Разработка пилотного проекта тоннелепроходческого механизированного комплекса, формирующего элипсовидную форму поперечного сечения выработки

Настоящее время отмечается значительный прогресс в технологии щитовой проходки, успешно конкурирующей с механическим и буро - взрывным мето- дом сооружения тоннелей. Тоннелепроходческие механизированные комплексы с роторным рабочим органом заметно расширили область применения щитовой техники, в том числе при строительстве в сложных инженерно-геологических условиях. Используемые щитовые комплексы имеют в основном круглую форму поперечного сечения.

Однако в автомобильном тоннеле с круглым поперечным сечением площадь используется нерационально, так как возможно разместить только три усеченных по высоте полосы движения транспортных средств. В соответствии с существующими нормативами ширина дорожной полосы в автодорожных тоннелях должна быть равна 3,75 метра, а высотный габарит должен быть не менее 5 метров.

По этой причине для автодорожного тоннеля с многополосным движением транспортных средств выполненное сечение должно быть вытянутым вдоль горизонтальной оси [4].

Напряженно-деформированное состояние вокруг капитальных выработок имеют свои особенности, прежде всего связанные с геометрией этих выработок. В этом случае для анализа геомеханических процессов нельзя ограничиваться плоскими поперечными сечениями и следует рассматривать объемные задачи, для решения которых целесообразно использовать численный метод конечных элементов (МКЭ) [1].

Чтобы упростить определение напряженно-деформированного состояния вокруг поперечных сечений выработок различных форм были использованы методы расчета С.Е. Инглис и Г.В. Колосов, а также Кирша.

Для создания тоннеля с оптимальной формой сечения, обеспечивающей четырехполосное движение транспортных средств, и снижении затрат на разработку породы, необходим проходческий щит с исполнительным органом, повторяющим своей геометрией рациональную форму автодорожного тоннеля [3]

Общий вид тоннелепроходческого комплекса приведен на рисунке 1.

Главная особенность нового ТПМК – поперечноосевые режущие барабанные исполнительные рабочие органы. Форма разрабатываемого исполнительного рабочего органа – усеченный конус со скруглением у оснований. Данная разработка основывается на проходческом модернизированном комбайне КП21, получившим исполнительный рабочий орган в виде режущих барабанов для присечки пород с коэффициентом крепости по проф.М. М. Протодьяконову f ≤ 8.

Основной задачей создания исполнительный рабочий орган в виде режущих барабанов является достижение максимальной производительности при разрушении горных пород с минимальными энергозатратами.

Удельные затраты мощности зависят от большого числа параметров, характеризующих процесс отбойки породы исполнительными рабочими органами. Среди этих параметров, помимо прочностных свойств породы, большое значение имеет толщина, снимаемая резцами.

Рис. 1. Схема пилотного проекта нового проходческого комплекса (1 – планшайба, 2 – барабанный исполнительный рабочий орган, 3 – щит-оболочка, 4 – гидродомкрат, 5 – блокоукладчик, 6 – транспортер, 7 – вагонетка, 8 – секция крепи).

• 2.  Горные машины и автоматизированные комплексы / Солод

  В.И., Зайков В.И. Первов К.М.// Горное оборудование и элек тромеханика. – 1981. – 503 с.

• 3.    Секачёв Д.Е., Телегина О.В. Сборник научных трудов студентов и аспирантов НИТУ МИСиС кафедры Инжиниринг технологического оборудования // Изд. дом МИСиС. – 2015. – № 5. – С. 93 – 96.

• 4.    Субботин В.А., Телегина О.В. Технология сооружения магистрального сечения модульным универсальным щитовым проходческим комплексом «МУСКАТ» // Горное оборудование и электромеханика. – 2010. – № 7. – С. 2–4.

Влияние глубины резания на удельные затраты мощности изучалось многими исследователями и может быть описано следующий формулой [2]: E = c_x х h ² (2) где h – толщина, снимаемой резцами стружки (глубина резания), которая понимается, как толщина слоя породы, снимаемой резцом;

с1; с2 – параметры, значение которых устанавливается экспериментально. шарошки, резцы и скребки будут располагаться на рабочем органе с определенным шагом по спирали.

Для определения характера расположения режущего инструмента на барабанных исполнительных рабочих органах был проведен ряд исследований. В результате было установлено, что наиболее эффективным является расположение резцов и шарошек по винтовой спирали с определенным шагом.

Таким образом, новый тоннелепроходческий механизированный комплекс позволит проходить выработки близкие к эллипсоидальной форме поперечного сечения, что позволит сократить время на осуществления проходческого цикла щитового комплекса, а также сократит энергопотребление и стоимость километра проходки выработки.