породы, при серповидном срезе зубок проходит больший путь резания и подвержен большему износу.

Изложенные выше основные положения теории разрушения горных пород резанием характерны для существующих конструкций исполнитель­ ных органов горных машин, при работе которых производится последова­ тельное движение резцов в линиях резания «след в след» в соответствии с тем или иным видом резания и которые характеризуются определенной энергоемкостью разрушения.

С целью поиска более эффективных схем разрушения резцовым инстру­ ментом была предложена и исследована новая схема разрушения массива [41]. Основное отличие этой схемы от рассмотренных выше заключается в том, что процесс резания горной породы состоит из чередующихся двух фаз. В первой фазе резцы движутся по заданным траекториям и срезают стружки в одном направлении на глубину h. Во второй фазе направление движения резцов изменяется таким образом, что они двигаются поперек тра­ екторий предыдущих резцов, углубляясь также на глубину h относительно предыдущих резов. В идеальном случае угол пересечения траекторий движе­ ния резцов между фазами должен быть близким к 90" Такой схеме был при­ своен термин «схема перекрестного резания» (СПР). Стендовые испытания СП Р показали, что при разрушении резанием калийной руды достигается значительное снижение энергоемкости разрушения и уменьшение неконди­ ционных мелких фракций. Для внедрения СПР на соледобывающих комбай­ нах необходимо провести поисково-конструкторские работы по разработке новых конструкций их исполнительных органов.

2.5. Породоразрушающий инструмент

Основным видом режущего инструмента исполнительных органов комбайнов являются резцы. В настоящее время разработано и освоено в производстве большое количество типов резцов, отличающихся внешни­ ми формами, конструкцией и геометрическими параметрами.

Основными элементами резца являются: державка, с помощью кото­ рой он закрепляется на исполнительном органе, и головка, непосредствен­ но разрушающая породу. Головки резцов армируются элементами в виде пластинок или цилиндрических кернов, изготовляемых из твердых вольф­ рамо-кобальтовых и титано-вольфрамо-кобальтовых сплавов. Державки изготавливаются в основном из легированной стали 35ХГСА и подвергают­ ся термической обработке. В зависимости от способа крепления резца в кулаке исполнительного органа державка может иметь хвостовик цилин­ дрической, конической или прямоугольной формы. На эффективную и дли­ тельную работу режущего инструмента в значительной степени влияют ка­ чество заточки граней и выдержанность его геометрических параметров. Эти требования достигаются за счет применения специальных заточных станков с алмазной доводкой.

Многолетний опыт эксплуатации комбайнов показывает, что эфф ек­ тивность их работы в значительной степени зависит от правильного выбора типа породоразрушающего инструмента и его качества. Современный ра­ бочий инструмент горных машин должен обладать высокой износостойко­ стью для сохранения режущих элементов без затупления в течение дли­ тельного времени, а также допускать восстановление их после затупления

путем многократных заточек.

Стержневые резцы должны обладать высокой статической и усталост­ ной прочностью, обеспечивая повышенную долговечность. Весьма важное значение имеет высокое качество пайки пластинок или кернов твердого сплава к головкам резцов, ч т о достигается за счет специальных припоев с флюсом и соответствующих технологий пайки, обеспечивающих надежное соединение твердосплавных пластинок и кернов с материалом державок.

Режущий инструмент для оснащения исполнительных органов проход­ ческих и очистных комбайнов производится многочисленными заводами и фирмами. Среди них следует отметить ОАО «Копейский машинострои­ тельный завод» [49], ООО «Кузнецкий механический завод» [50],

ООО «Горный инструмент» [51 ], ЗАО «Белтехнология и М » [52], Краснолучский машиностроительный завод [53] и другие.

Основные конструктивные исполнения некоторых серийно выпускае­ мых резцов для проходческих и очистных комбайнов приведены ниже.

На рис. 2.10 показаны конструкции резцов производства ЗАО «Белтехнология и М».

Рис. 2.10. Резцы производства ЗАО «Белтехнология и М »

Основное отличие этих резцов заключается в том, что их державки из­ готавливаются методом клиновой прокатки, что позволило повысить их стойкость в 1,3—2 раза.

На рис. 2.11 показаны резцы, выпускаемые ОАО «Копейский маши­ ностроительный завод».

Изготовляемые этим предприятием резцы предназначены для оснаще­ ния исполнительных органов, работающих по породам, угольным и соля­ ным пластам с коэффициентом крепости до 5 —6 единиц по шкале проф.

М. М. Протодьяконова и с абразивностью до 15 мг по шкале Л. И. Барона и А. В. Кузнецова.

На рис. 2.12 показаны резцы Краснолучского машиностроительного

завода.

Как видно из рисунков, большая часть резцов относится к тангенци­ альным вращающимся (РКС, ПС, КН, UZ) с опорой на торцевую часть державки, либо на «юбку» головки резца и невращающиеся (Д6, PC) с ко­ нической державкой, жестко крепящейся в корпусных гнездах кулаков ис­ полнительных органов. Резцы типа Ш БМ и РП относятся к радиальным, первые закрепляются жестко в кулаках, вторые имеют державку прямо­ угольной формы и фиксируются в кулаках с помощью припорных болтов.

Несмотря на большое многообразие выпускаемых резцов, в настоящее время продолжаются работы по их совершенствованию по двум направле­ ниям: первое — повышение долговечности резцов, характеризующееся минимальным их расходом на тонну добычи, второе — создание конструк­ ции резца, обеспечивающего разрушение массива с минимальной энерго­ емкостью. При этом интегральными показателями эффективности приме­ нения того или иного типа резца являются показатели, характеризующие эксплуатационные расходы от их применения.

Глава III

ТЕХНОЛОГИЯ РАЗРАБОТКИ

КАЛИЙНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ВЕДЕНИЯ

ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ И ОЧИСТНЫХ РАБОТ

Пионером в разработке калийных солей является Германия, на терри­ тории которой (близ г. Стассфурта)в40-хгодахХ1Хвека были обнаружены залежи калийных солей [54], а промышленная добыча началась в 1861 г. К 1913 г. в Германии производилось 99,5 % всей мировой добычи калий­ ных солей. Поэтому, естественно, что основные технологические решения по добыче солей, разработка базовых средств механизации проходче­ ско-добычных работ на калийных рудниках принадлежат немецким ученым и производственникам. Колоссальный опыт (как положительный, так и от­ рицательный), накопленный ими за последние 140 лет, позволяет избе­ жать многих ошибок при планировании и ведении горных работ.

Добыча калийных солей осуществляется преимущественно подземным способом. В странах СНГ исключение составляют Домбровское (Украина) и Окузбулакское (Туркменистан) месторождения, где применяется откры­ тый (карьерами) способ разработки.

Главная особенность разработки калийных месторождений — высо­ кая растворимость образующих их пластов сильвинитов, каменной соли и карналлитов, а также наличие водоносных горизонтов, вышележащих над продуктивными пластами, что предопределяет ряд условий добычи ка­ лийных солей. Прежде всего, это необходимость сохранения так называе­ мой водозащитной толщи (ВЗТ), отделяющей водоносные горизонты от промышленных пластов. Диапазон изменения мощности ВЗТ по рудникам Верхнекамского месторождения приведен в табл. 3.1.

Необходимость сохранения ВЗТ диктует выбор системы разработки, число отрабатываемых пластов и вынуждает исключить из отработки боль­ шую часть сильвинитовых и карналлитовых пластов (1 2 —13 из 15 имею­ щихся).

Помимо ВЗТ сложность горно-геологических условий залегания и от­ работки сильвинитовых пластов определяется еще целым рядом факторов (табл. 3.2) [55, 56].

Наиболее сложные горно-геологические условия отмечаются в южной части Верхнекамского месторождения на шахтном поле БКРУ-2, затоп-

ленном БКРУ-3: большая глубина разработки, меньшая прочность пород, наличие легкообрушаемой кровли.

Т а б л и ц а 3. 1

Диапазон изменения ВЗТ над верхним разрабатываемым пластом в пределах шахтных полей Верхнекамских рудников [30, 55)

Т а б л и ц а 3 . 2

Классификация рудников Верхнекамского месторождения по горно-геологическим условиям залегания сильвинитовых пластов

Калийные залежи в подавляющем большинстве случаев вскрыты дву­ мя, тремя или четырьмя центральными вертикальными стволами, пересе­ кающими все промышленные пласты. Расстояние между стволами обычно составляет 150-200 м, что позволяет изолировать водонепроницаемыми перемычками аварийный ствол от других в случае прорыва через него воды [57]. Форма шахтных полей Верхнекамского месторождения близка

Схема подготовки пластов — панельная (рис. 3.1) или панельно-бло­ ковая. Способ подготовки — пластовый или пластово-полевой (комбини­ рованный), индивидуальный или групповой. Шахтные поля делятся на кры­ лья, в пределах которых нарезаны панели.

Рис. 3.1. Схема панельной подготовки двух сближенных калийных пластов: / — главные полевые транспортный и конвейерный штреки; 2 — панельный полевой транспортный и конвейерный штрек; 3 — главные вентиляционные штреки по пласту Красный II; 4 —

главные вентиляционные штреки по пласту АБ; 5 — вентиляционные панельные штреки по пластам; 6 — панельные выемочные штреки; 7 — камеры; 8 — уклон с пласта Красный II на пласт АБ; 9 — уклон с полевого горизонта на пласт Красный II

Запасы калийных солей небеспредельны, поэтому подход к ним как к малоценному сырью полностью себя изжил. В равной степени это отно­ сится и к необходимости выбора обоснованной системы разработки и опти­ мизации технологии и параметров ведения горных работ.

Создание безопасных условий ведения горных работ является главным для повышения производительности труда и извлечения полезных ископае­ мых из недр.

Для повышения безопасности горных работ необходима разработка мероприятий управления горным давлением и газодинамическими явлениями.

Система разработки — это порядок ведения подготовительных и очи­ стных выработок, увязанный во времени и пространстве, который обеспе­ чивает безопасность ведения горных работ, высокую концентрацию произ­ водства, экономичность и минимальные потери полезного ископаемого, надежную изоляцию горных выработок от проникновения в них подземных и поверхностных вод и рассолов. Важнейшими характеристиками различ­ ных видов систем разработок являются: нарезка панелей; форма очистных выработок; способ управления кровлей; способ выемки и транспортирования полезного ископаемого от забоя до поверхности и т. д.

В практике отечественной калийной промышленности известны свы­ ше ста применявшихся, испытываемых или планируемых к испытанию тех­ нологических схем очистной выемки.

За основу классификации систем разработки разные авторы принима­ ют различные признаки [14, 58—61].

А. Н. Андреичев разделяет все калийные месторождения по горнотех­ ническим условиям их разработки на четыре группы [14].

Месторождения I группы представлены горизонтальными или пологими пластами с небольшими геологическими нарушениями. Непосредственная и основная кровля пластов сложена прочной каменной солью. Большая мощность водозащитной толщи позволяет использовать камерную систему разработки, не допускающую значительных сдвижений пород кровли.

Месторождения II группы также представлены горизонтальными или пологими пластами. Мощная толща покровных пород допускает плавное опускание кровли, что предполагает возможность применения камерной и камерно-столбовой систем разработки.

При разработке месторождений III группы исходят из допуска, что в вышележащих породах отсутствуют водоносные горизонты. Такие место­ рождения могут разрабатываться сплошной, столбовой или комбиниро­ ванной системами разработки. Способ управления породами кровли — полное обрушение.

На месторождениях IV группы, представленных наклонными и круты­ ми пластами, могут применяться системы разработки, типичные для рудных месторождений.

На практике наибольший удельный вес в добыче калийных солей име­ ют рудники, разрабатывающие месторождения I и II групп.

По мнению кандидата технических наук К. Г. Синопальникова одним из возможных классификационных признаков систем разработки является соотношение между полной и вынимаемой мощностью пласта, другим — длина очистных забоев [60].

По первому признаку выделяют системы разработки с выемкой пласта на полную мощность и с разделением на слои, по второму — системы раз­ работки с длинными и короткими очистными забоями (табл. 3.3).