Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние изученности вопроса, цель и задачи исследований 8
.1.1. Анализ горно-геологических условий медноколчеданных месторождений, опыта проведения и эксплуатации подземных выработок 8
1.2. Факторы, определяющие устойчивость подземных выработок 14
1.3. Обзор способов крепления подготовительно-нарезных выработок 22
1.4. Анализ методик расчета параметров крепи 31
1.5. Цель, задачи и методы исследований 36
Глава 2. Исследование геомеханических процессов в породах при проходке и эксплуатации выработок 39
2.1. Анализ фактов вывалообразования в выработках рудников Учалинского ГОКа 39
2.2. Изучение свойств и структурного строения метасоматически измененных пород 49
2.3. Исследование напряженно-деформированного состояния массива вмещающего подземные выработки 62
2.4. Оценка влияния буровзрывного способа проходки на состояние приконтурного массива выработок 74
Выводы 81
Глава 3. Исследование способов крепления подземных выработок 84
3.1. Крепление метасоматитов анкерной крепью 84
3.2. Упрочнение массива горных пород инъектированием полимерных растворов 88
3.2.1. Подбор состава для упрочнения горных пород 88
3.2.2. Исследования смолоинъекционного упрочнения пород 98
3.2.3. Определение параметров смолоинъекции 105
3.3. Крепление набрызг-бетонной крепью с использованием модифицирующих добавок 109
Выводы 122
Глава 4. Разработка рекомендаций, их апробация и экономическая эффективность 124
4.1. Рекомендации по креплению выработок в метасоматитах 124
4.2. Повышение устойчивости выработок применением безвзрывных способов проходки 130
4.3. Внедрение технических и технологических решений по проведению и креплению выработок на подземных рудниках Учалинского ГОКа 137
4.4. Оценка эффективности технологических решений 144
Выводы 150
Заключение 152
Список использованных источников 155
- Факторы, определяющие устойчивость подземных выработок
- Изучение свойств и структурного строения метасоматически измененных пород
- Упрочнение массива горных пород инъектированием полимерных растворов
- Повышение устойчивости выработок применением безвзрывных способов проходки
Введение к работе
Освоение месторождений полезных ископаемых подземной физико-технической геотехнологией сопряжено с сооружением в недрах комплекса горных выработок. Особенности литолого-петрографического и минерального состава, физико-механических свойств, структурной нарушенности, параметров естественного поля напряжений каждой группы месторождений требуют индивидуального подхода к процессам проведения и крепления подземных выработок.
Особенностью строения медноколчеданных месторождений Южного Урала (Учалинское, Узельгинское, Гайское, Сибайское, Октябрьское, Александрийское и др.) является залегание рудных тел в «оторочке» метасомати-чески измененных пород. Метасоматиты, имеющие достаточно высокие прочностные характеристики в массиве (коэффициент крепости f =8-И6), при обнажении подземными выработками под действием шахтной атмосферы и подземных вод подвергаются быстрому выветриванию, набухают при насыщении водой и полностью теряют устойчивость.
Традиционные способы крепления подготовительно-нарезных выработок (набрызгбетон, штанговая, арочная податливая крепи) не обеспечивают устойчивость метасоматически измененных пород, что приводит к снижению безопасности горных работ и увеличению себестоимости руды, вследствие роста затрат на поддержание выработок.
Поэтому решение проблемы обеспечения устойчивости подземных выработок в метасоматически измененных породах медноколчеданных месторождений представляет собой весьма актуальную задачу.
Объект исследований: технология сооружения подземных выработок при освоении медноколчеданных месторождений Южного Урала.
Предмет исследований: способы крепления подготовительно-нарезных выработок в метасоматически измененных породах медноколчеданных месторождений Южного Урала.
Целью работы является обоснование способов поддержания подземных выработок в метасоматически измененных породах, обеспечивающих повышение устойчивости обнажений и безопасности горных работ.
Идея работы состоит в использовании установленных закономерностей изменения фазового состава, напряженного состояния и свойств мета-соматитов на контуре выработки для выбора эффективных способов крепления. •
Основные задачи исследований:
- изучение физико-механических свойств, структурной нарушенности метасоматически измененных пород медноколчеданных месторождений и влияния техногенного выветривания;
- установление закономерностей напряженно-деформированного состояния массива метасоматически измененных пород, вмещающего подземные выработки;
- исследование воздействия взрывных работ при проходке на устойчивость обнажений метасоматитов;
- обоснование способов упрочнения обнажений массива метасоматически измененных пород;
- разработка и опытно-промышленная апробация технических решений по креплению подземных выработок, их технико-экономическая оценка.
В работе использовались методы исследований, включающие: анализ опыта сооружения и поддержания подземных выработок в метасоматитах; математическое моделирование напряженно-деформированного состояния горного массива в упруго-пластической задаче; статистическая обработка результатов; аналитические расчеты и технико-экономический анализ результатов, промышленные эксперименты.
Положения, представленные к защите: •S Устойчивость обнажений вмещающих пород на медноколчеданных месторождениях зависит от степени их метасоматоза, определяемой содер жанием в метасоматитах вторичных минералов и присутствием сульфидов железа.
Корреляционная связь прочностных и деформационных свойств мета-соматитов с их плотностью позволяет оперативно получать информацию о механических параметрах горного массива и состоянии обнажений пород с различной степенью метасоматоза.
Безопасные условия эксплуатации выработок в метасоматитах обеспечиваются применением традиционных методов крепления в сочетании с мероприятиями по изоляции пород от шахтной атмосферы и кислотных вод. Научная новизна работы состоит в установлении:
- зависимостей предела прочности на сжатие, модуля деформаций и сцепления метасоматитов от их плотности, позволяющих осуществлять оперативный прогноз механических свойств измененных пород;
- математических зависимостей размеров зон неупругих деформаций в кровле и боках выработки от глубины ее заложения, тектонических сил, механических свойств метасоматитов;
- закономерностей изменения механических свойств метасоматитов в процессе техногенного выветривания и перехода метасоматитов в другое фазовое состояние, используемых для оценки устойчивости контура выработок;
- механизма упрочнения весьма измененных метасоматитов смолой КФ-Ж с водным раствором щавелевой кислоты, заключающегося в образовании прочных химических связей между оксониевым комплексом карба-мидной смолы и обменными катионами метасоматитов.
Достоверность научных положений, выводов и результатов обеспечивается представительностью и надежностью исходных данных; опытно-промышленной проверкой разработанных научно-технических решений; сопоставимостью результатов математического моделирования, аналитических расчетов и данных практики.
Практическая значимость работы состоит в разработке способов упрочнения метасоматически измененных пород на основе применения модифицированного набрызгбетона, самозаклинивающейся анкерной крепи и инъектирования смолой КФ-Ж с водным раствором щавелевой кислоты при проведении подготовительно-нарезных выработок на Учалинском и Узель-гинском подземных рудниках Учалинского ГОКа.
Реализация рекомендаций: результаты исследований внедрены на • подземных рудниках Учалинского ГОКа при проведении и поддержании подготовительно-нарезных выработок в метасоматически измененных породах.
Апробация работы: Результаты, основные положения и выводы докладывались на международных симпозиумах «Неделя горняка», Москва, 1999, 2000, 2002, 2003, 2005 гг. международных научно-технических конференциях: «Комбинированная геотехнология: проектирование и геомеханические основы», Магнитогорск, 2001, 2003 гг.; «Нетрадиционные технологии и оборудование для разработки сложно-структурных МПИ», Екатеринбург, 2005; ежегодных научно-технических конференциях МГТУ и технических совещаниях Учалинского ГОКа.
Публикации: Основные положения диссертации опубликованы в 9 работах.
Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 89 наименований и содержит 164 стр. машинописного текста, 57 рисунков, 33 таблицы.
Работа выполнена в Магнитогорском государственном техническом университете им. Г.И. Носова на кафедре "Подземная разработка месторождений полезных ископаемых". Исследования, представленные в диссертации, выполнялись в рамках хоздоговорных НИР.
Факторы, определяющие устойчивость подземных выработок
Акторами, влияющими на устойчивость обнажений горных пород, являются: форма и площадь поперечного сечения выработок; естественное поле напряжений в горном массиве; глубина заложения выработки и ее расположение относительно фронта горных работ; прочностные и деформационные характеристики массива пород; блочное строение массива (количество систем трещин, их интенсивность и пространственная ориентация, механические характеристики по поверхностям контакта) [65].
Основными факторами, определяющими поведение горного массива вокруг выработки, являются его напряженное состояние и физико-механические свойства вмещающих пород [84]. Изменяя теми или иными путями количественные показатели этих двух факторов, можно в определенных пределах управлять характером и количественными величинами проявлений горного давления. При этом можно обеспечить устойчивость выработ ки без применения мощных и дорогостоящих крепей, а в некоторых случаях отказаться от крепи, как от грузонесущей конструкции. К настоящему времени в отечественной и зарубежной горной практике накоплен опыт применения различных мероприятий, повышающих устойчивость выработок [84]:1. рациональное расположение выработок в горном массиве (в прочных породах, ориентировка выработок относительно напластования пород, системы трещин);2. снижения уровня напряженного состояния массива (применение охранных целиков, рациональное взаиморасположение выработок, придание выработке рациональной формы, расположение выработок в разгруженной зоне, разгрузка массива);3. использование крепей для поддержания выработок (изолирующих, ограждающих, подпорных, анкерных, упрочняющих);4. использование соответствующей технологии проведения выработок (выбор и учет способа выемки горной массы, соблюдение последовательности и качества ведения горнопроходческих работ);5. упрочнение пород (механическими и инъекционными способами).
Рассмотрим подробно вышеприведенные два основных фактора, определяющие устойчивость подземных выработок.1. Напряженное состояние горного массива, вмещающего подземные выработки.
При проведении горной выработки в массиве горных пород происходит перераспределение напряжений вблизи нее. Новое напряженное состояние вблизи выработки определяется начальным напряженным состоянием массива, формой и расположением выработки, технологией ее проведения, механическими свойствами пород и крепи и горно-геологическими и структурными особенностями залегания пород [73].
Авторы работы [9] отмечают, что оценка напряженно-деформированного состояния (НДС) пород вблизи выработки - одна из важ нейших задач, связанных с прогнозированием ее устойчивости. С увеличением глубины разработки решение задачи усложняется тем, что разупрочнение и разрыхление горных пород в предельно напряженных состояниях приводят к образованию вблизи выработки неоднородной зоны неупругих деформаций.
Ведение буровзрывных работ при проведении горных выработок приводит, к нарушению сплошности массива пород в приконтурной зоне. .Нарушения способствуют дальнейшему развитию процесса разрушения пород при их деформировании.
В работе [59] приведены результаты прессиометрических измерений модуля деформации пород законтурного массива тоннельной выработки (рис. 1.3), сооружаемой буровзрывным способом. Анализ результатов исследований показал, что в непосредственной близости от контура, где интенсивность трещиноватости наибольшая, модуль деформации имеет малые значения. С удалением от контура величина его возрастает, стремясь к значению в ненарушенном массиве.
Замеры предела прочности породы в натурных условиях вблизи горных выработок, пройденных буровзрывным способом, показывают [7], что он является переменной величиной, также возрастающей вглубь массива (рис. 1.4).
Оценка влияния контурного взрывания на коэффициент сцепления пород, вмещающих выработку была проведена в полевом штреке шахты им. Волкова [68]. Основные вмещающие породы были представлены слабым зернистым песчаником с небольшими включениями угля и алевролита с f = 4-6. Анализ результатов измерений показывает, что сцепление пород вблизи выработки является переменным. Непосредственно в приконтактной зоне отмечается слой повышенной прочности, затем с удалением от контура выработки имеет место зона нарушенных пород, переходящая в область интенсивной трещиноватости (рис. 1.5).
По результатам исследований [64] распространение зоны неупругих деформаций от контура выработки возможно на глубину 0,2-0,5 м, по данным работы [31]-до 1 м.
По данным регулярных в течение года натурных замеров на угольной шахте [9] размер зоны неупругих деформаций вблизи штрека площадью се-чения 12,5 м , пройденного по слабым породам, постепенно увеличивался с 6 до 13 м. Результаты замеров деформаций с помощью глубинных реперов показали, что формирование зоны разупрочнения происходит в режиме посте
Изучение свойств и структурного строения метасоматически измененных пород
На основе выполненных петрографических исследований проб метасоматически измененных пород Кузькиным В.И. [89] сделан вывод о существенном влиянии на прочность пород вторичных процессов, связанных с низкотемпературным гидротермальным метаморфизмом и выветриванием. Данные процессы вызывают широкое развитие в породах хлорита, серицита, карбоната, кварца, за счет чего порода теряет свою прочность. Количественным показателем степени вторичных изменений минерального состава, а следовательно и степени разупрочнения, Кузькин В.И. предлагает считать процентное содержание низкотемпературных вторичных минералов, развитых по породообразующим. Соответственно автор выделяет три степени изменения пород: 1) слабоизмененные с содержанием вторичных минералов 10 %; 2) измененные - с содержанием вторичных минералов 10-30%; 3) сильно измененные - с содержанием — 30-50%.
Маннановым Р.Ш. [20] было предложено классифицировать метасома титы на 3 класса по степени изменения их состава: весьма, значительно и частично измененные (табл. 2.1). К породам первой группы были отнесены кварц-серицит-тальково-хлоритовые сланцы. Ко второй группе - метасома-титы тальково-хлорит-серицит-кварцевого состава. Третья группа представлена, по выражению Маннанова Р.Ш., - «более крепкими» серицит-хлорит-кварцитами. Таким образом, данная классификация построена на связи меж-. ду минералогическим составом метасоматитов и их прочностными свойствами.51 Однако, проведенный нами анализ результатов исследований, проведенных специалистами ВНИМИ [58], ИПКОН РАН [59, 60], МГМИ [61], ТОО «ЭЛАС» [62] физико-механических характеристик метасоматитов показал, что кварц-серицит-тальково-хлоритовые метасоматиты, отнесенные -Маннановым Р.Ш. к группе весьма измененных с коэффициентом крепости f = 3-5 (см. табл. 2.1), могут иметь крепость до f = 9 - 12, а метасоматиты серицит-хлорит-кварцевого состава, по Маннанову Р.Ш. частично измененные с f = 10-13, встречаются с f до 3—4.
Авторами работ [59, 60] отмечено, что метасоматически измененные породы Учалинского и Узельгинского месторождений отличаются широким диапазоном плотности у = 2,6-=-4,0 т/м3 и указывается на установленную закономерность между содержанием сульфидов в метасоматитах и их плотностью у, чем больше содержание сульфидов, тем выше плотность пород. Но без внимания исследователей осталась отчетливо выраженная связь плотности у и крепости f метасоматически.измененных пород (табл. 2.2) - чем выше плотность пород, тем ниже их крепость.
Для проверки зависимости прочностных свойств метасоматитов от их плотности на точечную диаграмму (рис.2.12) были вынесены все данные по прочности пород на сжатие [о"сж] и соответствующие им значения плотности у по результатам анализа исследовательских работ [59-62].
Анализ диаграммы (см. рис. 2.12) показал, что расхождения в зависимостях f([aC5K]) = у для метасоматитов различного минералогического состава незначительны, несмотря на выраженное тяготение точек серицит-хлорит кварцевого метасоматита к верхним границам области, а кварц-серицитового - к нижним. Поэтому возможно в дальнейшем рассматривать общую зако номерность изменения [стсж] от у, не разделяя метасоматиты по минералогическому составу.
Пренебрегая двумя точками диаграммы (см. рис. 2.12), выпадающими из-общего характера зависимости и выделенными на диаграмме белым цве-том ([асж] =26 МПа, у = 2,8 т/м и [ тсж] =37 МПа, у = 3,5 т/м ), аппроксимацией значений степенным трендом получена функция (рис. 2.13)при коэффициенте детерминированности R2 = 0,83.
Содержание в метасоматитах сульфидов железа определяет степень разупрочнения пород вследствие их техногенного выветривания за счет разложения пирита при свободном взаимодействии с водой и кислородом на сульфат железа и серную кислоту.
Образовавшийся сульфат железа при наличии свободного кислородаоказывается неустойчивым и переходит в окисный сульфат (2.3), которыйтакже распадается на свободную серную кислоту и гидрооксид железа (2.4).
Продукты окисления пирита - H2SO4 и Fe2(S04)3 оказывают сильнейшее растворяющее действие на большинство минералов. Под действием образующихся агрессивных сульфатных вод раскрываются многочисленные трещины, залеченные слюдистыми минералами, перетертой карбонатной породой, за счет образования растворимых соединений, появляются плоскости скольжения, что ведет в конечном результате к обрушению обнаженных пород. При этом градиент фильтрационного потока усиливается. Насыщаясь водой, метасоматически измененные породы набухают, теряют собственную устойчивость, активизируя процесс разуплот-ненияПо данным [89] в слабоизмененных вмещающих породах с содержанием вторичных минералов до 10% пиритная минерализация составляет от 5-10%. Для измененных пород с содержанием вторичных минералов 10-30% содержание пиритной минерализации изменяется от 10-20%. Для сильно измененных пород с содержанием вторичных элементов 30-50% содержание сульфидов железа составляет более 20%. На основе результатов исследований физических, механических и химических свойств метасоматически измененных пород медноколчеданных месторождений Учалинского. ГОКа предложена их классификация по степени метасоматоза и категориям устойчивости (табл. 2.3). Установленная взаимосвязь прочностных.свойств метасоматитов и их плотности позволяет осуществлять оперативный прогноз устойчивости обнажений на участках соответствующих пород.
Разработанная классификация позволит при определении экспресс-методом плотности метасоматитов непосредственно в подземной выработке получать представление об их прочностных свойствах и принимать соответствующие технологические решения по креплению выработок.
Построение диаграмм изменения таких характеристик метасоматитов как сцепление С (рис. 2.14) и модуль деформаций Едеф (рис. 2.15) от их плотности, также показало на существование закономерных связей между данными свойствами. Как и в случае с зависимостью f([aC5K]) = у существенного влияния минералогического состава на параметры функций не отмечено (см. рис. 2.14, 2.15).
Аппроксимацией зависимостей С (рис. 2.16), Едеф (рис.2.17) от у степенным трендом получены следующие функции: S 17
Упрочнение массива горных пород инъектированием полимерных растворов
В настоящее время химическое укрепление пород развивается по двум направлениям: силикатизация, где используются неорганические высокомолекулярные соединения, и смолизация, при которой применяют органические полимеры на основе ряда поликонденсационных смол с высокой жесткостью макромолекулярных цепей [30].
Силикатизацию осуществляют либо двухрастворным, либо однорас-творным способами. При двухрастворном способе в закрепляемый грунт по-очередно нагнетают раствор силиката натрия плотностью 1235-1440 кг/м и раствор хлористого кальция плотностью 1260-1280 кг/м . Этим способом закрепляют маловлажные и водонасыщенные пески с коэффициентом фильтрации 2-80 м/сут. Радиус закрепления при этом составляет от 0,3 до 1,0 м, а прочность закрепленных песков достигает 2,0-4,0 МПа. Основной недостаток этого способа - невозможность его применения в малопроницаемых грунтах [38].
Сущность однорастворного способа силикатизации состоит в нагнетании в грунт раствора силиката натрия с добавкой отверждающего реагента: раствора кислот, кислых солей или органических отвердителеи. Наиболее широкое применение получили алюмосиликатная и кремнефтористо-силикатная рецептуры, а также силиказоли с органическими отвердителями. Однорастворный способ применяют для закрепления пылевидных песков с низким коэффициентом фильтрации (0,1-3,0 м/сут.). Прочность закреплен- ных песков колеблется от 0,2 до 3,0 МПа [38].
Смолоинъекция - процесс глубинного химического закрепления пород синтетическими смолами, из которых наиболее доступными и сравнительно дешевыми являются карбамидные. Эти смолы хорошо растворимы в воде и имеют низкую вязкость, что благоприятствует инъектированию. Отвержда-ются они при введении дешевых отвердителеи соляной, щавелевой и других кислот. Длительность отверждения можно варьировать от минут до нескольких часов [30].
В зависимости от концентрации раствора карбамидной смолы прочность закрепления составляет 1,2-6,0 МПа. Недостатком процесса является слабое закрепление грунта при высоком содержании карбонатных и глинистых частиц. Поэтому при их содержании свыше 3 % перед смолоинъекцией предварительно обрабатывают грунт слабыми растворами кислот или применяют интенсивно отверждаемые составы, для чего вводят в смолу повышенные добавки кислоты [30].
В последние годы смолоинъекцию применяют для укрепления трещиноватых угольных и породных массивов методом инъектирования через шпуры или скважины, а также для тампонажа массива. Для снижения усадки и растрескивания полимера от внутренних напряжений составы пластифицируют поливенилацетатом. Адгезия в этом случае повышается при изгибе с 3,5-5,5 до 6,5-7,5 МПа, а при отрыве с 0,5-0,7 до 1,3-1,6 МПа [39].
Для снижения токсичности составов, в частности, уменьшения выделе ния свободного формальдегида, перед инъекцией в грунт в виде кристаллического порошка вводится добавка 15 - 20 кг мочевины на 100 л смолы типа "Крепитель М-2" исходной концентрации или на 150 л разбавленной до плотности 1,11 г/см .
Полимеризационные материалы, например эпоксидные смолы и их соединения, широко применяют в тех случаях, когда требуется существенно повысить прочность инъектируемых пород или конструкций. В зависимости от вида отвердителя эту смолу можно применять как в сухой, так и во влажной средах. К недостаткам эпоксидных смол следует отнести высокую стоимость и недостаточную номенклатуру выпускаемых модификаций. В горной промышленности эпоксидные смолы применяются в основном при высоких внешних нагрузках, когда прочность других смол недостаточна, а расход ее невелик (например, для закреплении анкеров в породе). При применении эпоксидной смолы с отвердителем БТФ через двадцать минут прочность на сжатие образца достигает 30 МПа [30].
Полиэфирная цепь смол обычно содержит три основных типа структурных единиц: остатки насыщенных кислот, ненасыщенных кислот и гликолей. Ненасыщенные мономеры (такие, как стирол), добавленные к полиэфирам, являются не только растворителями, но и сополимеризуются с ненасыщенными группами полимерной цепи, обеспечивая высокое качество продуктов отверждения стирол-содержащих полиэфирных смол. Однако область использования стирол содержащих смол для укрепления горных пород и нанесения их на поверхность ограничена из-за вредного воздействия стирола на обслуживающий персонал. Отвердителем для стирольных смол служит ПМЭК, а ускорителем - нафтенат кобальта (НК-1) [43].
Другими видами закрепляющих растворов при смолоинъекции являются смеси на базе полиуретанов, состоящие из гидроксильных групп с соотношением к изоционату 1: 4. Несмотря на повышенную стоимость полиуретана, область применения его расширяется, так как раствор обладает высо
Повышение устойчивости выработок применением безвзрывных способов проходки
Комбайновый способ проведения выработок имеет ряд существенных преимуществ перед другими способами, особенно эффективна комбайновая проходка по породам с низкой устойчивостью, т.к. ввиду отсутствия разрушающих нагрузок от взрыва при проходке снижается раскрытие трещин в , породах и формируется устойчивый контур. Кроме того, для комбайновой технологии строительства характерна циклично-поточная организация, что позволяет увеличить коэффициент использования комбайнов в течение смены, повысить их эксплуатационную производительность, а, следовательно, и скорость проведения выработок [87].
Применяемые в настоящее время в промышленных условиях проходческие комбайны делятся на две группы: бурового типа (роторные) и стреловые [85].
Комбайны бурового типа (табл. 4.4) могут разрушать породы с крепостью до 100 МПа. Они работают по принципу распорно-шагающих механизмов и обеспечивают проходку выработок круглой формы.
Проходческие комбайны бурового действия имеют роторный исполнительный орган, объединяющий функции разрушения породы, погрузки и транспортировки, снабженный шарошками лобового резания, погрузочными в ковшами и ленточным конвейером.
Недостатками комбайнов бурового действия являются [84]: ограниченная мобильность из-за сложного распорно-шагающего устройства; большие масса и длина комбайна (масса 90-250т., длина 15-16м.); способность . проходить только выработки круглого сечения с большим радиусом искривления (100-140 м); необходимость замены роторного исполнительного органа при изменении размеров выработки; громоздкость комбайна, затрудняющая его осмотр, ремонт и выполнение работ по креплению выработок; высокая трудоемкость монтажных работ (на доставку и монтаж затрачивается 1000-2500 смен без учета устройства специальной камеры объемом до 1200-1500 м3).
Комбайны избирательного действия выпускаются двух типов: тяжел ого (масса более 40т.) илегкого (масса до 20 т.). Чаще в шахтных условиях используются комбайны легкого типа (более 85%) с резцовыми исполнительными органами. За рубежом в породах с прочностью на сжатие более 60 МПа находят применение (около 70%) комбайны тяжелого типа. В породах меньшей прочности используют комбайны легкого типа как при проходке выработок, так и при добыче полезных ископаемых [86].
Главной частью рабочего органа стрелового комбайна является режущая головка, выпускаемая двух типов: с продольным и поперечным перемещением. В некоторых конструкциях комбайнов используют телескопические стрелы, что увеличивает объем проходки из одного положения машины. Отбойку породы осуществляют за счет напорного усилия, создаваемого движением комбайна, и вращательного движения режущей головки. Дополнительные усилия, разрушающие породу, возникают также благодаря боковому перемещению стрелы комбайна.
Комбайны избирательного действия обладают следующими основными достоинствами: возможность обработки забоя выработки любой формы, кроме круглой, с площадью поперечного сечения от 4 до 30 м2 и более; обеспечение селективной выемки; возможность установления крепи в непосредственной близости от забоя; высокая маневренность и относительно малая масса (табл. 4.5). К основным недостаткам комбайнов избирательного действия относят: цикличное действие при разработке породы на части забоя, что снижает эксплуатационную производительность комбайна; неуравновешенность в продольном и поперечном направлении и конструктивная, сложность исполнительного органа, связанная с возникновением динамических нагрузок; более сложная конструкция погрузочных устройств; невозможность проведения выработок по крепким, абразивным породам; пылеобразование и низкая эффективность средств борьбы с пылью.
В качестве примера наиболее совершенных разработок тоннельных комбайнов избирательного действия последних лет наибольший интерес представляют комбайны фирмы «Вест Альпине», имеющие высокую границу применения по крепости породы (до 190 МПа), и WAV-408 фирмы133 «Вестфалия Беко-рит», обладающего уникальными техническими возможностями по проведению тоннелей больших размеров поперечных сечений (табл. 4.6).
Комбайн совместной разработки фирм WIRTH GmbH и HORK Mining Research Ltd. (табл. 4.7) также является новейшей разработкой в горной технике.
Рабочий орган комбайна представляет собой четыре радиально-поворотные стрелы с подрезающими дисковыми шарошками, смонтированными на радиально поворотных стрелах (рис. 4..13). Они оснащены гидравлическим ходовым механизмом с приводом для режущих головок. Весь этот агрегат вмонтирован в телескопическую металлоконструкцию, позволяю
