981. -126 с.

16)Хаарман, К. Проходческие машины с ударным рабочим органом // Глюкауф. - 1974. - № 15. - С. 13-18.

17) Бузинник, Ю. К. Проведение горных выработок машинами ударного действия: Обзор/ В. Н. Бузинник, Ю. К. Епифанцев, В. М. Нешитин, Ю. Г. Коняшин. - М.: ЦНИЭИуголь, 1976. - 34 с.

18) Проспект «Construction eguipment ATLAS СОРСО». - Sweden, 1992. -60 с.

19) Филатов, JI. А. Проведение горных выработок комбайнами ударного действия: Обзор/ JI. А. Филатов, В. Г. Витер, Г. С. Кнезьян. - М.: ЦНИЭИуголь, ЦБНТИ Минуглепрома УССР, 1982. - 28 с.

20)П1райман, А. А. Опыт применения проходческих машин с ударными рабочими органами за рубежом: Экспресс-информация/ А. А. Шрайман, И. Е. Заяц. — М.: ЦНИЭИуголь, 1978. - 14 с.

21) Hammer new sistem MEC. - Italy: Jndeco, 1990,12 p.

22)Howkes I. High-Energy Impact Hammers. Underground Mining Methods /Handbook/ W. A. Hustrulid. New-York. 1982. - P. 1404-1408.

23)Асатур, К. Г. Механика динамического разрушения. - СПГГИ (ТУ). СПб, 1997.-82 с.

24) Гринько, Н. К., Петухов H. Н., Верзилов М. И. и др. Механизация на угольных шахтах ФРГ. - М.: Недра, 1979. - 344 с.

25) Мертенс, Ф. Состояние и развитие комбайновой проходки выработок в каменноугольной промышленности // Глюкауф, 1985. -№ 16. - С. 9-18.

26)Федунец, Б. И. Технология проведения горных выработок в крепких породах комбайнами. Учебн. пособие.- М., МГИ, 1988. - 106 с.

27) Крапивин, Н. Г. Горные инструменты. - 3-е изд., перераб. и доп/ Н. Г. Крапивин, Р. Я. Раков, А. И. Сысоев. -М.: Недра, 1990. - 256 с.

28) Клорикьян, В. X. Горнопроходческие щиты и комплексы/ В. X. Клорикьян, В. А. Ходош. - М.: «Недра», 1977. - 326 с.

29)Позин, Е. 3. Разрушение углей выемочными машинами/ Е. 3. Позин, В. 3. Меламед, В. В. Тон. - М.: Недра, 1984. - 288 с.

30) OCT 12.44.258-84. Комбайны очистные. Выбор параметров и расчёт сил резания и подачи на исполнительных органах. Методика. - М.: Министерство угольного машиностроения, 1986. - 108 с.

31) Каталог механических свойств горных пород при широкой вариации видов напряженного состояния и скорости деформирования / МУП СССР, ВНИМИ, Л, 1976.-171 с.

32) Мохначев М. П., Присташ В.В., Якубович И.А. Исследование механических свойств горных пород при высоких скоростях нагружения //

- Науч. тр. Института горного дела им. А.А.Скочинского, М., 1977. - Вып. 155.-С. 65-73.

33) Тангаев, И. А. Энергоемкость процессов добычи и переработки полезных ископаемых. М.: Недра, 1986. - 231 с.

34) Протасов, Ю. И. Теоретические основы механического разрушения горных пород. М.: Недра, 1985. - 242 с.

35) Ставрогин, А. Н., Протосеня А. Г. Механика деформирования и разрушения горных пород. М.: Недра, 1992. - 224 с.

36) Юнгмейстер, Д. А. Основы синтеза проходческих и добычных комплексов для сложных горно-геологических условий: автореферат дис. ... доктора технических наук: 05.05.06 / Юнгмейстер Дмитрий Алексеевич.

- СПб.: С.-Петерб. гос. гор. ин-т им. Г. В. Плеханова, 2003. - 245 с.

37) Асатур, К. Г. Механика разрушения горных пород высоконапорными струями: Учеб. пособие. ЛГИ, Л., 1985. - 84 с.

38) Юнгмейстер, Д. А. Модель расчета параметров добычных комбайнов с учетом скорости нагружения породы. Записки СПГГИ, СПб., 1997. — Т.2. — 143 с.

39)Берон, А. И., Казанский А. С., Лейбов Б. М., Позин Е. 3. Резание угля. -М.: Госгортехиздат, 1962. - 439 с.

40) Evans I., Pomeroy С. D. The Strenght, Fracture and Workbility of Coal. Pergamon Press. Oxford, 1968, - 270 p.

41) Некрасов, С. С. Сопротивление хрупких материалов резанию. М., «Машиностроение», 1971. - 182 с.

42) Либовниц Г. Разрушение, т. 1. М., «Мир», 1973. - 615 с.

43)Макклинтон Ф., Аргон А. Деформация и разрушение материалов. М., «Мир», 1970. - 443 с.

44) Седов Л. И. Механика в СССР за 50 лет, т. 3. М., «Наука», 1972. - 478 с.

45)Москалев А. Н., Сологуб С. Я., Васильв Л. М., Млодецкий В. Р. Интенсификация процессов разрушения горных пород. М., «Недра», 1978. - 208 с.

46) Иванов, К. И. и др. Техника бурения при разработке месторождений полезных ископаемых. - М.: Недра, 1987. - 272 с.

47) Лазуткин А. Г. Научные основы создания выемочных горных машин с гидропневмоударными исполнительными органами: Дис. ... д-ра техн. Наук. - М.: МГИ, 1979. - 293 с.

48) Ушаков Л.С., Горин A.B., Юрьев Д.А. Математическая модель рабочего хода импульсного гидропневматического привода // В сб.: «Механизмы и машины ударного, периодического и вибрационного действия» Материалы международного симпозиума. - Орел, изд. ОрелГТУ, 2000.

49) Коломийцов, М. Д. Эксплуатация горных машин и автоматизированных комплексов. - Л.: ЛГИ, 1988. - 96 с.

50) Алимов, О. Д., Дворников Л.Т. Бурильные машины. М., Машиностроение, 1977. - 295 с.

51) Дворников, Л. Т., Туров В.А. Надежность буровых агрегатов. - М.: Недра, 1990. - 166 с.

52) Иванов, В. Н. Методика определения перспективных показателей бурового оборудования для подземных работ с пневматическими и гидравлическими перфораторами. Сб. науч. тр. «Разработка и совершенствование техники и технологии для предприятий горнорудной промышленности». Изд. ин-та Гипроникель, Л., 1991. - С. 19-25.

53) Солод, В. И., Зайков В. И., Первов К. М. Горные машины и автоматизированные комплексы. - М.: Недра, 1981.-503 с.

54)Яцких, В. Г. и др. Горные машины и комплексы. - М.: Недра, 1984. -400 с.

55) Куприн, А. И. Отбойные молотки. Гос. Н-тех. Изд. Лит. По горному делу. М., 1961 - 48 с.

56)Асатур, К. Г. Механика динамического разрушения. СПб.: Санкт-Петербургский горный институт, 1997. - 84 с.

57) Баклашов, И. В. Деформирование и разрушение породных массивов. -М.: Недра, 1988.-272 с.

58)Джегер, Ч. Механика горных пород и инженерных сооружений. - М.: Мир, 1974.

59)Троллоп, Д. X. Распределение напряжений вокруг подземных выработок. Решения механики зернистой среды// Введение механику скальных пород/ Под ред. X. Бока. - М.: Мир, 1983.

60)Hoek Е., Beniawski Z. Т. // Proceeding of the 1st Congress of the International Societiy on Rock Mechanics. Lisbon, 1966. - Vol. 1.

61) Шемякин, E. И. Механика скальных пород и современное строительство/ Под ред. Е. И. Шемякина. - М.: Недра, 1992. - 317 с.

62) Карташов, Ю. М. Прочность и деформируемость горных пород/ Ю. М. Карташов, Б. В. Матвеев, Г. В. Михеев, А. Б. Фадеев. - М.: Недра, 1979. -269 с.

63) Бреннер, В. А. Виброактивное разрушение горных пород проходческими комбайнами / В. А. Бреннер, И. П. Кавыршин, В. А. Кутлунин, В. Б. Струков, И. Г. Шмакин, Нин Чжун Лян, Т. В. Ковалёва, Ю. В. Антипов. - Тула: Тульский полиграфист, 2000. - 203 с.

64) Гетопанов, В. Н. Некоторые закономерности процесса разрушения горных пород резцовым инструментом выемочных горных машин. Научные труды, сб. №17. - М.: МГГИ, 1956. - С. 21-27.

65) Барон, Jl. И. Разрушение горных пород проходческими комбайнами. Том I. Научно-методические основы. Разрушение резцовым инструментом/ Л. И. Барон, Л. Б. Глатман, Е. К. Губенков. - М.: «Наука», 1968. - 216 с.

66) Ржевский, В. В. Основы физики горных пород: Учебник для вузов/ В. В. Ржевский, Г. Я. Новик. - М.: Недра, 1984. - 359 с.

67) Родин, Р. А. О механизме роста трещины при разрушении упруго-хрупкого тела// Горный журнал. Изв. ВУЗов. -1991. - №10. - С. 5-12.

68) Черепанов Г.П. Механика разрушения горных пород в процессе бурения - М.: Недра, 1987. - 308 с.

69) Черепанов Г.П. Механика хрупкого разрушения - М.: Наука, 1974. -640 с.

70) Малевич H.A. Комплексы оборудования для проходки и бурения вертикальных стволов: Учебник для вузов. - М.: «Недра», 1965. - 287 с.

71)Шишлянников, Д. И. Повышение эффективности отделения калийной руды от массива резцами добычных комбайнов: Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук/. - СПб.: СПГГУ, 2012 - 159 с.

72) Руппенейт, К. В. Деформируемость массивов трещиноватых горных пород. М.: Недра, 1975. - 224 с.

73) Лехницкий, С. Г. Теория упругости анизотропного тела / 2-е изд. М.: Наука, 1977.-416 с.

74) Демидов, П. Н. Цепные рабочие органы горных машин/ П. Н. Демидов. -М.:МГИ, 1958.- 157 с.

75) Коршунов, В. А. Новый способ определения предела прочности при растяжении горных пород/ В. А. Коршунов, Ю. М. Карташов// Записки горного института. - 2011. - т. 190. - С. 202-206.

76)Михайлов, В. Г., Дубянский В. И. Оценка условий резания угля при движении инструмента по циклоидной кривой/ Труды Новочеркасского политехнического института. - 1968. - т. 175 - С. 142-147.

77) Адлер, Ю. П., Маркова Е. В., Грановский Ю. В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. Издание второе, переработанное и дополненное. - М.: Наука, 1976. - 280 с.

78) ГОСТ 21878-76 Случайные процессы и динамические системы. Термины и определения. - М.: Издательство стандартов, 1976. - 33 с.

79)Коваль, П. В., Первов К. М., Бурыгин А. Г. Методы и средства исследования параметров горных машин: Учебное пособие по УИРС. - М.: МГИ, 1981.-88 с.

80) Демидов, П. Н. Угольные струги/ П. Н. Демидов, Н. Г. Картавый, Б. Н. Любимов, Д. Н. Павлюченко. - М.: Госгортехиздат, 1962. - 295 с.

81)Юнгмейстер, Д. А. Анализ работы отбойно-погрузочной машины в составе проходческого комплекса КПШ-6 в условиях шахты «Международная» (шахта №622) ОАО «Метрострой» при сооружении 3 станционного тоннеля/ Д. А. Юнгмейстер, С. А. Лавренко, П. В. Бортников, А. В. Иванов// Труды 7-ой Международнаой Конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики, Тула, 2011.-т. 1.- С. 394-400.

82) Патент № 2302529 Комплекс для проведения выработок в слабоустойчивых породах / Юнгмейстер Д. А., Бурак А. Я., Смирнов Д. В., Иванов A.B. //-опубл. 2007, Бюл. №19.

83) Соколова, Г. В. Разработка погрузочных устройств с лапами активного действия/ Г. В. Соколова, М. А. Васильева, М. Ю. Непран, С. А. Лавренко// Записки горного института. - 2012. - т. 196. - С. 266-270.

84)Пивнев, В. А. Модернизация конструкции перфоратора 1111-54 для условий рудников ОАО «Апатит»/ В. А. Пивнев, Д. А. Юнгмейстер, С. А. Лавренко, А. Э. Сабитов// Горная промышленность. - 2012. -№5. - С. 7578.

85) Пивнев, В. А. Рудничные испытания модернизированного перфоратора ПП-54С2/ В. А. Пивнев, Д. А. Юнгмейстер, В. В. Максаров, М. Ю. Непран,

С. А. Лавренко, А. И. Исаев, А. Э. Сабитов// Горное оборудование и электромеханика. - 2013. - № 11. - С. 23-27.

86) Нагаев, Р. Ф. Механические процессы с повторными затухающими соударениями/ М.: Наука, 1985. - 200 с.

87) Попов, В. Л. Механика контактного взаимодействия и физика трения, М: Физматлит, 2012. - 348 с.

88)Бидерман, В. Л. Прикладная теория механических колебаний / М.: Высш. школа, 1972. - 400 с.

89) Протодьяконов, М. М., Тедер Р. И. Методика рационального планирования экспериментов. - М.: Наука, 1970. - 76 с.

90)Позин, Е. 3. Методические основы исследования процессов разрушения угля механическим способом// Разрушение углей и горных пород: научные сообщения. - М.: ИГД им. A.A. Скочинского, 1989. - С.4-13.

91) МИ 2949-05 «ГСИ. Машины универсальные испытательные серий Z; SP фирмы ZWICK GmbH & Со. Методика поверки». - Екатеринбург: ФГУП «УНИИМ», 2005. - 9 с.

92) Юнгмейстер, Д. А. Обоснование параметров исполнительного органа проходческого комплекса для специальных выработок шахт ОАО «Метрострой» СПб/ Д. А. Юнгмейстер, С. А. Лавренко, М. Ю. Непран// Труды 9-ой Международной научно-практической конференциии «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения», Воркута: филиал Санкт-Петербургского государственного университета «Воркутинский горный институт», 2011. - т. 2. - С. 303-307.

93) Лавренко, С. А. Конструкции механизмов для проходки специальных выработок и станционных тоннелей диаметром 8,5 метра на основе стандартного тюбингоукладчика / С. А. Лавренко, Д. А. Юнгмейстер, Г. В. Соколова, А. И. Исаев // Труды 11-ой Международной научно-практической конференциии «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения», Воркута: Воркутинский горный институт (филиал)

ФГБ ОУ ВПО «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», 2013. - С. 427-431.

94) Юнгмейстер, Д. А. Использование сменных исполнительных органов комплекса для проведения специальных выработок в шахтах «Метрострой» СПб/ Д. А. Юнгмейстер, С. А. Лавренко, А. И. Исаев // Труды 9-ой Международной Конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики, Минск, 2013. - т.1. - С. 454-457.

95) Результаты исследования перфоратора 1111-54 с ударной системой «поршень-боек-штанга» с аэродинамическим позиционированием бойка./ Юнгмейстер Д.А., Васильева М.А., Непран М.Ю., Пивнев В.А., Соколова Г.В.// Материалы IV международного научного симпозиума, 1-3 июня 2010 года, Орел, С. 90-96.

96) Iungmeister, D. А. The results hammer РР-54 with shock system «piston-striker-rod» with aerodynamic positioning striker/ D. A Iungmeister, S. A. Lavrenko// Scientific Reports on Resource Issues. TU Bergakademie Freiberg, Germany, 2012. - Volume 1, P. 135-140.

97) Пивнев, В. А. Обоснование параметров и выбор материалов деталей для ударной системы «поршень - боек - инструмент» перфоратора/ В. А. Пивнев, Д. А. Юнгмейстер, М. Ю. Непран, С. А. Лавренко, Г. В. Соколова // Труды 10-ой Международной научно-практической конференциии «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения», Воркута: Воркутинский горный институт (филиал) ФГБ ОУ ВПО «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», 2012. - т.2. - С. 395-399.

98) Непран, М. Ю. Исследование удержания бойка за счет выбора режимов воздушного потока через перфоратор / М. Ю. Непран, Д. А. Юнгмейстер, В. А. Пивнев, С. А. Лавренко, Г. В. Соколова, А. Э. Сабитов // Труды 11-ой Международной научно-практической конференциии «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения», Воркута:

Воркутинский горный институт (филиал) ФГБ ОУ ВПО «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», 2013. - С. 449-454.

99)Пивнев, В. А. Рудничные испытания модернизированного перфоратора ПП-54С2 со сдвоенной ударной системой и утолщенной воздушной трубкой / В. А. Пивнев, М. Ю. Непран, Д. А. Юнгмейстер, С. А. Лавренко, Г. В. Соколова, А. И. Исаев // Труды 11-ой Международной научно-практической конференциии «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения», Воркута: Воркутинский горный институт (филиал) ФГБ ОУ ВПО «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», 2013. - С. 461-467.

100) Платовских, М. Ю. Исследование влияния дребезга на отклонение баллистического маятника / М. Ю. Платовских, Д. А. Юнгмейстер, С. А. Лавренко, В. А. Пивнев, А. И. Исаев, А. Э. Сабитов // Труды 11-ой Международной научно-практической конференциии «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения», Воркута: Воркутинский горный институт (филиал) ФГБ ОУ ВПО «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», 2013. - С. 468-474.

101) Рындин В.П. Определение энергетических параметров и совершенствование динамики ударных систем бурильных машин. Автореф. дис. на соиск. ученой степени д-ра. техн. наук., спец. 05.05.06. — Кемерово, 2005.-39 с.

102) Мещеряков, Ю. И. О влиянии процессов на фронте импульса сжатия на откольную прочность материала и сопротивление высокоскоростному внедрению/ Ю. И. Мещеряков, А. К. Диваков // Прикладная механика и техническая физика. - 2003. - т. 44. - № 6. - С. 25-34.

103) Юнгмейстер, Д. А. Использование погрузочно-доставочных машин на шахтах Метростроя/ Д. А. Юнгмейстер, С. А. Лавренко, А. И. Исаев, А. В. Иванов// Горное оборудование и электромеханика. - 2012. - № 9. - С. 27.

104) Юнгмейстер, Д. А. Комплексная механизация проведения специальных выработок шахт Метростроя Санкт-Петербурга с использованием погрузочно-доставочных машин (ПДМ)/ Д. А. Юнгмейстер, С. А. Лавренко, А. И. Исаев, А. В. Иванов// Труды 10-ой Международной научно-практической конференциии «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения», Воркута: Воркутинский горный институт (филиал) ФГБ ОУ ВПО «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», 2012. -т.2. - С. 414-421.

105) Патент № 249801 Комплекс для проведения коротких выработок с тюбинговой крепью / Юнгмейстер Д. А., Соколова Г. В., Лавренко С. А. // -опубл. 2013, Бюл. №31.

106) Патент № 2482276 Комплекс для проходки выработки метрополитена круглого поперечного сечения / Тарасов Ю. Д., Кузьмин А. О., Лавренко С. А. // - опубл. 2013, Бюл. №14.

107) Докукин, А. В. Выбор параметров выемочных машин. Научно-методические основы/ А. В. Докукин, А. Г. Фролов, Е. 3. Позин. - М.: Изд-во «Наука», 1976. - 144 с.

108) ОСТ 12.44.258-84. Комбайны очистные. Выбор параметров и расчёт сил резания и подачи на исполнительных органах. Методика. - М.: Министерство угольного машиностроения, 1986. - 108 с.

109) Жабин, А. Б. Расчет роторного исполнительного органа тоннелепроходческого механизированного комплекса КТПМ-6.0/ А. Б. Жабин, Ан. В. Поляков, Ал. В. Поляков, А. Д. Фомичев, Ю. В. Антипов// Горное оборудование и электромеханика. - 2012. - №2. - С. 16-23.

110) Луганцев, Б. Б. Методика расчета параметров струговых установок: монография/ Б. Б. Луганцев, Б. А. Ошеров, А. Н. Аверкин. - ШахтНИУИ. -Новочеркасск: Лик, 2010. - 135 с.

111) Зегидзе, И. Г. Планирование эксперимента для исследования многокомпонентных систем/ И. Г. Зегидзе. - М.: Наука, 1976. - 390 с.

112) Зайков, В. И. Эксплуатация горных машин и оборудования: Учебник для вузов. - 3-е изд. стер. / В. И. Зайков, Г. П. Берлявский. - М.: Издательство МГГУ, 2001. - 257 с.

113) Барон, Л. И. Экспериментальные исследования процессов разрушения горных пород ударом / Л. И. Барон, Г. М. Веселов, Ю. Г. Коняшин. - М.: Изд-во Академии наук СССР, 1962. - 217 с.

196247, Санкт-Петербург, ул. Благодатная, д. 47 лит.А Тел./факс [phone] E-mail: [e-mail]

Акт внедрения

Настоящим удостоверяем, что результаты диссертационной работы аспиранта кафедры «Машиностроение» «Национального минерально-сырьевого университета «Горный» Лавренко Сергея Александровича приняты к внедрению.

Объекты внедрения:

1) конструкция комплекса для проведения коротких выработок с тюбинговой крепью (патенты РФ № 2498071, № 2482276);

2) методика расчета породоразрушающих элементов исполнительных органов проходческих комбайнов.

Ожидаемый эффект от внедрения - 500 тыс. руб. в год за счет исключения проходки выработок вручную отбойными молотками, а также крепления забоя досками.

Генеральный директор

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Графики спектральной плотности процессов резания

Рисунок Б. 1 - Спектральная плотность процесса резания кембрийской глины резцом ШБМ с глубиной внедрения резца й=10 мм: а) - Кр= 10 м/мин; б) —Ур=40 м/мин; в) -

Гр=80 м/мин

а)

б)

в)

0,0300 0 0250 0,0200 е 0,0150

о

0,0100 0,0050 0,0000

0,0080 0,0070 0,0060 0,0050 0,0040 0,0030 0,0020 0,0010 0,0000

0 0014 0,0012 0,0010 0,0008 0,0006 0,0004 0,0002 0,0000

Рисунок Б.2 - Спектральная плотность процесса резания кембрийской глины резцом ШБМ с глубиной внедрения резца й=15 мм: а) - Кр=10 м/мин; б) -Ур=40 м/мин; в) -

Гр=80 м/мин

а)

б)

0,0200 0,0150 0,0100 0,0050 0,0000 -0,0050

10

12

14

16

18

В)

г а

0,0025

0,0020

0,0015

0,0010

0,0005

0,0000

Рисунок Б.З - Спектральная плотность процесса резания кембрийской глины резцом ШБМ с глубиной внедрения резца /г=20 мм: а) - Кр= 10 м/мин; б) -Гр=40 м/мин; в) -

Рр=80 м/мин

ВМ)

А(1:1)

9 10 Б(1:1)

щ

/ \Т7/.

у

ИГ"'

{Рвжуыдяачвкк

Оенпагт да жида [¡арочный чрртж

О'

гя к

йймЗгЛдеэ

сз

'S

5

W

1. *- Размеры для спрабок

2. Общие допуски - по

Г0т0893.2-Ж- Н12: h12: ±

а 40: 50: 60°

IT12 2

3. i5-50HRC3.

'S

Изн /Ъст

Разраб.

№дакип

Подп

Ваша

Прой

Мреш CA

Резец

Т.комщ

Лип

Масса

MacuimaS

11

Лист | /Ьогай 1

Нкаищ

ШГ

М5 ГОСТ 1050-90

Колировал

Горный ИниНерситвп

Фартт A4

2 5

>5

I

Зз

7

л

8

18

Г\

§

55

\2om6

Л.

30

N

\ М20х15-6д

Общие допуски - по Г0СТ308932-№■ Н12. М2. ±

(Т12 2

"б ■е

Им Лист

№дакцп

Падп.

¡¡она

Разраб

/Шоенко С А

/Ьай

Ткашщ

Резцедержатель

Лит

Масса

0.53

Масшгтй

11

Лист | Листай 1

Нкантр.

ШГ

СтЗсп ГОСТ 380-94

Капиообол

Горный Ыершт

Формат /44

id. изм. Объем фодолх. 1 2 3

на цикл работ, ч 1 2 3 i 5 6 7 ! 2 3 i 5 6 7 1 2 3 i 5 6 7

Прием и сдача с пени. Осмотр забоя. - - 0,17 -

Предварительное ослабление нас cuta гидроудар ник он tnJ 1 о.в —i

Разработка грунта с попоит планшайбу и погрузка парады fnJ 55.5 0.3 - ■шч

Соединение/рассоединение планшайбы с манипултарам тсбингоукладчика крепеж 60 0.17

Пантах железобетонной секции 2Í 5

обделки, укладка рельс ai

Тампонах закрепленного пространств м 1 0.5 L

Профилактический осмотр комплекса - - 0.7

Передбихка комплекса - - 0J7 L

Пополнительное рыхление кроВли и почВы сектор 2 0.17 -

Рисунок Ж. 1 - Циклограмма работ по проходке вспомогательных выработок

проходческим комплексом

Вцды рпбот Ед. гом-ия Объем Ш цикл Норма времени Чел.-^. Всего Чел.-л. 1 2 3

1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 ж У 1 2 3 4 5 6 7

Осмотр лба забоя - 1 - - — —

Разработка грунта г помощью отбойных молотков ы3 55,5 - -

Крепление лба забоя (поднос досок, заводка концов досок) 10м1 7,54 034 256 —

Погрузка грунта \мг 56,5 - -

Передвижка тюбинг оукладчи ка (снятие упоров, передвижка укладчика, подъёмна домкратах, укладка рельсов) \м 0,75 5 3,75

Разборка крепления забоя (снятие досок, относка в сторону) ЮЛ*2 7,54 0,28 2,11

Монтаж железобетонной обделки секц ия 22 3 66

Рисунок Ж. 2 - Циклограмма работ по проходке вспомогательных выработок без щита методом сплошного забоя

Определение экономических показателей по новому варианту на основе циклограммы работы рисунок Ж. 1 (механизированный проходческий комплекс на базе шагающего крепеустановщика УТ2-См, со съемной

планшайбой и ударником) Определение капитальных затрат Стоимость исполнительного органа (съемной планшайбы):

См =ПМ а = 505339 руб, (1)

где <эг = 1Д5 коэффициент, учитывающий расходы на транспортировку и монтаж, Пм =7]- N = 9765 • 45 = 439425 руб стоимость без учета затрат на доставку и монтаж, где г/ — стоимость 1 т металла, N — масса исполнительного органа, т. Капитальные затраты:

С = СМ+ КНИОКР = 505339+150000 = 655339 руб, где КШОКР — затраты на научно-исследовательские и проектные работы на разработку нового оборудования. КНИОКр =150000 руб

Итого по капитальным затратам с учетом дополнительных расходов на доставку и монтаж: С = 655339 руб.

Определение эксплуатационных расходов

Расчет заработной платы:

Время, за которое разрабатывается требуемый объем породы при проходке тоннеля длиной 100 метров:

тП = — = 67 дней = 2,2 мес, (2)

где £=100 - общая длина разрабатываемого тоннеля, м.;

Р = 1,5 средняя производительность при новом варианте проходки. сут

Затраты на заработную плату рабочих, занятых обслуживанием комплекса определяются:

С =С л-С —С И4»

з ^ осн ' ^доп ^ страх .взн v /

где Сстрахвзн — страховые взносы, составляет 34% от суммы основной заработной платы; Сосн - основная заработная плата; Сдоп - дополнительная заработная плата, составляет 10% от основной зарплаты.

Дневные тарифные ставки по данным ОАО «Метрострой» на 2013 год: горнорабочий IV разряда - 1610 руб.; машинист проходческого комплекса - 1610 руб.; машинист 1111М IV разряда - 1470 руб.; машинист электровоза IV разряда - 1470 руб.; проходчик IV разряда - 1610 руб. Заработная плата машинистов ППМ: 45996 руб / мес; Заработная плата машинистов электровоза: 45996 руб / мес; Заработная плата машинистов проходческого комплекса: 50377 руб/мес,

Итого заработная плата составит: 142369 руб ¡мес. Определение затрат на потребляемую энергию:

Сэл=Цр-Р3+Ц3-Ж- 1раб = 60479,1руб / мес, (4)

где Р3 — заявленная мощность потребителей, Р3—50 кВт; Цр -дополнительная плата за потребляемую электроэнергию, Цр =4,58 руб./кВт-ч; Цэ — основная плата в месяц, Цэ=215,45 руб./кВт; \¥ -суммарная мощность всех потребителей, IV = 70 кВт; 1раб - время работ машины за весь период проходки тоннеля: 1раб=3•Тси-кр-пс= 401 час., где Гсм - количество часов в смене, Гсм=7 часов; кр - коэффициент включения машины, кр=0,285; пс - количество суток работы, яс=67 дня. Определение амортизационных отчислений: Съемная планшайба:

Ам = С—^— = 5461руб / мес, (5)

м 12-100%

гдеЛ^г = 10% годовая норма амортизационных отчислений.

Итого по амортизационным отчислениям: 5461руб/мес.

Определение расходов на текущий ремонт: Съемная планшайба:

СР = 505339 • — = 2106 руб / мес; 12

Итого по расходам на текущий ремонт - 2106 руб / мес.

Определение экономических показателей по базовому варианту на основе циклограммы работ рисунок Ж.2 (способ сплошного забоя с использованием ручных пневмомолотов) Определение капитальных затрат

Стоимость пневмомолотков:

Спм = Пмо • п-а = 82800 руб, (6)

где Пмо = 9200 - стоимость молотка МО-7ПМ без учета затрат на транспортировку, руб.; а-1,5 - коэффициент резервного оборудования; п = 6— необходимое количество пневмомолотов, шт.

Итого по капитальным затратам: С = Спм = 82800 руб.

Определение эксплуатационных расходов

Расчет заработной платы:

Время, за которое разрабатывается требуемый объем породы при проходке тоннеля длиной 100 метров:

тП = Ы Р = 133 дня = 4,43 мес, (7)

где Ь =100 м — общая длина разрабатываемого тоннеля; /? = 0,15 м/суш — средняя производительность бригады при существующем методе проходки.

Затраты на заработную плату рабочих, занятых обслуживанием комплекса определяются:

С 3 С осн + — С страх .взч

где Сстрахвзн - страховые взносы, составляет 34% от суммы основной заработной платы; Сосн - основная заработная плата; Сдоп - дополнительная

заработная плата, составляет 10% от основной зарплаты.

Заработная плата машинистов ППМ: 45996 руб / мес; Заработная плата машинистов электровоза: 45996 руб / мес; Заработная плата проходчиков: 50377 руб I мес; Итого заработная плата составит: 394254 руб/мес.

Определение затрат на потребляемую энергию:

Стоимость электроэнергии по базовому варианту по (2) составит: 102901,9 руб ¡мес.

Затраты на сжатый воздух:

Сп = 60• g• /г0 • ■Tj-i1-i2-Ce = 166800 руб!мес, (9)

где gce- номинальный расход воздуха, g^ =1,5 м3 / мин; 77 = 0,8 + 1,0; г, = 1,1 и i2 = 1,0 - коэффициенты, учитывающие потери сжатого воздуха соответственно в сети и в двигателе при среднем износе его деталей; Св = 0,9 руб — стоимость 1 м сжатого воздуха; п0 - число одновременно работающих молотков, п0= 6; Т — продолжительность отбойки породы, Тч =1Ъч (0,75 м тоннеля).

Итого энергетические затраты составят: 269701,9 руб / мес. Определение амортизационных отчислений:

N

Отбойные молотки: Ам - С ПЫ-—— = 6900 руб ¡мес, (10)

12-100%

где Nou =100%годовая норма амортизационных отчислений. Определение затрат на текущий ремонт:

0,2

Отбойные молотки: См0 = 9200 • = 920 руб / мес. (11)

Полученные данные по учтенным элементам эксплуатационных затрат по новому и базовым вариантам проходки вспомогательных выработок и станционных тоннелей в условиях ОАО «Метрострой» сведены в таблицу Ж. 1.

Таблица Ж.1 - Эксплуатационные затраты по вариантам (руб/мес)

Эксплуатационные затраты Базовый вариант Проектный вариант

Заработная плата 394254 142369

Амортизационные отчисления 6900 5461

Энергетические затраты 269701,9 60479,1

Текущий ремонт 920 2106

ИТОГО 671775,9 82282,1

Определение срока окупаемости капитальных затрат по предлагаемому оборудованию:

Годовая экономия эксплуатационных затрат:

/

АС =

Л

^ 1 С г

V 11

■ 12 = Г671775,9 • — - 82282,1 67

Годовой экономический эффект: Э = 0,8 • 15014918 = 12011934руб.

12 = 15014918 руб. (12)