Горные машины: классификация и принципы работы¶

Горные машины — это класс технологического оборудования, предназначенного для механизации процессов добычи, переработки и транспортировки полезных ископаемых открытым и подземным способами. Данный класс охватывает широкий спектр устройств — от самоходных карьерных экскаваторов до стационарных дробильных установок и шахтных подъёмных машин. Основной функцией горных машин является замена ручного труда и повышение эффективности горного производства при обеспечении безопасности работ.

¶Классификация горных машин

Классификация горных машин проводится по нескольким признакам: по технологическому назначению, способу воздействия на горную массу, условиям эксплуатации (открытые или подземные работы) и степени мобильности.

¶По технологическому назначению

Наиболее распространённое деление, принятое в горном деле, выделяет следующие основные группы:

1. Выемочно-погрузочные машины. Предназначены для отделения горной массы от массива и её погрузки в транспортные средства или на конвейер. К ним относятся экскаваторы (механические лопаты, драглайны, роторные), погрузчики (фронтальные, ковшовые) и скреперы.
2. Буровые машины и установки. Используются для бурения шпуров и скважин под взрывные работы, анкерное крепление или дегазацию. Включают буровые станки шарошечного, пневмоударного и вращательного бурения, а также перфораторы.
3. Машины для проходки и крепления. Применяются при проведении горных выработок: проходческие комбайны (избирательного и бурового действия), щитовые проходческие комплексы, крепеустановщики и анкероустановщики.
4. Транспортные машины. Обеспечивают перемещение горной массы от забоя до перерабатывающих комплексов или отвалов. Представлены карьерными самосвалами, локомотивным транспортом (электровозы, вагонетки), конвейерами (ленточными, скребковыми) и гидротранспортом.
5. Дробильно-сортировочное оборудование. Используется для первичной переработки добытого сырья: щековые, конусные, роторные и молотковые дробилки, а также грохоты для разделения по крупности.
6. Подъёмные установки. Применяются на шахтах для выдачи полезного ископаемого на поверхность и спуска-подъёма людей и оборудования. Включают шахтные подъёмные машины (барабанные, многоканатные), скипы, клети и противовесы.
7. Вспомогательные машины. Обеспечивают поддержание инфраструктуры: вентиляторы главного проветривания, водоотливные насосы, подземные бульдозеры, машины для доставки материалов (самоходные вагоны, МТТ — машины технологические транспортные).

¶По способу воздействия на среду

Различают машины с механическим, гидравлическим, пневматическим, взрывным и комбинированным способом разрушения. Механическое разрушение является доминирующим и реализуется резанием, скалыванием, дроблением или истиранием породы рабочим органом.

¶Принципы работы основных типов

¶Экскаваторы

Принцип работы механической лопаты (прямая лопата) основан на внедрении ковша в забой с усилием напора рукояти и подъёма ковша. Ковш, закреплённый на жёсткой рукояти, отделяет породу и поднимается к месту разгрузки. Драглайн работает иначе: ковш забрасывается на расстояние за счёт махового движения стрелы, а затем подтягивается к машине, срезая слой породы. Роторные экскаваторы непрерывного действия оснащены колесом с ковшами, которые черпают породу при вращении ротора и разгружают её на конвейер, обеспечивая непрерывный поток добычи.

¶Буровые станки

Шарошечное бурение основано на вращении долота, оснащённого шарошками (конусными фрезами с зубьями). При вращении шарошки перекатываются по забою, скалывая породу. Станок передаёт на долото осевое усилие (нагрузку) и крутящий момент, а для очистки скважины от шлама применяется сжатый воздух или промывочная жидкость. Пневмоударное бурение использует ударный механизм (пневмоударник), который наносит частые удары по долоту, разрушая породу, при этом вращение долота необходимо для перекрытия всей площади забоя.

¶Проходческие комбайны

Комбайны избирательного действия оснащены стреловидным рабочим органом с коронкой, усеянной резцами. Коронка вращается и внедряется в забой, срезая породу послойно. Комбайн маневрирует стрелой, отрабатывая забой по заданной схеме (сверху вниз или зигзагом). Отбитая порода захватывается погрузочным устройством (звёздчатыми или гребковыми питателями) и передаётся на бортовой конвейер, который разгружает её в вагонетки или на перегружатель. Комбайны бурового действия имеют два вращающихся навстречу друг другу рабочих органа, которые врезаются в массив по всей площади забоя одновременно.

¶Карьерные самосвалы

Принцип работы карьерного самосвала (например, БелАЗ) заключается в циклической транспортировке горной массы. Самосвал загружается экскаватором, затем движется по технологическим автодорогам к пункту разгрузки (отвалу, бункеру дробилки). Разгрузка осуществляется путём подъёма кузова гидроцилиндрами под углом до 50–60 градусов, после чего порода высыпается под действием силы тяжести. Современные модели оснащаются электромеханической трансмиссией мотор-колеса, что повышает КПД и управляемость на уклонах.

¶Тенденции развития

Современное развитие горных машин характеризуется ростом единичной мощности (экскаваторы с ковшом до 100 м³, самосвалы грузоподъёмностью до 450 тонн), внедрением систем автоматизации и дистанционного управления (роботизированные буровые станки и погрузчики), использованием электропривода для снижения выбросов и переходом на циклично-поточные технологии с применением конвейерного транспорта.