Systemy mechanizacyjne do drążenia wyrobisk korytarzowych stosowane

w górnictwie światowym

W górnictwie światowym do mechanicznego drą- żenia wyrobisk korytarzowych w skałach zwięzłych wykorzystywane są w bardzo dużym stopniu kombajny chodnikowe ramionowe urabiające punktowo nowej generacji, głównie typu średniego oraz ciężkiego.

Różnica w odróżnieniu do kombajnów stosowanych w kraju polega na wyposażeniu ich w systemy automa- tycznego monitoringu pobieranej mocy organu urabia- jącego, kontroli drgań elementów maszyny, tempera- tury itp. W połączeniu z systemem komunikacji z pra- cownikiem nadzoru oraz wideomonitoringiem, ten sy- stem w znacznym stopniu przyczynia się do zmniej- szenia awaryjności kombajnu (jest elementem bezpie- czeństwa i ochrony przed przeciążeniem maszyny) oraz zwiększenia efektywności jego pracy (większa wydajność lub możliwość urabiania skał o większej wytrzymałości). Wykorzystanie ponadto do zbrojenia organu urabiającego nowej konstrukcji narzędzi skra- wających, np. noży styczno-obrotowych z węglikami trójwarstwowymi, gruboziarnistymi typu S-Grade pozwa- la na drążenie wyrobisk korytarzowych w skałach o wytrzymałości na jednoosiowe ściskanie powyżej 150 MPa. Przykładem takiej maszyny jest kombajn ATM 105 ICUTROC firmy Sandvik Voest Alpine GmbH Bergtechnik, wykorzystywany do drążenia wyrobisk

tunelowych. Widok takiego kombajnu pokazano na rysunku 3.

Rys.3. Kombajn chodnikowy ramionowy ciężki typu ATM ICUTROC, stosowany do drążenia wyrobisk tunelowych w

skałach twardych

W kombajnach tych stosowane są również z po- wodzeniem próby z wprowadzaniem systemów do automatycznej kontroli profilu urabiania oraz układu zdalnego sterowania (przewodowego lub radiowego) i klimatyzowanej kabiny operatora. Obecnie opraco- wana przez firmę Sandvik Voest Alpine GmbH Berg- technik technologia VAB jest w stanie kontrolować automatycznie urabianie i położenie we wszystkich aplikacjach wydobywczych. Sterowanie obciążeniem i sekwencjami skrawania nowym systemem CUTRONIC zapewnia maksymalną, zrównoważoną wydajność sys- temu i równocześnie minimalizuje przypadki uszko- dzeń i przestojów. Automatyczne ograniczanie sił skra- wających poprawia stabilność maszyny, gwarantując dokładność przekroju poprzecznego i kierunku wyro- biska. Równocześnie, w porównaniu ze sterowaniem ręcznym, automatyzacja pozwala na 25% wzrost wy- dobycia i prędkości drążenia. Pozwala również na zdalne sterowanie maszyny i umożliwia przebywanie jej operatora w pewnej odległości od miejsca pracy.

Zwiększa to jego bezpieczeństwo w przypadku wystę- powania zagrożeń wyrzutami gazu, tąpaniami itp. Roz- wiązania automatycznego sterowania, stosowanego przez firmę Sandvik Voest Alpine GmbH Berg- technik w wybranych rozwiązaniach swoich maszyn, przedsta- wiono na rysunku 4.

MASZYNY GÓRNICZE 4/2007 55 Rys.4. Automatyczny system VAB oraz układ automatycznej

kontroli profilu urabiania firmy Sandvik Voest Alpine GmbH Bergtechnik

Dodatkowo na kombajnach montowane są, dla zwalczania zagrożeń pyłowych i wybuchu gazu, sys- temy odpylania i systemy zraszania wewnętrznego, zewnętrznego lub wersje połączone.

W światowym górnictwie węglowym, głównie w ko- palniach amerykańskich, australijskich oraz RPA, sto- sowane są, podczas drążenia wyrobisk korytarzowych oraz również podczas prac eksploatacyjnych inne rodzaje kombajnów chodnikowych urabiających przez frezowanie. Są to kombajny ramionowe urabiające liniowo tzw. Continuous Miner. Kombajny te wykonują wyrobiska o przekroju prostokątnym, na całą szero- kość organu urabiającego. Zastosowanie tego typu kombajnów jest uzależnione od warunków stropowych, gdyż do zabezpieczenia wyrobiska wykorzystywana jest obudowa kotwowa. Nowoczesne kombajny wypo- sażone są w systemy automatycznych wiertarko-ko- twiarek stropowych i ociosowych oraz układ do tran- sportu i podtrzymywania siatek opinkowych. Umożliwia to równoległe urabianie i zabudowę wyrobiska, znacz- nie zwiększając postęp drążenia. Przy drążeniu chod- ników węglowych uzyskiwano postęp drążenia nawet do ponad 100 na dobę. Natomiast wykorzystując te maszyny do prac eksploatacyjnych uzyskiwano dobo- we wydajności wydobycia dochodzące do kilku tysięcy ton. Zastosowanie tych kombajnów ogranicza się tylko do urabiania węgla i skał jemu towarzyszących o wy- trzymałościach nie przekraczających zazwyczaj 60 MPa.

Widok takiego kombajnu firmy Joy podczas drążenia chodnika węglowego przedstawiono na rysunku 5.

Do drążenia wyrobisk korytarzowych, głównie przy- gotowawczych, w skałach zwięzłych stosowany jest również, przede wszystkim w górnictwie niemieckim, system do drążenia chodników AVSA, produkowany przez firmę Sandvik Voest Alpine GmbH Bergtechnik.

Jest to rozwiązanie łączące zalety klasycznych kom-

bajnów ramionowych urabiających punktowo oraz ura- biających liniowo, pozwalające na równoczesne ura- bianie czoła przodka organem frezującym oraz zabez- pieczanie wyrobiska przez kotwienie stropu i ociosów za pomocą zainstalowanych na maszynie urządzeń wiercąco-kotwiących. Zainstalowana moc organu ura- biającego 270 kW, mikroprocesorowy system sterowa- nia ruchem organu urabiającego i kontroli profilu ura- biania oraz sterowania pracą maszyny, pozwalający na całkowite zautomatyzowanie cyklu skrawania, umożli- wiają drążenie chodników o dowolnym profilu (np.

zbliżonym do ŁP) w skałach o wytrzymałości na jed- noosiowe ściskanie w granicach 120–140 MPa, z po- stępami dobowymi dochodzącymi do 14 metrów. Ma- szynę tę przedstawiono na rysunku 6.

Rys.5. Widok kombajnu urabiającego liniowo 14CM firmy Joy podczas pracy przy drążeniu chodnika węglowego i eksploa-

tacji węgla

Rys.6. Widok systemu do drążenia chodników AVSA firmy Sandvik Voest Alpine GmbH Bergtechnik

W górnictwie światowym już w latach siedemdzie- siątych do drążenia wyrobisk korytarzowych w skałach zwięzłych i bardzo zwięzłych, o wytrzymałości na jednoosiowe ściskanie przekraczającej 80–120 MPa, sporadycznie nawet do 300 MPa, zaczęto wykorzysty- wać kombajny chodnikowe pełnoprzekrojowe typu TBM.

56 MASZYNY GÓRNICZE 4/2007 Rys.7. Widok kompleksu z kombajnem pełnoprzekrojowym

Rys.8. Widok kombajnu CMM firmy WIRTH urabiającego metodą tylnego podcinania

Rys.9. Widok autonomicznego kompleksu chodnikowego z wozem wiertniczym jednoramionowym, ładowarką dołową bocznie sypiącą oraz samojezdną platformą roboczą

MASZYNY GÓRNICZE 4/2007 57 Urabianie przodków wyrobisk korytarzowych z wy-

korzystaniem kombajnów chodnikowych pełnoprzekro- jowych jest całkowicie odmienną technologią urabiania od urabiania metodą frezowania. Wykorzystywana jest w nich metoda urabiania skał zwięzłych poprzez sta- tyczne miażdżenie ich naciskiem statycznym narzędzi dyskowych symetrycznych. Pozwala to na bardzo duże postępy przy urabianiu przodka, dochodzące nawet do 60 metrów na dobę. Gabaryty oraz koszt maszyny, jej transportu, montażu i demontażu są jednak powodem tego, że stosowanie jej jest opłacalne tylko przy drą- żeniu wyrobisk o długich wybiegach. W zależności od średnicy są to wielkości od minimum 2 m do nawet 5 km. Widok kompleksu z kombajnem pełnoprzekrojo- wym, montowanego do drążenia podziemnego wyro- biska korytarzowego przedstawiono na rysunku 7.

W górnictwie światowym pojawiły się również kon- cepcje wykorzystania dysków statycznych, głównie nie- symetrycznych, w których zasadnicza idea polegała na wykorzystaniu dysku jako narzędzia odłupującego. Me- todę tę nazwano techniką tylnego cięcia (Hinterschnei- den), lub bocznego odłupywania. Zasadą techniki pod- cinania jest urabianie skały przez odcinanie jej w kie- runku wolnej powierzchni. Dzięki temu zużycie energii i wartość siły docisku są mniejsze, niż w przypadku klasycznych dysków miażdżących. W oparciu o wyniki przeprowadzonych badań, w Niemczech w firmie Wirth wykonano maszynę przemysłową wykorzystującą opi- saną technikę urabiania. Kombajn wyposażono w kom- puterowy układ sterowania trajektoriami ruchów ramion.

Dzięki temu maszyna mogła drążyć chodniki o do- wolnych kształtach przekroju poprzecznego wyrobiska.

Maszyna drążyła wyrobiska w skałach o wytrzymałości na jednoosiowe ściskanie do 180 MPa. Nie zaobser- wowano kłopotów przy urabianiu oraz nadmiernego zużycia narzędzi dyskowych. Uzyskiwane postępy, przy drążeniu wyrobiska o parametrach około 3x3 m, były dość znaczne i dochodziły nawet do 1,8 mb/

godzinę. Widok takiej maszyny przedstawiono na ry- sunku 8. Jednak prace nad wprowadzeniem tego kom- bajnu, jak też innych maszyn, wykorzystujących po- dobne techniki urabiania, nie wyszły poza prace stu- dialne lub egzemplarze prototypowe.

W górnictwie światowym do drążenia wyrobisk korytarzowych w skałach zwięzłych i bardzo zwięzłych z wykorzystaniem materiału wybuchowego, stosowane są przede wszystkim autonomiczne kompleksy chodni- kowe, w skład których wchodzą: wóz wiertniczy jedno- lub dwuramionowy oraz ładowarka dołowa bocznie sypiąca na podwoziu gąsienicowym, o napędzie elek- trohydraulicznym. Wysięgniki pozwalają na odwierce- nie z jednego położenia wozu wiertniczego wszystkich otworów w zadanej konfiguracji, przy dużej wydajności, nawet do 70 otworów na godzinę. Ładowarka, poza

ładowaniem urobku, może być wykorzystywana jako maszyna pomocnicza przy stawianiu obudowy chod- nikowej. Obecnie coraz częściej kompleksy takie do- datkowo wyposażane są w samojezdne platformy ro- bocze, które ułatwiają i przyspieszają transport oraz montaż obudowy chodnikowej. Takie rozwiązanie po- zwala na uzyskiwanie postępów dochodzących nawet do kilkunastu metrów na dobę. Widok takiego auto- nomicznego kompleksu chodnikowego z wozem wiert- niczym jednoramionowym, ładowarką dołową bocznie sypiącą oraz samojezdną platformą roboczą pokazano na rysunku 9.

4. Przyszłościowe kierunki rozwoju sys-