Все статьи
Основное горно-шахтное оборудование: классификация и сферы применения
Содержание:
- Принципы классификации горно-шахтного оборудования
- Практическое значение классификации
- Оборудование для проведения горных выработок (Проходческая техника)
- Особенности выбора проходческой техники
- Оборудование для очистной выемки (Добычная техника)
- Вибровыпуск и вибродоставка
- Современные тенденции в развитии добычной техники
- Оборудование для вентиляции и водоотлива
- Шахтная вентиляция: назначение и принципы организации
- Шахтный водоотлив: проблема подземных вод
- Дробильно-сортировочные комплексы: первичная переработка горной массы
- Закладочные комплексы: управление горным давлением и утилизация отходов
- Заключение
Горно-шахтное оборудование представляет собой сложный комплекс технических средств, обеспечивающих весь цикл добычи полезных ископаемых — от вскрытия месторождения до выдачи готовой руды на поверхность. Масштабы современной горнодобывающей промышленности, разнообразие горно-геологических условий и способов разработки обусловили появление множества типов машин и механизмов, различающихся по назначению, принципу действия и конструктивному исполнению.
В технологической цепочке подземной добычи каждое звено выполняет строго определенную функцию: проведение подготовительных выработок, непосредственная выемка полезного ископаемого, его транспортировка, подъем на поверхность, а также обеспечение безопасных условий труда — вентиляция, водоотлив, энергоснабжение. От того, насколько правильно подобран парк оборудования для конкретных условий и насколько слаженно работают все его элементы, зависят не только технико-экономические показатели предприятия, но и безопасность рабочих.
Принципы классификации горно-шахтного оборудования
Многообразие технических средств, используемых при подземной и открытой добыче полезных ископаемых, требует четкой систематизации. Классификация горно-шахтного оборудования позволяет не только упорядочить существующее множество машин, но и создать основу для их грамотного выбора при проектировании горных предприятий. В зависимости от поставленных задач классификация может проводиться по нескольким независимым признакам.
По технологическому назначению
Это наиболее важный и широко используемый принцип классификации, который группирует оборудование в соответствии с его ролью в единой производственной цепочке. Согласно данному признаку, выделяют оборудование для очистной выемки, предназначенное для непосредственного извлечения полезного ископаемого из массива; проходческое оборудование, используемое при проведении горных выработок; буровое оборудование для бурения шпуров и скважин; транспортное оборудование, обеспечивающее перемещение горной массы по горизонтальным и наклонным выработкам; подъемное оборудование для выдачи руды на поверхность, а также вспомогательное оборудование, к которому относятся вентиляторные, водоотливные и закладочные установки.
По способу ведения горных работ
Данный признак разделяет технику в зависимости от того, где именно ведутся работы — под землей или на поверхности. Для подземной добычи (шахтное оборудование) характерны компактные размеры машин, возможность их демонтажа на узлы для спуска в шахту, а также специальные требования к электробезопасности, включая взрывозащищенное исполнение для опасных по газу и пыли выработок. Оборудование для открытых работ (карьерное), напротив, отличается значительными габаритами и высокой единичной мощностью, что позволяет эффективно разрабатывать мощные вскрышные уступы и добывать большие объемы руды.
По роду выполняемой работы
В зависимости от возможности перемещения в пространстве оборудование подразделяется на стационарное и передвижное. К стационарному относятся машины и установки, которые монтируются на фундаментах и не меняют своего местоположения в течение длительного времени — подъемные машины, главные вентиляторные установки, насосные станции водоотлива, дробилки. Передвижное оборудование, напротив, постоянно или периодически перемещается вслед за подвиганием забоя — проходческие и очистные комбайны, погрузочно-доставочные машины, буровые каретки, самоходные вагоны.
По принципу действия
Данный признак классификации отражает характер рабочего процесса машины. Оборудование циклического действия выполняет рабочие операции последовательно: набор груза, перемещение, разгрузка, холостой ход. Типичными представителями являются экскаваторы, погрузчики, скреперы, локомотивная откатка. Оборудование непрерывного действия осуществляет рабочий процесс без остановок: конвейеры, струговые установки, винтовые конвейеры (шнеки), насосы и вентиляторы.
По конструктивному исполнению и принципу работы рабочего органа
Для более детальной систематизации оборудования внутри технологических групп используются дополнительные признаки. Так, по типу рабочего органа различают оборудование с режущим, скалывающим, ударным или комбинированным воздействием на породу. По типу ходовой части выделяют колесное, гусеничное, рельсовое и шагающее оборудование. По способу передачи энергии — машины с электрическим, дизельным, пневматическим или гидравлическим приводом.
Практическое значение классификации
Систематизация горно-шахтного оборудования не является самоцелью, а служит важным инструментом для решения прикладных задач. При проектировании нового рудника классификация позволяет корректно сформировать технологическую схему и определить номенклатуру необходимых машин. При эксплуатации действующего предприятия она помогает выстраивать системы технического обслуживания и ремонта, унифицировать запасные части и обучать персонал. Наконец, для производителей горной техники классификация определяет направления разработки новых моделей и модернизации существующих.
Таким образом, классификация горно-шахтного оборудования представляет собой многоуровневую систему, каждый признак которой раскрывает определенную характеристику машин. В совокупности они дают полное представление о технике, необходимой для эффективной и безопасной добычи полезных ископаемых в самых разнообразных горно-геологических условиях.
Оборудование для проведения горных выработок (Проходческая техника)
Проведение горных выработок — это первый и крайне ответственный этап подземной добычи, цель которого заключается в создании сети подземных каналов, обеспечивающих доступ к полезному ископаемому. От качества и скорости проходки напрямую зависят сроки ввода месторождения в эксплуатацию и последующая эффективность очистных работ. Оборудование, используемое для этих целей, отличается большим разнообразием и специализацией в зависимости от типа выработки, крепости пород и принятой технологии.
Проходческие комбайны
Наиболее распространенным видом проходческой техники являются комбайны избирательного действия. Их рабочий орган, оснащенный резцами, может перемещаться в вертикальной и горизонтальной плоскостях, позволяя формировать выработку практически любого поперечного сечения — от прямоугольного до арочного. Такие комбайны незаменимы при проведении подготовительных выработок (штреков, бремсбергов, уклонов) по породам средней крепости. Они не только разрушают породу, но и оснащены погрузочным устройством, которое перегружает отбитую массу на забойный конвейер или в самоходный вагон.
Для проведения протяженных горизонтальных выработок с постоянным сечением применяются комбайны фронтального действия. Они имеют большую массу и производительность, а их рабочий орган перекрывает всю площадь забоя, продвигаясь вперед как единое целое. Такая техника используется преимущественно при проходке магистральных выработок на крупных угольных шахтах.
Буровые установки для проходки стволов
Сооружение вертикальных стволов — наиболее сложная и трудоемкая задача. Для этих целей применяются специализированные буровые установки, способные формировать ствол большого диаметра (до 8-10 метров и более) на глубину в сотни метров. Существует несколько технологий: бурение сплошным забоем с последующим креплением, бурение с расширением пилотной скважины, а также метод опускной крепи, когда ствол проходится под защитой опускаемого железобетонного кольца. Современные установки оснащаются системами автоматического контроля вертикальности и позволяют проходить стволы в сложнейших гидрогеологических условиях.
Проходческие щиты
При строительстве тоннелей в слабых, неустойчивых породах или в зонах с высоким притоком подземных вод незаменимыми становятся проходческие щиты. Это сложнейшие инженерные сооружения цилиндрической формы, которые продвигаются вперед, защищая забой от обрушения. Разрушение породы осуществляется либо режущим ротором (для мягких грунтов), либо экскаваторным рабочим органом. Одновременно с продвижением щита за его хвостовой частью монтируется сборная железобетонная или чугунная крепь — тюбинги. Применение щитовой проходки позволяет безопасно вести работы под руслами рек, в обводненных песках и плывунах.
Погрузочные машины
При буровзрывном способе проходки, который до сих пор широко применяется на рудниках, основной операцией после взрывания шпуров является уборка отбитой горной массы. Эту задачу выполняют погрузочные машины. Наиболее распространены ковшовые машины, которые черпают породу и перегружают ее в вагонетки или на конвейер. Для выработок небольшого сечения используются машины нагребающего действия, оснащенные звездчатыми или дисковыми нагребателями, которые сгребают породу на скребковый конвейер, проходящий внутри машины.
Вспомогательное проходческое оборудование
Процесс проведения выработки требует применения целого комплекса вспомогательных машин. К ним относятся:
- Крепеустановщики: механизируют трудоемкую операцию возведения крепи, особенно при использовании рамных металлических конструкций.
- Анкероустановщики: предназначены для бурения шпуров и установки анкерной крепи, которая широко применяется для повышения устойчивости выработок.
- Подъемные лебедки: используются для подъема и перемещения тяжелых элементов оборудования и материалов в забое.
Особенности выбора проходческой техники
Выбор конкретного типа проходческого оборудования определяется комплексом факторов. Решающее значение имеют крепость и устойчивость пород, площадь поперечного сечения и длина выработки, требуемая скорость проходки, а также способ проветривания тупикового забоя. Не менее важна совместимость проходческой техники с принятой системой транспортировки горной массы и обеспечения материалами. В современных условиях все большее внимание уделяется также уровню автоматизации процессов и возможности дистанционного управления, что позволяет вывести оператора из потенциально опасной зоны вблизи забоя.
Современная проходческая техника представляет собой высокопроизводительные машины, способные в комплексе решать задачи разрушения породы, ее уборки и возведения крепи. От правильного выбора и эффективного использования этой техники зависят не только темпы строительства подземного рудника, но и безопасность людей, работающих в призабойном пространстве.
Оборудование для очистной выемки (Добычная техника)
Очистная выемка представляет собой центральный этап подземной добычи полезных ископаемых — непосредственное извлечение руды или угля из массива. От эффективности работы оборудования на этом этапе зависят основные технико-экономические показатели шахты или рудника: объем добычи, себестоимость продукции и безопасность горняков. Добычная техника отличается большим разнообразием, поскольку ее конструкция и принцип действия определяются способом выемки, физико-механическими свойствами пород и геометрией залегания полезного ископаемого.
Очистные комбайны
На угольных шахтах основным видом выемочного оборудования являются очистные комбайны. Они перемещаются вдоль лавы (длинного очистного забоя) по специальному забойному конвейеру, срезая с массива полосу угля толщиной от 0,5 до 1,5 метров и более. Рабочий орган комбайна представляет собой шнек (один или два), оснащенный резцами. Отбитый уголь попадает на лоток конвейера и транспортируется из лавы.
Современные очистные комбайны — это высокоавтоматизированные машины с дистанционным управлением. Они оснащаются системами автоматического поддержания заданной гипсометрии пласта (следования по контакту с породой), контроля загрузки двигателей и диагностики технического состояния. Производительность современных комбайнов может достигать 3000-5000 тонн угля в сутки и более.
Струговые установки
В пологих и тонких пластах (мощностью до 1,5-2 метров) альтернативой комбайнам выступают струговые установки. Принцип их действия принципиально иной: струг (массивная зубчатая накладка) с большой скоростью протаскивается вдоль забоя по направляющим, врезаясь в пласт и отделяя от него стружку толщиной 10-30 см за один проход. Отбитый уголь также поступает на забойный конвейер.
Струговая выемка обладает рядом преимуществ: возможность полной автоматизации, отсутствие людей в призабойном пространстве (кроме ремонтных смен), более равномерная нагрузка на крепь и высокая эффективность на тонких пластах, где применение комбайнов затруднено. Недостатком является ограниченная мощность разрушаемого пласта и высокие требования к устойчивости боковых пород.
Механизированные крепи
Ни один современный очистной забой немыслим без механизированной крепи. Она представляет собой ряд гидрофицированных секций, установленных вплотную друг к другу вдоль всей лавы. Каждая секция состоит из перекрытия, гидростоек и оснований. Задача крепи — удерживать кровлю от обрушения в рабочем пространстве забоя, обеспечивая безопасные условия для работы людей и оборудования.
По мере подвигания комбайна (или струга) секции крепи последовательно передвигаются вперед: опускаются, перемещаются гидродомкратами на новую позицию и снова распираются между кровлей и почвой. Современные крепи оснащаются электронной системой управления, позволяющей передвигать секции с пульта или даже в автоматическом режиме по сигналам датчиков положения комбайна.
Забойные конвейеры (скребковые)
Транспортировка отбитого полезного ископаемого из лавы осуществляется забойными скребковыми конвейерами. Они представляют собой желоб, по которому движется цепь с закрепленными на ней скребками. Конвейер одновременно выполняет несколько функций: служит путем для перемещения комбайна, базой для установки направляющих струга (в струговых лавах) и обеспечивает непрерывный отвод угля или руды к перегружателю.
Современные забойные конвейеры отличаются высокой прочностью и надежностью, способны работать под большими нагрузками и изгибаться вслед за профилем лавы. Длина одного конвейера может достигать 300-400 метров, а производительность — 2000-3000 тонн в час.
Самоходное оборудование для камерных систем разработки
На рудниках, где применяются камерные и камерно-столбовые системы разработки (особенно при добыче руд цветных металлов, алмазов, соли), основным добычным оборудованием являются самоходные машины на пневмоколесном ходу.
- Погрузочно-доставочные машины (ПДМ): Это универсальные машины, которые ковшом зачерпывают взорванную руду в забое, транспортируют ее до рудоспуска или перегружателя и разгружаются. Грузоподъемность современных ПДМ достигает 10-25 тонн, они оснащаются дизельными или электродвигателями и системами очистки выхлопных газов.
- Подземные самосвалы: Для транспортировки руды на более значительные расстояния (от 300-500 метров до нескольких километров) используются сочлененные самосвалы с высокой грузоподъемностью (до 50-60 тонн). Они эффективны в крупных камерах и на транспортных горизонтах.
Вибровыпуск и вибродоставка
При разработке мощных месторождений с применением систем с обрушением руды и вмещающих пород широко используется вибровыпуск. Вибрационные питатели и вибролюки, устанавливаемые в днище блоков, обеспечивают регулируемый выпуск руды под действием вибрации. Вибродоставочные установки могут транспортировать руду по горизонтальным выработкам на небольшие расстояния (до 50-80 метров) без применения самоходного транспорта.
Современные тенденции в развитии добычной техники
Развитие оборудования для очистной выемки направлено на повышение производительности, безопасности и энергоэффективности. Ключевыми направлениями являются:
- Автоматизация и роботизация: Системы дистанционного и автоматического управления комбайнами, крепями и конвейерами позволяют вывести операторов из опасной зоны.
- Повышение единичной мощности: Создание комбайнов и крепей для отработки мощных пластов (до 5-6 метров) за один ход.
- Электрификация: Переход от дизельного привода на самоходных машинах к аккумуляторному для улучшения экологии подземных выработок.
- Цифровизация и мониторинг: Внедрение систем предиктивной диагностики, позволяющих прогнозировать отказы оборудования и планировать ремонты.
Таким образом, современный комплекс оборудования для очистной выемки представляет собой сложную, высокоавтоматизированную систему, где каждый элемент (комбайн, крепь, конвейер) работает в тесной взаимосвязи, обеспечивая эффективную и безопасную добычу полезных ископаемых.
Транспортное и подъемное оборудование
После того как полезное ископаемое отделено от массива, перед горным предприятием встает не менее сложная задача — доставить его на поверхность. Транспортное и подъемное оборудование образуют связующее звено между очистным забоем и обогатительной фабрикой или складом готовой продукции. От бесперебойной работы этой техники зависит ритмичность всего производства, поскольку любые сбои в транспортной цепи мгновенно приводят к остановке добычных работ.
Локомотивная откатка
Исторически одним из первых способов механизированного транспорта в шахтах стала локомотивная откатка по рельсовым путям. Она сохраняет свои позиции и сегодня, особенно на рудниках с небольшими и средними объемами добычи. В качестве тяговой силы используются электровозы двух основных типов: контактные, получающие питание от верхнего провода, и аккумуляторные, обладающие автономностью и безопасностью в выработках с повышенной газообильностью.
Состав вагонеток может включать как груженые секции для транспортировки руды, так и специальные платформы для перевозки материалов, оборудования и людей. Достоинствами локомотивной откатки являются относительная простота эксплуатации, надежность и возможность использования на выработках с переменным профилем. К недостаткам следует отнести значительные затраты на содержание рельсовых путей и ограниченную производительность при больших объемах перевозок.
Конвейерный транспорт
Для крупнотоннажных производств, особенно на угольных шахтах, доминирующее положение занял конвейерный транспорт. Ленточные конвейеры способны перемещать огромные объемы горной массы непрерывным потоком на расстояния в несколько километров. Современные магистральные конвейеры оснащаются резинотросовыми лентами высокой прочности, многодвигательными приводами и автоматизированными системами натяжения.
В очистных забоях, где уголь поступает неравномерно, применяются скребковые конвейеры, способные принимать нагрузку непосредственно от комбайна или струга. Они транспортируют горную массу на перегружатель, который передает ее на магистральную ленту. Важнейшими элементами конвейерного транспорта являются узлы перегрузки, оснащенные амортизацией и пылеподавлением, а также устройства для очистки ленты от налипшего материала.
Самоходный транспорт (ПДМ)
На рудниках цветных металлов, алмазных и соляных шахтах, где применяются камерные системы разработки, доминирует самоходный транспорт на пневмоколесном ходу. Погрузочно-доставочные машины (ПДМ) представляют собой уникальное сочетание погрузчика и самосвала. Они ковшом зачерпывают взорванную руду непосредственно в забое, транспортируют ее на расстояние до 200-300 метров и разгружаются в рудоспуск или на перегружатель.
Для перевозок на более значительные расстояния (до 1-2 километров) используются подземные самосвалы сочлененной конструкции. Их грузоподъемность достигает 50-60 тонн, а применение позволяет существенно сократить количество ПДМ в парке. Важной особенностью самоходного транспорта является необходимость эффективной очистки выхлопных газов (при дизельном приводе) или переход на электропривод с питанием от кабеля или аккумуляторных батарей.
Шахтные подъемные установки
Финальным звеном в цепи транспортировки является подъем полезного ископаемого на поверхность. Шахтные подъемные установки представляют собой сложнейшие инженерные сооружения, включающие подъемную машину (лебедку с приводом), подъемные сосуды, канаты, копер и направляющие устройства.
По типу подъемных сосудов различают скиповой и клетьевой подъем. Скипы предназначены исключительно для выдачи руды или угля. Они загружаются в нижней части ствола через дозатор, поднимаются на поверхность и автоматически разгружаются через дно или опрокидыванием. Клети служат для спуска и подъема людей, материалов, оборудования и могут также использоваться для транспортировки породы во вспомогательных целях.
В глубоких шахтах применяются многоканатные подъемные машины со шкивами трения, позволяющие поднимать грузы с глубины более километра. Системы автоматики обеспечивают точную остановку сосудов на заданных горизонтах, контроль скорости и защиту от переподъема.
Вспомогательное транспортное оборудование
Для доставки тяжелого оборудования, длинномерных материалов (рельсов, труб, секций крепи) в удаленные выработки используются специализированные средства. Монорельсовые дороги с дизельным или электрическим приводом подвешиваются к кровле или крепи выработки и позволяют транспортировать грузы массой до 20-30 тонн по сложным трассам с уклонами.
Напольные дороги с канатным тягачом применяются для перемещения составов по рельсовым путям на уклонах, где использование локомотивов неэффективно. Лебедки различного назначения используются для маневровых операций, подтаскивания грузов и перемещения оборудования в монтажных камерах.
Взаимосвязь элементов транспортной цепи
Эффективность транспортировки определяется не столько характеристиками отдельных машин, сколько их согласованной работой в единой цепи. Бункеры-накопители и рудоспуски выполняют роль буферных емкостей, сглаживающих неравномерность поступления грузов. Автоматизированные системы диспетчерского контроля позволяют в реальном времени отслеживать местоположение составов, загрузку конвейеров и работу подъемных установок, оптимизируя транспортные потоки.
Современные тенденции в развитии транспортного и подъемного оборудования направлены на повышение грузоподъемности и дальности транспортировки, внедрение автоматических систем управления без участия человека (беспилотные ПДМ, автоматические конвейерные линии) и повышение энергоэффективности за счет применения рекуперативных приводов и оптимизации режимов работы.
Оборудование для вентиляции и водоотлива
Обеспечение безопасных и комфортных условий труда в подземных выработках невозможно без двух критически важных систем — вентиляции и водоотлива. Они относятся к стационарному оборудованию, работающему непрерывно или с высокой периодичностью, и от их надежности напрямую зависят жизнь и здоровье горняков, а также работоспособность всего горного предприятия.
Шахтная вентиляция: назначение и принципы организации
Атмосфера подземных выработок принципиально отличается от поверхности. В процессе ведения горных работ воздух загрязняется взрывными газами, пылью, выделениями метана (на угольных шахтах) и других вредных газов. Кроме того, естественный приток свежего воздуха в глубокие горизонты невозможен. Поэтому создание искусственной вентиляции является обязательным требованием безопасности.
Система вентиляции шахты решает три основные задачи:
- Подача в выработки свежего воздуха в количестве, достаточном для дыхания людей (не менее 6 м³/мин на человека).
- Разбавление и удаление вредных газов (метана, оксида углерода, сероводорода) до безопасных концентраций.
- Регулирование температуры и влажности воздуха в допустимых пределах.
Главные вентиляторные установки (ГВУ)
Основу вентиляции любой шахты составляют главные вентиляторные установки. Они монтируются на поверхности непосредственно над устьем ствола или штольни и обеспечивают либо нагнетание свежего воздуха в шахту, либо (чаще) отсос загрязненного воздуха из нее. Производительность ГВУ огромна — она может достигать нескольких сотен кубических метров воздуха в секунду.
Современные ГВУ представляют собой сложные агрегаты с осевыми или центробежными вентиляторами, оснащенные системой реверсирования воздушной струи на случай аварии. Обязательным требованием является наличие резервного агрегата и резервного электропитания. Управление ГВУ ведется дистанционно из диспетчерской, а параметры работы (производительность, давление, вибрация, температура подшипников) непрерывно контролируются датчиками.
Вентиляторы местного проветривания (ВМП)
Если главные вентиляторы создают общешахтную депрессию и обеспечивают движение воздуха по основным магистральным выработкам, то тупиковые забои (места, где выработка заканчивается) требуют особого подхода. Для подачи свежего воздуха непосредственно к забою используются вентиляторы местного проветривания (ВМП).
Они устанавливаются в свежей струе на некотором удалении от забоя и нагнетают воздух по гибким прорезиненным или жестким металлическим вентиляционным трубам (ставу) непосредственно в призабойное пространство. Это позволяет разбавить и удалить вредные газы, образующиеся после взрывных работ или при работе проходческой техники. Особое значение ВМП имеют при проходке выработок по газоносным пластам, где недостаточное проветривание может привести к опасной концентрации метана.
Вентиляционные сооружения и контроль
Для направления воздушных потоков по заданным маршрутам в шахте сооружаются специальные вентиляционные конструкции:
- Вентиляционные двери: перекрывают выработки, но позволяют пропускать транспорт и людей.
- Вентиляционные перемычки: глухие перегородки, полностью изолирующие выработку.
- Вентиляционные шлюзы: камеры с двумя дверями для пропуска людей без остановки вентиляции.
- Кроссинги: сооружения для пересечения встречных воздушных потоков в разных уровнях.
Контроль параметров рудничной атмосферы осуществляется стационарными автоматическими газоанализаторами (метан, оксид углерода, кислород) и переносными приборами, которые постоянно носят с собой горные мастера и рабочие.
Шахтный водоотлив: проблема подземных вод
Практически любое месторождение полезных ископаемых обводнено. Подземные воды проникают в выработки через трещины в породах, из водоносных горизонтов, а также технологическая вода попадает при бурении и пылеподавлении. Если не откачивать эту воду, она заполнит горные выработки в считанные дни или даже часы. Задача водоотлива — сбор всей поступающей воды и выдача ее на поверхность.
Водоотливные установки
По своему назначению водоотливные установки делятся на:
- Главные водоотливные установки: располагаются на нижних горизонтах и откачивают всю воду шахты на поверхность.
- Участковые водоотливные установки: собирают воду с отдельных участков и перекачивают ее в водосборники главного водоотлива.
- Промежуточные водоотливные установки: используются на наклонных выработках для перекачки воды с нижележащих горизонтов на вышележащие.
Основным элементом любой водоотливной установки является насос. В шахтах применяются преимущественно центробежные секционные насосы, способные создавать высокое давление (несколько мегапаскалей), необходимое для подъема воды с глубины в сотни метров. Производительность насосов измеряется десятками и сотнями кубических метров в час.
Схема организации водоотлива
Вода самотеком по водоотливным канавкам поступает в специальные емкости — водосборники, расположенные вблизи насосной камеры. Водосборники имеют достаточный объем для накопления воды в течение нескольких часов (обычно не менее 4-часового притока). Из водосборников вода по всасывающим трубам забирается насосами и по нагнетательному трубопроводу (ставу) подается на поверхность.
Обязательным требованием является наличие резервных насосов. Как правило, в насосной камере устанавливается не менее трех насосов: один рабочий, один в резерве и один в ремонте. Особо ответственные водоотливные установки имеют резервное электропитание от дизель-генераторов.
Автоматизация водоотлива
Современные водоотливные установки работают в автоматическом режиме. Датчики уровня в водосборнике подают сигнал на включение насоса при достижении верхнего уровня и отключение при нижнем. Система автоматики контролирует температуру подшипников и сальников, давление в напорном трубопроводе, наличие потока воды и другие параметры. При любом отклонении от нормы включается резервный насос, а диспетчеру поступает сигнал о неисправности.
Взаимосвязь вентиляции и водоотлива с безопасностью
Обе эти системы относятся к числу жизнеобеспечивающих. Выход из строя главной вентиляторной установки требует немедленной эвакуации людей, так как уже через несколько минут в выработках может накопиться опасная концентрация газов. Остановка водоотлива при интенсивном притоке воды грозит затоплением горизонтов и потерей оборудования. Поэтому к проектированию, монтажу и эксплуатации вентиляторных и водоотливных установок предъявляются самые жесткие требования промышленной безопасности, а их техническое состояние является предметом особого контроля со стороны надзорных органов.
Оборудование для бурения шпуров и скважин
Бурение является одним из наиболее распространенных технологических процессов в горном деле. Оно применяется на всех этапах — от геологоразведки и проходки выработок до добычи полезных ископаемых и вспомогательных операций. Оборудование для бурения отличается огромным разнообразием: от ручных перфораторов массой в несколько килограммов до мощных самоходных буровых установок и станков, способных бурить скважины глубиной в сотни метров.
Классификация бурового оборудования
Все многообразие буровой техники может быть классифицировано по нескольким признакам. По способу разрушения породы различают оборудование ударного, вращательного, ударно-вращательного и вращательно-ударного действия. По типу привода выделяют пневматические, электрические и гидравлические буровые машины. По мобильности — переносные (ручные), колонковые (устанавливаемые на распорных колонках) и самоходные (на колесном или гусеничном ходу). По назначению — оборудование для бурения шпуров (неглубоких цилиндрических выработок диаметром до 75 мм) и для бурения скважин (глубиной до сотен метров и диаметром до 500 мм и более).
Переносное буровое оборудование
Простейшим и исторически первым механизированным буровым инструментом является перфоратор. Это машина ударного или ударно-поворотного действия, в которой порода разрушается ударами поршня-бойка по хвостовику буровой штанги с поворотом бура после каждого удара. Перфораторы широко применяются при проходке выработок небольших сечений, креплении горных выработок (бурение шпуров под анкерную крепь), а также на добычных работах при малых объемах производства.
По массе перфораторы делятся на ручные (до 30 кг), телескопные (для бурения восстающих шпуров) и колонковые (устанавливаемые на распорных колонках или манипуляторах). Привод перфораторов преимущественно пневматический, что обусловлено безопасностью применения в газовых шахтах и высокой надежностью.
Для бурения шпуров вращательным способом в мягких породах и углях применяются электрические и пневматические сверла. Они оснащаются шнековыми бурами для удаления буровой мелочи и широко используются на угольных шахтах для бурения шпуров под крепь и для дегазации пластов.
Самоходные буровые установки
В современном крупномасштабном горном производстве доминирующее положение занимают самоходные буровые установки на колесном или гусеничном ходу. Они представляют собой мобильную машину, оснащенную одним или несколькими бурильными манипуляторами (буровыми каретками). Оператор управляет процессом бурения из защищенной кабины, что выводит его из опасной зоны вблизи забоя.
Буровые каретки для проходки горизонтальных и наклонных выработок оснащаются гидравлическими перфораторами ударно-вращательного действия, обеспечивающими высокую скорость бурения в породах любой крепости. Они позволяют бурить шпуры глубиной до 4-5 метров по заданной схеме с высокой точностью. Современные модели оснащаются системами автоматического параллельного перемещения бурильной головки, что позволяет сохранять направление шпуров при перемещении манипулятора, а также системами автоматического забуривания и контроля глубины.
Для бурения глубоких скважин (дегазационных, геологоразведочных, технических) применяются самоходные буровые станки вращательного действия. Они могут бурить как шарошечными долотами (для пород средней и высокой крепости), так и резцовыми коронками (для мягких пород). Глубина бурения таких станков может достигать 300-500 метров и более.
Специализированное буровое оборудование
Для решения специфических горно-технических задач применяется особое буровое оборудование.
- Станки для бурения восстающих выработок (слепых стволов): Эти уникальные машины позволяют бурить вертикальные или крутонаклонные выработки снизу вверх без присутствия людей в забое. Сначала бурится пилотная скважина малого диаметра на всю высоту выработки, затем на верхней буровой устанавливается расширитель, который протягивается обратно вниз, разбуривая скважину до проектного сечения. Метод чрезвычайно безопасен, так как исключает нахождение людей под обнаженной породой.
- Станки для бурения стволов большого диаметра: Применяются для проходки вертикальных стволов шахт. Буровой станок вращает буровой снаряд, армированный шарошечными долотами или резцами, который разрушает породу по всему сечению ствола. Разрушенная порода выдается на поверхность сжатым воздухом или промывочной жидкостью.
- Анкероустановщики: Специализированные машины для бурения шпуров и установки анкерной крепи. Они могут быть как самоходными, так и навесным оборудованием на проходческие комбайны или буровые каретки.
Буровой инструмент
Эффективность бурения в решающей степени зависит от качества бурового инструмента. Основными элементами являются:
- Буровые штанги: передают усилие от буровой машины к породоразрушающему инструменту.
- Коронки и долота: непосредственно разрушают породу. Для мягких пород применяются резцовые (лопастные) коронки с твердосплавными вставками. Для крепких пород — шарошечные долота с вращающимися конусами, оснащенными зубками, и коронки ударно-вращательного действия с твердосплавными штырями.
- Хвостовики и соединительные муфты: обеспечивают соединение штанг между собой и с буровой машиной.
Тенденции развития бурового оборудования
Современное развитие буровой техники направлено на повышение производительности, точности и безопасности бурения. Ключевыми направлениями являются:
- Автоматизация процесса: Системы автоматического бурения позволяют оператору задать параметры (глубина, скорость подачи, усилие), и машина самостоятельно выполняет цикл бурения, корректируя режимы в зависимости от крепости породы.
- Электрификация: Переход от дизельного привода на электрический (кабельный или аккумуляторный) для улучшения экологии подземных выработок и снижения затрат на энергоносители.
- Цифровизация: Внедрение систем телеметрии, передающих на пульт оператора и в диспетчерскую информацию о параметрах бурения, положении буровых штанг и техническом состоянии оборудования в реальном времени.
- Создание роботизированных комплексов: Полностью автономные буровые системы, способные выполнять цикл бурения по заданной программе без участия человека.
Таким образом, современное буровое оборудование представляет собой высокотехнологичные комплексы, обеспечивающие эффективное и безопасное разрушение горных пород в самых разнообразных горно-геологических условиях.
Дробильно-сортировочное и вспомогательное оборудование
Завершающим звеном в технологической цепи подземной добычи, а также неотъемлемой частью обеспечения бесперебойной работы основных машин является комплекс дробильно-сортировочного и вспомогательного оборудования. Несмотря на то, что эти установки часто остаются «за кадром» при описании горного производства, их роль критически важна: они подготавливают руду к дальнейшей транспортировке и обогащению, обеспечивают устойчивость выработок и создают условия для безопасной работы горняков.
Дробильно-сортировочные комплексы: первичная переработка горной массы
Дробильно-сортировочные установки предназначены для первичной переработки и подготовки добытой горной массы к промышленному использованию. Даже после самого тщательного взрывания или механического разрушения в забое образуются куски породы различного размера, включая негабаритные, которые не могут быть пропущены через транспортные системы или приняты последующим обогатительным оборудованием.
Современные дробильно-сортировочные комплексы включают в себя дробилки крупного и среднего дробления, грохоты различных типов, конвейеры и питатели. Дробилки бывают щековые, конусные, роторные и валковые — выбор конкретного типа определяется физико-механическими свойствами породы и требуемой крупностью готового продукта. Грохоты осуществляют классификацию дробленого материала по фракциям, отделяя кондиционные куски от тех, что требуют повторного дробления .
По своему расположению дробильно-сортировочное оборудование может размещаться как на поверхности, так и непосредственно в подземных выработках. Подземные дробильные комплексы монтируются в специальных камерах на бетонных фундаментах и служат для предварительного дробления руды перед ее транспортировкой по стволу на поверхность. Такое решение позволяет существенно снизить негабаритность материала, поступающего на скиповой подъем, и повысить эффективность всей транспортной цепи.
По конструктивному исполнению различают стационарные, перемещаемые и самоходные дробильно-сортировочные установки. Стационарные комплексы сооружают на предприятиях с длительным сроком эксплуатации (20-25 лет и более) и годовой производительностью свыше 100 тысяч кубических метров. Перемещаемые установки монтируются на пневматическом ходу и могут транспортироваться тягачами, что удобно при отработке небольших месторождений с ограниченными запасами. Самоходные дробильно-сортировочные установки большой производительности (до 2700 тонн в час) применяются непосредственно в карьерах для первичной переработки сырья, когда наиболее выгоден конвейерный транспорт продуктов дробления.
Современные тенденции в развитии дробильно-сортировочного оборудования направлены на создание компактных многоагрегатных комплексов, оснащенных системами автоматического управления и позволяющих получать готовую продукцию заданных фракций непосредственно вблизи забоя. Примером может служить дробильно-сортировочный комплекс ДСКА-4М, предназначенный для дробления и классификации углей непосредственно в шахтах, конструкция которого позволяет интенсифицировать процесс сортировки и повысить эффективность дробления.
Оборудование для борьбы с негабаритом
Даже при наличии дробилок первичного дробления в транспортный поток могут попадать отдельные куски, превышающие допустимые размеры. Для их ликвидации непосредственно в местах перегрузок или на транспортных горизонтах применяются специальные устройства. Одним из таких решений является комбинированная установка, включающая вибропитатель, грохот с конфузорно установленными направляющими стенками и бутобой. При попадании негабаритного куска на грохот он под действием вибрации перемещается к торцовой стенке выработки, где автоматически включается бутобой и производит дробление. Такая схема обеспечивает автоматическую подачу и фиксированную установку негабарита под рабочим органом, что существенно повышает эффективность и безопасность процесса.
Для дробления крупных кусков непосредственно в забоях или на перегрузочных пунктах широко применяются гидравлические молоты и бутобои, которые могут монтироваться на стрелах экскаваторов или специальных манипуляторах.
Закладочные комплексы: управление горным давлением и утилизация отходов
При разработке ценных руд цветных металлов, а также в сложных горно-геологических условиях для управления горным давлением и охраны земной поверхности от обрушений применяется закладка выработанного пространства. Закладочный комплекс представляет собой совокупность сооружений и оборудования, обеспечивающих комплексную механизацию заполнения пустот закладочным материалом.
По способу транспортирования материала различают гидрозакладочные, пневмозакладочные комплексы и установки для твердеющей закладки. В состав каждого из них входят дробильно-сортировочные установки для подготовки инертных заполнителей, аккумулирующие бункеры емкостью до 2000 кубических метров и более, дозирующие устройства, смесители и система трубопроводов для доставки смеси в выработанное пространство.
Особого внимания заслуживают технологии, использующие в качестве закладочного материала текущие отходы обогатительных фабрик.
Крепеустановщики и оборудование для крепления выработок
Стоимость крепления горных выработок составляет от 30 до 45 процентов общей стоимости их проведения, а затраты времени на возведение крепи достигают 20-25 процентов времени всего проходческого цикла. В связи с этим механизация трудоемких процессов установки крепи является важнейшим резервом повышения эффективности горнопроходческих работ.
Крепеустановщики представляют собой машины или устройства для механизации процесса возведения в подземных выработках сборных крепей из металлических элементов, железобетонных панелей, тюбингов, бетонных блоков и других материалов. По типу опорной части они бывают самоходными и несамоходными, по принципу работы рабочего органа — канатными, домкратными, рычажными, стреловыми и комбинированными.
В отечественной практике широкое распространение получили крепеустановщики типа КПМ (подвесные монорельсовые), предназначенные для частичной механизации работ по возведению рамных крепей в горизонтальных и наклонных выработках. Они доставляют элементы крепи к забою, обеспечивают подъем и удержание верхняков и стоек, а также выполняют функции временной предохранительной крепи в период уборки горной массы.
Более совершенные конструкции, такие как крепеустановщик КПУ-2, обладают большей универсальностью и могут производить погрузочно-разгрузочные работы с параллельных путей. Однако общим недостатком многих моделей остается ограниченная маневренность и отсутствие возможности поворота захвата в горизонтальной плоскости, что сужает фронт работ.
Перспективным направлением развития крепеустановщиков является создание стреловидных манипуляторов кранового типа с высокой степенью подвижности. Такие устройства, способные поворачиваться вокруг продольной оси на угол до 180 градусов и осуществлять дуговые перемещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях, позволяют механизировать не только установку крепи, но и широкий спектр вспомогательных работ.
Все более широкое распространение получает технология ресурсосберегающего крепления, при которой призабойная зона закрепляется анкерной крепью, возводимой с помощью бурильных установок, а постоянная рамная крепь устанавливается вслед за подвиганием забоя. Такой подход позволяет сократить время проходческого цикла и снизить общие затраты на проведение выработок.
Вспомогательное оборудование для инфраструктурных работ
Кроме перечисленных машин, в комплекс вспомогательного оборудования входят средства для монтажа и обслуживания транспортных коммуникаций. Стационарные и подвесные лебедки используются для перемещения тяжелых грузов в монтажных камерах и на уклонах. Монорельсовые дороги с дизельным или электрическим приводом позволяют доставлять длинномерные материалы (рельсы, трубы, секции крепи) непосредственно к забоям.
Армировка шахтных стволов, включающая коробчатые или канатные проводники, опорные ярусы, площадки обслуживания, обеспечивает направленное и безопасное движение подъемных сосудов. Для геологически стабильных стволов применяются канатные проводники, а в сложных условиях используются коробчатые проводники, по которым подъемные сосуды перемещаются на амортизирующих роликах с низким уровнем вибрации.
Станки для навески труб и кабелей, шахтные краны для такелажных работ, устройства для поддирки почвы и укладки рельсов — все эти механизмы, хотя и не участвуют непосредственно в добыче полезного ископаемого, создают необходимые условия для бесперебойной и безопасной работы основных производственных комплексов.
Таким образом, дробильно-сортировочное и вспомогательное оборудование образуют ту инфраструктурную основу, без которой невозможно эффективное функционирование современного горнодобывающего предприятия. От его надежности и производительности зависят не только технико-экономические показатели, но и безопасность ведения горных работ в целом.
Заключение
Современное горно-шахтное оборудование представляет собой высокотехнологичный комплекс, каждый элемент которого выполняет строго определенную функцию в единой технологической цепочке добычи полезных ископаемых. От правильного выбора типа машин и их рационального сочетания зависят не только технико-экономические показатели рудника или шахты, но и безопасность ведения горных работ. Понимание классификации и сфер применения различных видов техники является необходимым условием для эффективного управления горным производством и его устойчивого развития.
