 |
Тема: «Проходческие щитовые комплексы»
|
|
|
|
Щитовые проходческие комплексы предназначены для проведения коллекторов, тоннелей и других горных выработок в слабых грунтах и породах, требующих частичного или сплошного временного крепления выработок.
Щитовой проходческий комплекс (ЩПК) состоит из проходческого щита и вспомогательного оборудования.
Проходческий щит – передвижная металлическая оболочка (временная крепь), под защитой которой осуществляется разрушение (выемка) и погрузка породы в зоне проходческого забоя, размещается призабойный транспорт и возводится постоянная крепь (обделка).
Рис. 47 Общий вид частично механизированного проходческого щитового комплекса
Впервые проходческий щит применил в Великобритании при проходке тоннеле под рекой Темза в 1825 году инженер М.И. Брюнел. По некоторым данным в нашей стране проходческие щиты стали применять с 1932 года.
Но по данным метростроя впервые в СССР опытный механизированный щит был применён в 1949 году на строительстве Кольцевой линии в Москве для проходки тоннеля на участке «Киевская» – «Парк Культуры». Широкое применение механизированных щитов началось со второй половины 50-х годов на Рижском радиусе (механизированный щит так называемой московской конструкции), в Ленинграде по всей трассе (т.н. ленинградский щит) и в Киеве (соответственно, киевский щит). Разная конструкция щитовых комплексов обуславливалась разными грунтами: в Москве – «бутерброд» из известняков/юрских глин/сухих супесей и суглинков, в Петербурге – плотные сухие кембрийские глины, в Киеве – мягкие пластичные глины.
Рис. 48 Общий вид механизированного проходческого щитового комплекса
Щитовые проходческие комплексы работают циклически и последовательно при этом осуществляют следующие операции:
|
|
|
- разрушение горной породы;
- уборку разрушенной породы;
- передвижку щитового комплекса (т.н. щитовыми домкратами);
- возведение постоянной крепи выработки.
К вспомогательному оборудованию щитового проходческого комплекса относится:
- перегружатель для погрузки разрушенной породы;
- транспортные средства для транспортировки породы (конвейер, вагонетка, ПДМ);
- машины и оборудование для подачи крепежных и вспомогательных материалов;
- устройства для разминовки вагонеток и платформ в пределах комплекса;
- оборудование гидростанции и насосов водоотлива для нагнетания раствора за крепь (обделку).
Все вспомогательное оборудование расположено на платформах, находящихся под защитой щитовой оболочки и передвигается вместе со щитом.
ЩПК классифицируются:
1. По области применения
- для проведения выработок в неустойчивых грунтах или плывунах с гидростатическим давлением (тоннели);
- для проведения капитальных выработок в устойчивых песчано-глинистых и других грунтах с f =0,5 ÷ 3.
2. По оснащенности
- частично механизированные (с применением БВР);
- механизированные.
3. По принципу действия исполнительного органа (и.о.)
- избирательным и.о., подобный и.о. проходческого комбайна «ПК-7»;
- роторным и.о.;
- планетарный и.о., подобный и.о. проходческого комбайна «Караганда»;
- качающийся и.о.;
- экскаваторный и.о..
4. По форме поперечного сечения щита:
- круглое;
- эллиптическое;
- прямоугольное.
5. Способу разрушения забоя:
- резанием;
- скалыванием;
- вдавливанием.
6. По способу погрузки породы:
- ковшовые;
- лопастные;
- шнековые;
- нагребающими лапами;
- комбинированные.
7. По виду привода:
- электрические (асинхронные и постоянного тока);
- гидромоторы;
- гидродомкраты («Канвелд» США, «Баде-Хольцман» Германия для качающихся и.о.).
|
|
|
В состав оборудования проходческого щитового комплекса (проходческого щита) входят:
- исполнительный орган;
- погрузочное оборудование;
- корпус (оболочка);
- системы управления;
- оборудование для сооружения сборной железобетонной обделки;
- оборудование для сооружения обделки методом пресс-бетона.
Корпус щитового проходческого комплекса состоит из:
- ножевого кольца для защиты призабойного пространства от обрушенных пород, которое так же служит для срезания пород во время передвижки щита;
- оболочек, состоящих из стальных листов толщиной 30-40мм, соединенных накладками. Оболочка может быть прикреплена к опорному кольцу, образуя хвостовую часть, под защитой которого возводят постоянную крепь;
- вертикальных и горизонтальных перегородок, расположенных в оболочке и служащих для увеличения жесткости, а так же для разделения сечения щита на отдельные перегородки, где можно размещать оборудование по функциональному назначению;
- опорного кольца, которое является несущим элементом и воспринимает горное давление и вес самого щита со вспомогательным оборудованием. Опорное кольцо состоит из нескольких стальных сегментов, в которых по периметру установлены гидродомкраты диаметром 126-300 мм (т.н. щитовые домкраты) для перемещения щита;
- выдвижных платформ;
- защитного листа;
- гидравлического оборудования (домкратов передвижки).
Передвижка проходческого щита происходит двумя способами:
1. с помощью гидродомкратов, упирающихся в торцовую поверхность сборной или монолитной кольцевой крепи;
2. с помощью гидродомкратов, упирающихся в специальное распорное устройство.
Подумайте, какой из представленных способов передвижки лучше, ответ аргументируйте.
Надо помнить, что речь идет о передвижке в неустойчивых породах или плывунах. Поэтому первый вид, передвижки прост и надежен, имеет достаточно высокую скорость. Второй может привести с неравномерности нагрузок на крепь и привести к ее повреждениям.
Следует заметить, что на скорость проходки так же влияют размер сечения, вид исполнительного органа и горно-геологические условия.
В современных проходческих щитовых комплексах используется автоматизированная передвижка по лазерному лучу с использованием бортовых ПК и микропроцессоров. Исправление положения щита в горизонтальной и вертикальной плоскостях производится подключением или отключением определенного числа домкратов. Домкраты регулировки крепятся к вертикальным перегородкам и к опорному кольцу и имеют меньший, чем у домкратов передвижения диаметр, от 80до 130 мм.
|
|
|
Перемещение щита осуществляют по мере продвижения забоя. Как только щит продвигают на расстояние равное ширине кольца отделки, начинают возводить очередную крепь, кольцо.
Рис. 49 Установка тюбинга в проектное положение
Таким образом, цикл работы проходческого механизированного комплекса включает:
- разрушение породы, то, что мы обычно, называем проходкой;
- транспортировку (выемку) разрушенной породы;
- передвижку щита;
- возведение крепи (обделки).
Как вы понимаете для возведения крепи (обделки) используют специальное оборудование – блокоукладчик или тюингоукладчик.
Ниже на рисунке приведен пример установки тюбинга с помощью специальной техники (рис. 49).
Исполнительные органы ЩПК, как проходческих комбайнов имеют различные конструкции.
Рис. 50 Исполнительный орган ЩПК «Loval»
Например, в неоднородных песчаных грунтах применяют экскаваторный ИО. В скальных породах до f=8 – ротационные исполнительные органы (Рис. 50). На рисунке представлен снимок, сделанный при проходке тоннеля Бутовской линии метро в Москве. В сухих и плотных суглинках и глинах – планетарные ИО. Например, Московский проходческий щит 105М проходит выработки сечением от 2 до 7.5 м. В зависимости от вида рабочего инструмента, например с пластинчатыми резцами, работают в породах, с f=0,5-12, а со стержневыми резцами в породах с f=5-6. У японской фирмы «Мицубиси» исполнительные органы ЩПК вертикально-овального сечения. Первый образец щитовой машины вертикально-овального сечения, имеющей высоту 4660мм и ширину 3160 мм, работающей с применением грунтовой пригрузки (см. ниже) был применен в 1992 году в г. Токио. В рассмотренных машинах использовались ИО различной конструкции, но все они бурового, непрерывного действия.
|
|
|
Кроме исполнительных органов бурового действия в ЩПК применяются так же ИО избирательного действия. Щиты с ИО. избирательного действия, с так же, как комбайн «ПК-7», могут проводить сечения различной формы. Кроме того, они могут разрабатывать слои забоя в любом порядке, что важно при работе на неустойчивых породах. При работе с этим типом ИО. легко менять РИ., уменьшается расход энергии. И еще – отсутствует реактивный момент, характерный для ИО бурового действия. Но есть особые требования применения щитов с исполнительным органом избирательного действия – забой должен быть устойчивым с крепость пород f≤6.
Для работы в неустойчивых водоносных породах применяют проходческие щиты с пригрузом (герметизацией) забоя.
Рис. 51 Общий вид ЩПК с пригрузом
На таких щитах в головной части на расстоянии 0,6-0,8 метра от режущей кромки устанавливают герметические перегородки цилиндрической формы. В образованную камеру подают материал, который создает давление на забой – пригруз забоя.
Существуют следующие виды пригруза:
- гидравлический с использованием тиксотропного бентонитового раствора;
- глинисто-грунтовый (шламовый) с использованием грунта и густой глинистой пасты;
- пеногрунтовый с использованием вспененной суспензии с разрушенной (грунтом) породой;
- грунтовый с использованием и.о. специальной конструкции. Конструкция ИО позволяет производить выпуск разрушенной породы дозировано. На сегодня существует два вида подобных щитов «ДК» и «Кадей».
Щит марки «ДК» применяют в сильнопроницаемых породах. Исполнительный орган в виде – четырехлучевой крестовины с резцами для перемешивания разрушенной породы и глинистой пасты. В ножевой части щит имеет герметичную диафрагму с люком для проходки рабочих при выполнении ремонтных работ. Глинистая паста поступает через специальные отверстия в и.о., а также через пустотелый вал. В диафрагму вмонтированы клапаны для откачки воды и датчики давления грунтовой массы (пригруза).. Более подробную информацию о ЩПК с применением пригруза вы можете посмотреть в книге под редакцией профессора Л.И. Кантовича (см. список использованных источников).
Для пересечения плотных грунтов на лучах ИО. установлены фронтальные режущие пластины армированные твердым сплавом. Для вывода глинисто-грунтовой массы в нижней части камеры имеется приемный люк наклонного шнекового конвейера, перекрываемый специальной заслонкой. У ЩПК типа «Кадей» предусмотрена система компьютерной стабилизации. Она заключается в регулировании давления за счет изменения скорости вращения шнека (конвейера). Следует заметить, что принцип работы ЩПК с пеногрунтовым пригрузом схож с представленными ранее схемами.
|
|
|
Уточним, что практики считают наиболее универсальным глинисто-грунтовый пригруз. Советую подумать и высказать свою идею по этому комментарию при защите данной темы.
Для защиты темы необходимо знать:
1. Область применения щитовых проходческих комплексов (ЩПК);
2. Классификацию щитовых проходческих комплексов;
3. Достоинства и недостатки различных типов ЩПК;
4. Способы передвижки ЩПК;
5. Особенность работы в неустойчивых водоносных грунтах.
Список принятых сокращений:
ПР МПИ - подземная разработка месторождений полезных ископаемых;
РИ - рабочий инструмент;
ГМ - горные машины;
ИО - исполнительный орган;
ВК - сплав карбида вольфрама и кобальта;
СЭР - сверло электрическое ручное;
РВ - рудничное взрывобезопасное исполнение;
СПР - сверло пневматическое ручное;
ВМ - врубовая машина;
ШК - широкозахватный комбайн;
УК - узкозахватный комбайн;
ПИ - полезное ископаемое;
ПК - проходческий комбайн;
ЩПК - щитовой проходческий комплекс.
Использованные источники:
1. Яцких В.Г., Имас А.Д., Спектор Л.А. Горные машины и комплексы. М., «Недра», 1974. 416 с.
2. Михайлов В.Г., Крапивин М.Г. Горные инструменты. М., издательство «Недра», 1970, 216 с.
3. Махно Д.Е., Страбыкин Н.Н., Кисурин В.Н. Горные машины и комплексы: Краткий курс лекций. – Иркутск: ИрГТУ, 1996. – 125 с.
4. Клорикьян С.Х., Старичнев В.В., Сребный М.А. Машины и оборудование для шахт и рудников: Справочник – Издательство МГГУ, 2002. – 471 с.
5. Кантович Л.И., Хазанович Г.Ш., Волков В.В. и др. Машины и оборудование для горностроительных работ: Учебное пособие/ Под ред. Проф. Л.И. Кантовича и проф. Г.Ш. Хазановича. – М.: Издательство «Горная книга», 2011. – 445с.
6. Производство бурового инструмента и горношахтного оборудования [Электронный ресурс] – Режим доступа/ www.mash-hold.ru. (дата обращения 24.09.11)
7. Горно-шахтное оборудование [Электронный ресурс] – Режим доступа/http://www.atlascopco.ru/ruru/navigationbyservice/mrservices/ (дата обращения 01.12.14)
8. Махно Д.Е. Горные машины и комплексы: Краткий курс лекций; редкол.: Н.Н. Страбыкин, В.Н. Кисурин. - Иркутск: ИрГТУ, 1996. – 202 с.
9. Проходческий щит [Электронный ресурс] – Режим доступа/ http://ru.wikipedia/org/wiki/ (дата обращения 09.11.14)
10. Проходческий щит [Электронный ресурс] – Режим доступа/ http://nashemetro.ru/s_tbm.shtml (дата обращения 24.11.14)
|
|
|
