2.1.4. Анализ технического уровня отечественных и зарубежных

проходческих комбайнов

Современные проходческие комбайны выпускаются двух типов: бурового и избирательного действия. Наиболее широко из них применяются комбайны избирательного действия на гусеничном ходу. Основные преимущества таких комбайнов это:

• Мобильность;

• Меньшие габариты и вес;

• Возможность селективной выемки полезного ископаемого;

• Широкий диапазон работы по мощности пласта (от 1 до 6 м).

Нами выполнен анализ литературных источников по опыту использования таких комбайнов [48]. Следует отметить, что в источниках приводятся в основном технические характеристики комбайнов и некоторые показатели производительности (скорость и объем проходки) очень мало информации дается о показателях прочности разрушаемой комбайном горной породы и практически отсутствуют сведения о расходе режущих инструментов.

Верхний предел прочности разрушаемых пород – один из важных показателей, характеризующих технический уровень проходческих комбайнов. В табл. 2.8 приводятся верхний предел прочности пород и номинальная мощность электродвигателя исполнительного органа отечественных и зарубежных комбайнов.

Таблица 2.8

Верхний предел прочности пород и номинальная мощность электродвигателя исполнительного органа отечественных и зарубежных комбайнов [49]

Типо-размер	Комбайн	Фирма, страна	Верхний предел прочности пород, МПа	Номинальная мощность электродвигателя исполнительного органа, кВт
1	1ГПКС F6-HKF F8-I S50 АМ-50	Россия Венгрия Венгрия «Mitsui Miike», Япония Украина	70 50 60 40 80	75 30 70 50 155
2	КП-21 П-110 МК-2В RH-25 RH-20 АМ-65 F8-2 S100 S125	Россия Украина «Dosko»,Великобритания «Anderson Strathclyde», Великобритания Великобритания «Voest Alpine», Австрия Венгрия «Mitsui Miike», Япония «Mitsui Miike», Япония	80 90 70 100 80 60 породы средней крепости	120 82 82 112 132 110 100 75 (125)
3	КСП-32 П-160 П-220 АМ-75 STM 160 WAV170 LH 1300 RH I/4 К-160 S90	Украина Украина Украина «Voest Alpine», Австрия «Saizgitter», ФРГ «Westfalia Lunen», ФРГ «Dosko»,Великобритания «Anderson Strathclyde», Великобритания «Комаг», Польша «Mitsui Miike», Япония	100 100 100 100 100 100 80 110 110 для слабых пород	110 160 160 160 160 200 142 112 160 90
4	КСП-42 АМ-105 RH 90 WAV200 WAV300 STM 200	Украина «Voest Alpine», Австрия «Anderson Strathclyde», Великобритания «Westfalia Lunen», ФРГ «Westfalia Lunen», ФРГ «Saizgitter», ФРГ	120 120 150 100 100 120	200 200 150 200 300 200

Из этого следует, отметить, что у большинства комбайнов верхний предел прочности пород находится в пределах 60-100 МПа и лишь у отдельных типов зарубежных комбайнов 4-типоразмера составляет 120-150 МПа.

Для определения перспективных показателей возможного предела разрушаемых пород установлена зависимость между номинальной мощностью электродвигателя исполнительного органа и прочностью пород на основании технических данных 33 зарубежных и отечественных комбайнов. (Рис.4)

Рис. 4. Зависимость между мощностью электродвигателя исполнительного органа и прочностью пород

Из анализа этой зависимости следует, что в пределах корреляционного поля при фактической мощности электродвигателей исполнительных органов серийно изготавливаемых и опытных образцов отечественных комбайнов имеется потенциальная возможность увеличения предела прочности разрушаемых пород во всех типоразмерах комбайнов. Кроме того это возможно без увеличения мощности исполнительных органов, который составит по типоразмерам соответственно: 75, 90, 110 и 120 МПа при условии применения соответствующего режущего инструмента [49].

Опыт эксплуатации, результаты испытаний и проведенные научно-исследовательские работы подтверждают, что применение комбайнов с исполнительными органами, оснащенные существующим режущим инструментом, по породам прочностью σ_сж≥100 МПа экономически неоправданно из-за высокой их производительности и значительного расхода резцов. Особенно при работе по сплошному забою. А создание отечественных резцов для σ_сж≥120 МПа является пока проблематичным.

Исходя из зарубежного опыта, следует отметить, что при проведении горных выработок по породам прочностью σ_сж≥120 МПа в ряде стран отдается предпочтение проходческим комбайнам и комплексам роторного (бурового) типа, разработанным фирмами Германии, США, Великобритании. Что обеспечивает сплошную обработку забоя с высоким экономическим эффектом при определенной (2-3 км) протяженности выработки. Существенные начальные затраты, связанные с высокой их стоимостью, впоследствии окупаются.

Зависимость производительности комбайнов от прочности пород приведена на рис. 5.

Рис. 5. Зависимость производительности некоторых комбайнов

от прочности пород

Характер зависимости и общие тенденции позволяют проследить резкое снижение производительности с 3,2 до 0,25 м³/мин в интервале прочности пород 25-60 МПа и дальнейшее его уменьшение по мере приближения к значениям предельной прочности разрушаемых пород. Из графика видно, что отечественные комбайны имеют наиболее высокие значения по данному параметру.

Номинальная мощность двигателя исполнительного органа, характеризующая энерговооруженность проходческого комбайна, имеет тенденцию к постоянному росту. Объясняется это практической необходимостью разрушения более прочных пород при наличии соответствующего горно-режущего инструмента и создания надежного запаса прочности конструкции Динамика роста мощности электродвигателя исполнительного органа отечественных комбайнов и стран СНГ приведена в табл. 2.9 [49].

Таблица 2.9

Мощность электродвигателя исполнительного органа отечественных

комбайнов и стран СНГ

Типо-размер	Мощность электродвигателя исполнительного органа, кВт
	32	45	55	75	100	120	160	200
1			ГПКС	1ГПКС
2						КП-21

Сравнение этих комбайнов (таблицы 2.7 и 2.8) говорит о том, что:

• в комбайнах 1-типоразмера энерговооруженность исполнительного органа находится примерно на одном уровне;

• в комбайнах 2-типоразмера мощность электродвигателя исполнительного органа КП-25 выше зарубежных аналогов фирм Великобритании, Германии, Японии, Венгрии. Но имеются комбайны типа АМ 65 и WAV 130, мощность двигателя которых несколько выше, чем у КП-21;

• в комбайнах 3-типоразмера некоторые зарубежные комбайны имеют мощность 90-100 кВт, что ниже, чем у комбайна 4ПП-2, а комбайн П-160 находится на уровне зарубежных и уступает лишь комбайну WAV 170;

• в комбайнах 4-типоразмера диапазон мощностей электродвигателей находится в пределах 150-300 кВт, причем более 30% рассмотренных комбайнов имеют мощность более 200 кВт, которая превышает показатель комбайна П-220.

Одним из главных параметров комбайнов, влияющих на возможность разрушения пород резцовым инструментом, является окружное усилие, создаваемое электродвигателем на резцовой коронке.

Окружное усилие на коронке массы комбайнов приводятся в табл. 2.10.

Таблица 2.10

Окружное усилие на коронке

Комбайн	Фирма, страна	Окружное усилие на коронке, т	Масса,т	Мощность привода исполнительного органа, кВт
ГПКС S65 AM-50 RH 25 MRH S STM 100 МД 1000 КП-21 АМ-65 RH 22 S90 MK 2B E 195 E 169 RH3J STM 160 КСП 32 АМ-75 RH7J S200 E 134 КСП-42 МК 3 АМ-100 Е 200	Россия «Mitsui Miike», Япония «Voest Alpine», Австрия «Anderson Strathclyde», Великоб «Mitsui Miike», Япония «Salzgitter», Германия «Dosko», Великобритания Россия «Voest Alpine», Австрия «Anderson Strathclyde», Великоб «Mitsui Miike», Япония «Dosko», Великобритания «Paurat», Германия «Paurat», Германия «Nihon Koki», Япония «Salzgitter», Германия Россия «Voest Alpine», Австрия «Nihon Koki», Япония «Mitsui Miike», Япония «Paurat», Германия Россия «Dosko», Великобритания «Voest Alpine», Австрия «Paurat», Германия	3,54 3,8 3,5 4,5 5,65 3,2 2,2 6,0 4,8 10,2 3,4 7,65 5,5 5,5 7,2 6,25 8,0 5,45 10 9,3 9,05 12,27 14 8,5 19	20,0 20,0 24,5 25,4 27 28 30 30 32 37-40 40 41 43 44 45 45 45-48 48 50 50 70 75 83 84 110	55 65 100 82 100 100 120 120 132 112 100/70 82 170 140 90 160 120 160 132 200/110 115/230 200 142 250 175/350

Из анализа зарубежных и отечественных моделей следует отметить, что у комбайнов фирм «Voest Alpine» и «Salzgitter» окружные усилия на коронках значительно ниже, чем у комбайнов других зарубежных фирм и российских при близких по значению мощности двигателя исполнительного органа и массе. Что позволяет усомниться в возможности реализации указанных в проспектах величин предельной прочности разрушаемых пород.

Сравнительный анализ весовых характеристик показывает, что по массе отечественные комбайны менее металлоемки: 1-го типоразмера – 12,5-20 т (ср. 16,2 т) против 11-24 т (ср. 16,8 т) у зарубежных; 2-го типоразмера – 30 т против 24-37,9 т (ср. 30 т); 3-го типоразмера - 45-48 т (ср. 46,5 т) против 40-66 т (ср. 50,8 т); 4-типоразмера – 75 т против 70-110 т (ср.85 т).

Угол наклона проводимой выработки – один из основных показателей, характеризующих область применения комбайнов. Из сравнения этого показателя следует:

• для отечественных комбайнов он не превышает ±10-12^○ (КП-21) и +25- -20^○ при работе с удерживающими средствами (1ГПКС);

• для зарубежных комбайнов (по результатам анализа 30 комбайнов 6 стран) угол ±12-18^○ предусмотрен в 67% комбайнов и ±20-25^○ в 33% с применением распорных устройств. Преобладают углы наклона 14^○ (8 комбайнов), 18^○ (5 комбайнов) и 20^○ (6 комбайнов).

Критерием оценки технического уровня комбайна является и наличие средств механизации вспомогательных процессов, обеспечивающих сокращение трудоемкости ручных операций проходческого цикла. К ним относятся средства механизации возведения крепи; средства автоматизации, программного управления, диагностики, контроля; устройства, контролирующие направления выработки; приспособления, обеспечивающие установку навесного бурильного оборудования для бурения шпуров по забою и под анкеры.

В зарубежной практике решению этих вопросов уделяется повышенное внимание. Большинство комбайнов фирм ведущих стран оснащаются подъемниками верхняков, так же как и отечественные комбайны КП-21, 1ГПКС. Фирмы Австрии, Германии, Японии поставляют оборудование для бурения шпуров под анкеры по заказу потребителей. Комбайны 1ГПКС, КП-21, П-160, П-220, КСП-32 и КСП-42 также оснащены крепеподъемниками и средствами автоматизации управления и устройствами контроля направления выработки.

Анализ технического уровня отечественных и зарубежных аналогов проходческих комбайнов позволяет сделать следующие основные выводы [49].

1. Основным видом техники для проведения горных выработок по породам с предельной прочностью σ_сж до 100 МПа в мировой практике по-прежнему остаются комбайны со стреловидным исполнительным органом, традиционной схемой и компоновкой, но постоянно улучшающимися основными параметрами – увеличение предела прочности и мощности электродвигателя исполнительного органа;

2. Верхний предел мощности разрушаемых пород у большинства отечественных комбайнов находится на уровне зарубежных образцов;

3. По массе отечественные комбайны менее металлоемки;

4. При сравнении параметров комбайнов должны учитываться не только масса и мощность привода исполнительного органа, но и усилие, создаваемое на коронке;

5. По номинальной мощности электродвигателя исполнительного органа отечественные комбайны 1 – го типоразмера превосходят зарубежные аналоги (40-75 кВт против 30-70); комбайны 2 – го типоразмера КП-21 незначительно уступает комбайнам фирм «Voest Alpine», «Westfalia Lunen», «Mitsui» (125-143 кВт), составляющих 22% от рассмотренных; комбайны КСП-32 (3 – го типоразмера) КСП-42 (4 – го типоразмера) не соответствует ряду зарубежных аналогов, имеющих соответственно мощность 112-200 и 220-300 кВт;

6. Зарубежные фирмы уделяют повышенное внимание к средствам механизации вспомогательных процессов, эффективности средств пылеподавления, уровню шума и вибрации, эргономике, ремонтопригодности, унификации, надежности и качеству, обеспечению конкурентоспособности на мировом рынке.