§ 88. МЕХАНИЗИРОВАННЫЕ ЩИТЫ И АГРЕГАТЫ ДЛЯ ПРОХОДКИ В КРЕПКИХ ПОРОДАХ (ч. 1)

Механизированная разработка забоя на полное сечение наиболее полно отвечает современным требованиям тоннелестроения, как гарантирующая точное оконтуривание выработок и обеспечивающая сохранность массива. При этом применяют мощное крупногабаритное оборудование и машины, обеспечивающие высокие скорости строительства.

Механизированную проходку тоннелей в скальных породах можно проводить как на полное сечение, так и последовательно, т.е. по частям. К более совершенным принадлежат машины, обеспечивающие разработку породы по всему забою выработки. В состав комплекса механизмов входят: проходческая машина, устройство для перемещения породы и улавливания пыли.

Проходческие машины имеют в своем составе рабочий орган, поддерживающее и опорное устройства, находящиеся под защитой головного козырька или оболочки щита.

Для разработки породы применяют различные орудия, смонтированные на рабочем органе машины, которые по направлению их действия могут быть подразделены на две группы:

• 1) действующие в направлении проходки;
• 2) действующие перпендикулярно направлению проходки.

К первой группе относятся ножи, режущие зубья, пики, шарошки (зубчатые, дисковые).

При вращении рабочего органа эти орудия с кромкой из твердых сплавов образуют в скальной породе концентрические пазы, промежутки между которыми скалываются под действием ножей или дисковых шарошек. Дисковые резцы имеют режущие кромки трех типов (рис. 300) — продольный (а), кольцевой (б) и ступенчатый (в), применяемые в различных породах с соответственно возрастающей крепостью.

Зубчатые и дисковые шарошки (см. рис. 305) служат для разработки средних и относительно крепких пород. При проходке в крепких и хрупких породах применяет шарошки, снабженные выступами из твердого металла.

Вследствие статического и динамического воздействия надавливания и вращения зубья шарошек проникают в забой, непосредственно откалывая куски породы или создавая предварительные трещины и поверхности разрушения с последующим отколом. При вдавливании в хрупкую породу шарошек с выступами вокруг последних возникают перенапряжения породы, в результате чего образуются трещины и поверхности разрушения, по которым и происходит отрыв мелких кусков породы.

Ко второй группе относятся ножи или зубья для снятия поверхностного слоя, а также фрезерные диски с режущими пластинами. Ножи и режущие пластины могут быть смонтированы на лучах рабочего органа или по периметру фрез. Ножи располагают под небольшим углом к плоскости лучей, а фрезы — к плоскости забоя (см. рис. 303).

При одновременном вращении в противоположных направлениях рабочего органа и фрез режущие пластины описывают по поверхности забоя циклоиды, а фрезы врезаются в забой, вследствие чего и происходит разрушение породы. Такой вид разрушения тождественен снятию стружки при обработке металла, но с немедленным ее распадом.

К основным недостаткам подобных машин относится большое пылеобразование, требующее применения специальных фильтрационных и пылеулавливающих устройств для обеспечения нормальных условий работы.

Цикл работы большинства проходческих машин состоит из двух периодически повторяющихся процессов — собственно проходки и подтягивания опорного устройства. Это можно проследить по схеме (рис. 301), где показаны три характерных этапа — начало проходки, конец проходки и подтягивание опорного устройства. Сущность работы такой машины заключается в следующем: рабочий орган с фрезами вращается вокруг оси проходческой машины с одновременной его подачей к забою при помощи гидравлических домкратов, опирающихся на устройство, распертое в породу радиальными домкратами.

После полного выдвижения горизонтальных домкратов опорное устройство освобождается; при неизменном положении рабочего органа перемещается вперед до исходного положения и снова закрепляется. Такие процессы периодически повторяются.

В мировой практике имеются примеры применения разнообразных по конструкции и способам разработки породы проходческих машин для сооружения тоннелей различного назначения. К подобным машинам следует отнести буровую машину, предназначенную для проходки тоннелей малых диаметров в крепких породах. Принцип ее действия основан на заанкеровании в забое опережающей штанги и подтягивании к ней машины, разрабатывающей забой. Штангу после пробуривания ею скважины диаметром 20—40 см заанкеривают при помощи гидравлической манжеты, удерживающая сила которой достигает 450 тс (рис. 302). После заанкерования осуществляют проходческий цикл — разработку на полный профиль при помощи вращающемся планшайбы, снабженной шарошечными резцами, погрузку и уборку породы.

Проходку тоннелей средних и больших диаметров осуществляют машинами с использованием режущего органа в виде фрезы. Форма, размеры и расположение на фрезах специальных укороченных резцов зависят от крепости пород.

В качестве примера может служить проходческая машина (рис. 303), имеющая центральную фрезу, выбуривающую цилиндрическую полость диаметром 70 см.

Последующее расширение этой полости ведут четырьмя фрезами большого диаметра. Всю планшайбу подают вперед четырьмя домкратами, опирающимися в породу через радиальные упоры. Породу погружают в вагонетки скребковым конвейером.