§ 88. МЕХАНИЗИРОВАННЫЕ ЩИТЫ И АГРЕГАТЫ ДЛЯ ПРОХОДКИ В КРЕПКИХ ПОРОДАХ (ч. 2)
Другое конструктивное решение проходческой машины для крепких пород (Rпр = 1000 кгс/см2) основано на компоновке трех основных элементов — рабочего органа, внутренней рамы, наружной рамы (рис. 304).
Рабочий орган (D = 6,0÷6,35 и 6,5 м) через главный подшипник опирается на наружную раму. Пять электродвигателей 6 мощностью по 200 л. с, закрепленных на наружной раме, передают крутящий момент на зубчатое колесо привода рабочего органа, вращающегося со скоростью 3,5—5 об/мин.
Головная часть машины 1 оснащена 44 роликовыми конусообразными ножами с двумя — четырьмя зубчатыми дисками, 12 ковшами 2 для подъема и перегрузки на транспортер и устройством для отсоса пыли 3.
Основой конструкции машины служат внутренняя неподвижная при бурении и распираемая в стены тоннеля рама и наружная рама, несущая рабочий орган и скользящая во время проходки по внутренней раме. Распор внутренней рамы осуществляется посредством восьми башмаков 5 гидравлическими домкратами, расположенными по четыре на переднем и заднем концах рамы.
Наружная рама при помощи четырех 150-тонных гидравлических домкратов 10, опирающихся на внутреннюю раму, оказывает давление на забой. Рама имеет четыре опорные плиты 9 с гидравлическими домкратами; на ней расположены кабина управления 7, экраны для улавливания луча лазера 4 и ленточный транспортер 5.
Проходка этой машиной происходит таким образом, что после бурения тоннеля наружную раму устанавливают на свои опорные плиты и распор внутренней рамы прекращается. Внутреннюю раму после этого подтягивают домкратами на 1,5 м сквозь неподвижную наружную раму и снова распирают. После оттягивания опорных плит наружной рамы машина снова готова к работе.
При помощи этой машины могут быть пройдены тоннели диаметром 6,05; 6,35 и 6,50 м. Изменение диаметра выполняют выпрямлением или складыванием шести держателей буровых инструментов, расположенных по периметру рабочего органа. По опубликованным данным, скорость проходки такой машиной составляет 16 пог. м/сутки.
В состав рабочих органов некоторых машин входят вращающиеся резцы и шарошки. Одна из таких машин (ФРГ) имеет 12 роликовых резцов-шарошек большого диаметра, помещенных на планшайбе диаметром 4 м (рис. 305). В центральной части последней эксцентрически расположены две буровые головки, оснащенные девятью или десятью роликовыми резцами каждая.
Эти резцы вращаются вокруг собственных осей, а также вместе с буровой головкой и планшайбой. В результате этого они осуществляют сложное движение — по циклоиде.
Разрабатываемую породу поднимают ковшовыми устройствами, закрепленными на планшайбе, и перегружают через транспортер в вагонетки.
Поступательное перемещение всей машины и восприятие усилий подачи осуществляют при помощи распорных устройств и домкратов. Усилие подачи в машинах с вращающимися шарошками должно быть значительным, так как требуется измельчение скальных пород с прочностью Rпр < 1800 кгс/см2
В современных проходческих машинах предусматривают применение принципа крупного скола.
По этому принципу, в частности работают машины Роббинса (США), предназначенные для проходки в крепких и средних породах. На лобовой планшайбе, вращающейся со скоростью 5—10 об/мин, расположены с разными углами наклона осей дисковые резцы диаметром 150—160 см (рис. 306).
Двигатели и домкраты для подачи планшайбы смонтированы на опорной раме машины. Крутящий момент от вращения планшайбы и реакцию от домкратов подачи воспринимают гидравлические домкраты, опирающиеся через башмаки в боковые части тоннеля, а также поперечные ригели.
Всю машину подтягивают к планшайбе теми же домкратами подачи после снятия распора и поворачивают ее в горизонтальной и вертикальной плоскостях при помощи подвижных упоров. Разработанную породу поднимают ковшовыми устройствами, перегружают на головной ленточный конвейер и далее — на второй конвейер и в вагонетки. Устройства для установки элементов крепи помещают с тыловой стороны головной части машины.
Машина (рис. 307) имеет следующие параметры: мощность двигателей — до 1100 л.с, масса машины — до 225 т, усилие подачи — до 840 тс, скорость вращения планшайбы — до 10 об/мин. Машину обслуживают 2—5 чел. Производительность 0,6—3,5 пог. м/ч, или 6—25 м/смену.
Эти машины используют для проходки тоннелей диаметром до 11 м в породах прочностью Rпр = 1200÷1500 кгс/см2 и диаметром менее 7 м в породах прочностью 1800 кгс/см2.
Тоннелепроходческая машина Роббинса (рис. 308), предназначенная для механизированной проходки тоннелей диаметром 7,5—7,9 м в глинистых сланцах, состоит из двух главных частей — исполнительного органа и несущей конструкции. Передняя часть машины (см. рис. 308, а) расположена на опорном башмаке, скользящем по породе, а средняя — на двух передвижных рельсах тяжелого типа, передвигаемых на бетонных подкладках.
Всю машину передвигают вперед при помощи двух гидравлических домкратов, опирающихся на обделку. Исполнительный орган машины состоит из двух частей — внешней режущей головки с шестью периферическими лучами 1 и внутреннего диска с тремя лучевыми барами 2. Для уравновешения обе части вращаются в разные стороны. Скорость вращения диска 9—22 об/мин, а режущей головки 6—19 об/мин.
Главная особенность режущей части заключается в рациональном использовании двух принципов механического воздействия на породу — резания и скалывания.
Первоначальный вруб осуществляют резцами, образующими в забое зарубные концентрические круговые щели глубиной 150—200 мм. Суммарная поверхность этих врубовых щелей составляет всего лишь 10 % поверхности забоя. Затем вступают в работу дисковые скалыватели (см. рис. 308, б), которые разрушают целики породы между врубами на крупные куски. Разработанная порода падает вниз, а затем ее погружают на транспортер при помощи черпаков, вращающихся вместе с наружной режущей частью.
Установленная мощность режущего органа машины — 295 кВт, средняя скорость проходки в глинистых сланцах — 12,4 пог.м/смену. При выборе машины необходимо руководствоваться главным образом свойствами горной породы (вязкость, хрупкость, твердость, трещиноватость, прочность на сжатие и срез) и опытными данными.
Зарубежный опыт применения тоннелепроходческих машин показывает, что они экономичны при разработке пород прочностью до 1400—1800 кгс/см2. При проходке тоннелей в породах более высокой прочности (например, в таких, как гранит, гнейс, базальт) пока более экономичен буровзрывной способ. Чем больше длина тоннелей, тем эффективнее механизированная проходка по сравнению с немеханизированной.