Технологии сооружения тоннелей

Рисунок 3.9 – Проходка тоннеля щитом, оснащенным исполнительным

органом избирательного действия

Рисунок 3.10 – Проходка тоннеля щитом, оснащенным исполнительным органом бурового действия

1.1.1. Сведения о современных тенденциях развития науки, техники и технологии в области организуемого высокотехнологичного производства/создаваемой высокой технологии. Оценка соответствия предлагаемого проекта этим тенденциям.

Зарубежные фирмы ведут активный поиск по созданию новых технологий проведения горных выработок и формирования подземного пространства, а также созданию геотехники, способной проходить подземные выработки в любом направлении и создавать достаточное напорное усилие на исполнительном органе для разрушения горных пород.

Механизированные проходческие щиты предназначены для проведения горизонтальных горных выработок в условиях неустойчивых пород. Трансмиссии современных механизированных проходческих щитов представляют собой распорно-шагающие органы перемещения, так называемые грипперные системы перемещения. Такие механизмы подачи обеспечивают напорные усилия, значительно превышающие вес самого щита или комбайна, имеют малые габариты и массу, и позволяют работать при большом реактивном моменте на органе разрушения. Недостатками распорно-шагающей системы перемещения являются: цикличность перемещения, малая маневренность и ограниченная область применения – только по крепким устойчивым породам несклонным к вывалам, так как при работе ее элементы упираются в боковые породы.

На рисунке 3.11 представлен проходческий щит фирмы Herrenknecht (Германия) [www.herrenknecht.com/products/tunnel-boring-machines/traffic-tunneling/gripper-tbm.html]. Принцип действия следующий: вначале движения гидродомкраты 2 и 4 подтягивая опорный элемент 6 к несущей балке 1, при этом складывается также и гидродомкрат передвижки 3. Затем на полную величину раздвижности выдвигается гидродомкрат передвижки 3, при этом гидродомкраты 2 полностью складываются, а опорный элемент 6 перемещается на величину шага передвижки. Затем раскладываются гидродомкраты распора 4, упираясь опорными элементами в боковую стену выработки. Затем поднимаются опорные гидродомкраты 5, и вся конструкция перемещается на величину шага передвижки. После чего домкрат 5 снова распирается и фиксирует всю систему от сдвига. Далее цикл повторяется.

Грипперный орган перемещения обладает рядом достоинств:

- большие напорные усилия на забой, значительно превышающие собственный вес комбайна;

- относительно простая конструкция.

К недостаткам данной системы подачи относятся:

- малая маневренность;

- отсутствие возможности собственного перехода в новый забой (требуется проведение монтажно-демонтажных работ и наличие дополнительного транспортного средства);

- большие концентрированные нагрузки на боковые стенки выработки, что ограничивает применение проходческих щитов и комбайнов при проведении выработок в трещиноватых и склонных к вывалам породах;

- циклический характер перемещения.

Компоновочные и конструктивные решения распорно-шагающей трансмиссий, несмотря на конструктивную схожесть проходческих щитов и геохода, невозможно применить в трансмиссии геоходов, в виду того, что при таком типе трансмиссии невозможно реализация вращательного движения головной секции и движителя, соответственно невозможна реализация самой идей геовинчестерной технологии. Поэтому система перемещения неприменима в трансмиссии геоходов нового поколения, в виду явного отличия принципа ее работы.

1 – несущая балка, 2 – гидродомкраты передвижки передние, 3 – гидродомкраты передвижки задние, 4 – гидродомкраты распора, 5 – опорные гидродомкраты, 6 – опорные элементы

Рисунок 3.11 – Механизм перемещения распорно-шагающего типа проходческого щита Herrenknecht

Традиционно в подземных условиях для перемещения проходческого аппарата используются внешние движители: гусеничные, колесные, колесно-рельсовые или распорно-шагающие. Они (движители) хорошо показавшие себя при работе на земной поверхности (на контакте твердой и воздушной сред), не приспособлены для движения в геосреде.

Из этого обстоятельства вытекают основные проблемы современных технологий проведения горных выработок:

· Невозможность движения проходческих аппаратов в любом направлении подземного пространства.

· Невозможность создания больших напорных усилий на исполнительном органе для разрушения крепких пород.

Как следствие, для создания достаточных напорных усилий конструкторы вынуждены увеличивать массу горнопроходческих комбайнов, масса которых уже превышает 100т. Кроме того, продолжают остро стоять вопросы безопасности ведения работ в призабойной зоне.

В процессе работы проходческого комбайна или щита, для создания силы тяги и напорного усилия на исполнительном органе никоим образом не задействована сама внешняя геосреда, а только твердая поверхность выработки на контакте гео и воздушной сред, или при щитовом способе проходки - мощная постоянная крепь.

Дальнейшее развитие работ в области геотехнологий и геотехники может идти по двум направлениям:

1) модернизация существующего горношахтного оборудования и его совершенствование путем создания систем нового технического уровня;

2) поиск и создание принципиально нового, альтернативного инструментария (технологий и геотехники) для освоения недр и формирования подземного пространства.

Традиционное представление проходки выработки, как процесса образования полости в массиве горных пород, всегда определяло и до сих пор определяет направления совершенствования геотехнологий строительства подземных сооружений и, соответственно, создания проходческого оборудования для формирования подземного пространства.

Известные технологии проведения горных выработок, развиваясь по пути увеличения мощности и металлоемкости оборудования, практически исчерпали свои возможности в увеличении производительности, обеспечении безопасности работ и расширения области применения. Поэтому наиболее актуальным является создание принципиально нового, альтернативного инструментария ( геотехники, геотехнологий и крепи) для формирования подземного пространства.

ИУ СО РАН и НИ ТПУ в течение ряда лет вели работы по созданию принципиально нового вида горнопроходческой техники.

Создан научный и практический задел в области разработки новой технологии проведения горных выработок, и нового вида горнопроходческой техники - геоходов, подтверждена патентная чистота разработанных технических и технологических.

Полученные результаты, не только открыли новые направления исследований в области горного дела и определили необходимость зарождения новой отрасли машиностроения - геоходостроения, но и создали предпосылки для прорыва России в лидеры в сфере геотехнологий и горного машиностроения.

Представляемый проект является пионерным в области горного машиностроения. Анализ научных публикаций показал, что ИУ СО РАН и НИ ТПУ является лидером в этом направлении. Аналогов проводимых в горном деле исследований и полученных результатов (кроме авиа- и кораблестроения) как в России, так и в мире пока нет.

Проектом предусматривается создание базового элемента инновационный инструментарий для формирования подземного пространства – геохода.

ИННОВАЦИОННЫЙ ГЕОТЕХНОГИЧЕСКИЙ ИНСТРУМЕНТАРИЙ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПОДЗЕМНОГО ПРОСТРАНСТВА (инновационный ИФПП) – комплекс, включающий в себя:

– новый поход к проведению горных выработок и формированию подземного пространства;

– новые технологии проведения выработок;

– новый класс горнопроходческой техники;

– новый вид крепей горных выработок и обделок подземных сооружений;

– новое научно-методическое обеспечение.

Новый поход к проведению горных выработок и формированию подземного пространства –

проходка горных выработок изначально рассматривается как процесс движения твердого тела (оборудования) в среде вмещающих пород (геосреде).

Приконтурный массив (геосреда) при этом используется:

· как опорный элемент, участвующий в создании движущей силы подземного аппарата - геохода;

· для формирования напорного усилия на исполнительном органе;

· для восприятия реактивных усилий при движении проходческого агрегата (подземного аппарата);

· для выполнения основных технологических операций, включая и крепление выработки постоянной крепью.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 8 9 10 Следующая ⇒