niedziela, 22 lutego 2015

Maszyny do urabiania w górnictwie podziemnym

Wiertarki i Wozy wiertnicze
Wiertarka – maszyna do wiercenia otworów w skałach. Przemieszcza się razem z przewodem wiertniczym.
Wiertnica natomiast różni się sposobem posuwu. Posuw wykonuje wyłącznie przewód wiertniczy.
SPOSOBY WIERCENIA OTWORÓW W SKAŁACH:

- OBROTOWE – w celu zrealizowania wiercenia wiertarka musi spowodować, że poprzez przewód wiercący do narzędzia wiercącego jest przyłożony moment obrotowy, a narzędzie wiercące, dodatkowo jest dociskane do skały siłą, która jest na nie przeniesiona poprzez wiertarkę i przewód wiercący. W wyniku takiego oddziaływania na skałę, narzędzie przemieszcza się ruchem śrubowym powodując jej skrawanie. Prędkość skrawania, dla poszczególnych punktów ostrza jest różna i zmienia się w zależności od rozpatrywanego punktu przyłożenia na długości krawędzi skrawającej ostrza narzędzi. Prędkość ta przyjmuje wartości: od wartości zerowej w osi narzędzia do wartości max na obwodzie narzędzia. W miejscu kontaktu krawędzi ostrza narzędzia ze skałą i działania nacisków pochodzących od sił, powstaje strefa sprasowania, w której pory i mikroszczeliny skały zostają zamknięte i panuje tam wszechstronne ściskanie. Na skraju tej strefy powstają naprężenia rozciągające o kierunkach w przybliżeniu równoległych do powierzchni ograniczającej sprasowaną strefę. Pęknięcie skały bierze początek w miejscu najsłabszym i biegnie ku swobodnej powierzchni. W wyniku takiego oddziaływania naciskająca powierzchnia natarcia kruszy przed sobą spękaną skałę, która w postaci zwiercin zostaje usunięta z otworu.

- UDAROWE – wiertarka poprzez przewód wiercący oddziałuje na narzędzie wiercące w ten sposób, że zostanie do niego przyłożona dynamiczna zmienna w czasie siła, przerywany moment obrotowy i statyczna siła docisku, oddziałująca na wiertarkę, a poprzez nią na narzędzie wiercące.
Faza I: do ostrza narzędzia przyłożone są równocześnie dwie siły: osiowa siła docisku i okresowo działająca dynamiczna siła pochodząca od mechanizmu udarowego. W wyniku takiego działania wymienionych sił, ostrze narzędzia naciska na powierzchnię skały powodując jej ugięcie i powstanie naprężeń powierzchniowych
Faza II: pod ostrzem narzędzia, w wyniku oddziaływania obciążenia statycznego i dynamicznego, następuje zagęszczenie skały, co powoduje odkształcenie skały, w wyniku którego powstaje strefa sprasowania, wokół którego powstaje pole naprężeń. W wyniku powstającego pola skała wchodzi w fazę III.
Faza III: powstają w niej pęknięcia skały i jej kruszenie na dnie wierconego otworu. Ciągłe usuwanie okruchów skalnych z dna wierconego otworu i ustanie oddziaływania dynamicznej siły powoduje przejście w fazę IV.
Faza IV: narzędzie dociskane jest do powstałego wrębu jedynie osiową siłą docisku. Po ustaniu działania siły dynamicznej zaczyna się faza V.
Faza V: gdy na narzędzie zaczyna oddziaływać moment obrotowy, w wyniku czego można uznać, że do narzędzia przyłożona jest para sił i osiowa siła docisku. Rozpoczyna się faza VI.
Faza VI: następuje obrót ostrza narzędzia o kąt fi. Wykonywany obrót przy równoczesnym nieprzerwanym działaniu osiowej siły docisku powoduje, że ostrze narzędzia trze o boczną powierzchnię powstałego krateru wywołując siłę tarcia. Takie  oddziaływanie powoduje podnoszenie ostrza na powierzchnię skały. Po wysunięciu się ostrza narzędzia z krateru rozpoczyna się faza VII.
Faza VII: ostrze narzędzia przemieszcza się na powierzchnię skały o przykładowy kąt fi i tak długo się przemieszcza, aż uzyska założony kąt obrotu, tzw., kąt przestawienia, któremu odpowiada długość łuku na obwodzie koronki i narzędzie osiągnie fazę wyjściową VIII.
Faza VIII: od tej fazy zjawisko się powtarza, aż ostrze nie wykona jednego pełnego obrotu, a na dnie wierconego otworu nie zostanie usunięta objętość skały. W procesie udarowym nie występuje zjawisko skrawania lecz jedynie zjawisko tarcia ostrza po pochyłej części wykonanego wrębu i powierzchni dna otworu w trakcie przemieszczania o kąt fi.

OBROTOWO-UDAROWE – należy stworzyć takie warunki, że do narzędzia wiercącego poprzez przewód wiercący zostanie przyłożony ciągły moment obrotowy i dynamiczna zmienna w czasie siła, a narzędzie będzie dociskane do skały poprzez wiertarkę i przewód wiercący z osiową siłą. Narzędzia o asymetrycznym ostrzu swoją powierzchnią natarcia, rozpoczyna wiercenie poprzez skrawanie. W fazie I i II narzędzie skrawa skałę jak przy wierceniu obrotowym , lecz strefa sprasowania przed ostrzem ma znacznie większy zasięg.
Rys.4. Model fizyczny wiercenia sposobem obrotowo-udarowym
WIERTARKI OBROTOWE
Służą do wiercenia otworów strzałowych w węglu, skałach miękkich i średnio twardych. Wytwarzają niewiele pyłu węglowego.
Podstawowe jej elementy to umieszczone  w korpusie silnik i reduktor. Do napędu stosowane są silniki: pneumatyczne, elektryczne lub hydrauliczne.
Silniki pneumatyczne znajdują obecnie małe zastosowanie (mała sprawność ogólna, bardzo sztywna charakterystyka ruchowa). Jednak reakcja od momentu obrotowego nie przenosi się na obudowę  to (ma to szczególne znaczenie podczas wiercenia ręcznego)
Silniki elektryczne asynchroniczne mają korzystne cechy ze względu na przeciążalność.
Zaletą silników hydraulicznych jest możliwość uzyskania bezstopniowego sterowania prędkością obrotową narzędzi wiercących. Wadą jest wysoki koszt.

Rodzaje wiertarek:
- ręczne – do 20kg – stanowią wyposażenie układów przenośnych i używane są do wiercenia otworów pełno średnicowych o dł. Do 2m i średnicy otworu do 38 mm;
- ciężkie – powyżej 20kg – stanowią wyposażenie wozów wiertniczych i stosowane są do wiercenia otworów pełno średnicowych o dł. 6 m i średnicy do 60 mm.

WIERTARKI UDAROWE
Są wykorzystywane do wiercenia w skałach trudno urabialnych. Współpracują z urządzeniami do podtrzymywania i przemieszczania osiowego maszyny wraz z przewodem wiercącym i narzędziem.
Bijak poruszany energią powietrza sprężonego uderza w koniec uchwytu wiertła. Sprężone powietrze sterowane jest za pomocą rozrządu, który sterując strugą powietrza kieruje je do przedniej lub tylnej części cylindra. W czasie ruchu powrotnego bijaka wiertło zostaje samoczynnie obrócone o niewielki kąt w stosunku do poprzedniego położenia, co umożliwia odpryskiwane cząsteczek kamienia i nadaje otworowi okrągły kształt.
Najbardziej rozpowszechnione są wiertarki pneumatyczne.
Wiertarki udarowe posiadają obracało (w celu zrealizowania przerywanego momentu obrotowego).
Ogólnie można wyróżnić dwa odrębne człony, które są ze sobą mechanicznie sprzężone:
- człon realizujący ruch tłoka z bijakiem
-człon realizujący obrót narzędzia wiercącego

WIERTARKI OBROTOWO-UDAROWE
Stosowane są do wiercenia otworów strzałowych i kotwowych  w skałach średnio zwięzłych takich jak: piaskowiec, dolomity itp., które zalegają w przodkach.
Budowane są jako wiertarki pneumatyczne lub hydrauliczne.
Można w wiertarce obrotowo-udarowej wyróżnić 2 odrębne zespoły:
- zespół do realizowania uderzenia – stanowi go klasyczny silnik liniowy pneumatyczny z rozrządem zaworowym
- zespół do realizowania niezależnych obrotów z ciągłym momentem obrotowym
Zastosowano tu rozwiązanie zespołu obracania żerdzi, które pozwala na niezależne od uderzenia obracanie żerdzi w procesie wiercenia.
Odmienną zasadę działania mają wiertarki o napędzie hydraulicznym.
WOZY WIERTNICZE
Stosowane są do mechanicznego podtrzymania masy ciężkich wiertarek i nadania im mechanicznej prędkości posuwu. Są stosowane w przypadkach, gdy należy odwiercać dużą liczbę otworów o znacznej długości (do 6m) z postępem wiercenia przekraczającym kilkakrotnie postępy jakie można uzyskać stosując wiercenie ręczne lub z podpór przy użyciu lekkich wiertarek ręcznych, pneumatycznych lub elektrycznych. Zaletą wozów wiertniczych jest możliwość wykorzystania ich do zabudowania na nich ciężkich wiertarek o napędzie hydraulicznym pozwalające na znaczne zwiększenie postępu wiercenia oraz możliwości szybkiego przemieszczenia wiertarki lub wiertarek na inne stanowisko pracy. Nowoczesne wozy wiertnicze charakteryzuje modułowa budowa, która pozwala na szybkie dostosowanie ich do zmieniających się warunków i wymagań eksploatacyjnych.

KOMBAJNY CHODNIKOWE
Kombajn chodnikowy – wszystkie maszyny zespołowe do wykonywania wąskich wyrobisk typu korytarzowego, niezależnie od konstrukcji i sposobu pracy.
Podział ze względu na wytrzymałość urabianej skały:
- kombajny dla węgla i skał o wytrzymałości do około 120 MPa – skał najczęściej towarzyszących pokładom węgla (najlepsza metodą jest tu metoda skrawania)
- kombajny dla skał o wytrzymałości powyżej 120 MPa - (często zwane są kombajnami tunelowymi, są to maszyny bardzo ciężkie i kosztowne, o ograniczonym zastosowaniu; odstąpiono tu od skrawania skały, zastępując metodą kruszenia skały krążkami, tarczami, gryzami).

Podział kombajnów do węgli miękkich skał ze względu na sposób i kształt wykonywanego wyrobiska:
- urabiające pełnym przekrojem - wykonują wyrobiska o przekroju okrągłym lub owalnym. Organ urabiający pokrywa całą powierzchnię przodku i urabia go jednocześnie przy stałym docisku i posuwie maszyny do przodka .
- urabiające przekrój wyrobiska częściami - wyposażone są w małe organy urabiające, które mają stosunkowo dużą swobodę ruchów. W czasie urabiania kombajn stoi w przodku, a organ prowadzony po powierzchni przodka urabia go pasami szerokości głowicy, przy czym sposób kierowania ruchami organu warunkuje kształt wykonywanego wyrobiska. Należą tu np. kombajny łańcuchowe przeznaczone do wykonywania chodników prostokątnych w pokładach węgla.
W kombajnach tarczowych lub bębnowych organ urabiający, w postaci tarcz uzbrojonych nożami, umieszczony jest na ramieniu wysięgnikowym. Ramię wykonuje ruchy w płaszczyźnie pionowej, a tarcze niezależnie od ruchu obrotowego wykonują oscylacyjne ruchy w płaszczyźnie poziomej.
Kombajny o małym organie urabiającym w postaci kuli, stożka lub dwóch półkul umieszczone są na ramieniu wysięgnikowym. Ruchy organu urabiającego w płaszczyźnie pionowej i poziomej pozwalają na wykonanie chodnika na dowolnym kształcie oraz oddzielne wybieranie węgla i kamienia.
Podział ze względu na masę:
- lekkie – do 30t – przeznaczone do wykonywania wyrobisk w węglu i w skałach o wytrzymałości do 60Mpa
- średnie – do 45t – przeznaczone do urabiania skał o wytrzymałości od 80 do 100Mpa
- ciężkie – ponad 45t – do urabiania skał o wytrzymałości ponad 100 do 120 Mpa

KOMBAJN CHODNIKOWY AM-50
Jest przeznaczony do drążenia chodników w węglach i skałach o wytrzymałości na ściskanie do 60Mpa, przy czym skały o wytrzymałości powyżej 60Mpa mogą być również efektywnie urabiane, jednak tylko w przypadku ich dobrej urabialności.
Jest przeznaczony do drążenia chodników o przekroju do 16,4m2. Umożliwia także wykonanie przekroju chodnika dowolnego kształtu.

Praca kombajnu: pierwszą czynnością po uruchomieniu kombajnu jest wykonanie wcięcia głowicy w czoło przodka. W zależności od warunków górniczych wykonuje się je przy spągu lub przy stropie. Obracająca się głowica urabiająca wcina się w caliznę przez ruch gąsienic do przodu. W czasie wcinania należy wykonać głowicą ruchy poziome w celu wykonania włomu na przekładnię napędu głowic. Stół ładowarki powinien opierać się o spąg.
Po wcięciu kombajn należy podeprzeć stopą stabilizującą, tak aby tylna część gąsienic nie straciła kontaktu ze spągiem. Gdy już kombajn spoczywa na spągu i jednocześnie podparty jest przednią krawędzią stołu załadowczego i łapą stabilizującą, można przystąpić do urabiania.
Kierunek ruchu organu w przodku zależy o doświadczenia operatora. Nie można dopuścić do przeciążenia kombajnu.

1 komentarz:

  1. Maszyny są przydatne w momencie gdy są w pełni sprawne do pracy. Tyczy to się każdego rodzaju maszyny, od budowlanych po górnicze właśnie. Jeśli awarii ulegnie element hydrauliki siłowej to można się zgłosić do serwisu Banat. Jak zobaczycie na https://banat.pl/naprawa-regeneracja/regeneracja-silnikow-hydraulicznych/ to zajmują się między innymi regeneracją silników hydraulicznych. Poza nimi naprawiają też na pewno pompy hydrauliczne czy siłowniki.

    OdpowiedzUsuń