Проходческий комбайн

Проходческий комбайн — это горная машина, предназначенная для механизированного разрушения горной породы и погрузки её на транспортное средство при проведении горных выработок (тоннелей, штреков, квершлагов, уклонов и других). В отличие от очистных комбайнов, которые добывают полезное ископаемое из забоя, проходческие комбайны создают выработку заданного сечения и профиля, обеспечивая её крепление и вентиляцию. Основное применение — в угольной, горнорудной, калийной промышленности, а также в строительстве метрополитенов и транспортных тоннелей.

История

Первые попытки механизировать проходку горных выработок относятся к концу XIX века. В 1890-х годах в США и Великобритании появились прототипы машин, использующих вращающиеся коронки с резцами, однако они были маломощными и ненадёжными.

Начало промышленного производства проходческих комбайнов связано с 1940-ми годами. В 1947 году в СССР на Копейском машиностроительном заводе (КМЗ) был создан первый отечественный проходческий комбайн ПК-3 (проходческий комбайн, модель 3). Он предназначался для проведения штреков в угольных шахтах и имел исполнительный орган в виде коронки с резцами. В 1950-х годах появились более совершенные модели — ПК-9, ПК-10, которые использовали гидравлические и электрические приводы.

В 1960–1970-х годах развитие проходческих комбайнов шло по пути увеличения мощности, надёжности и универсальности. В СССР были разработаны комбайны типа 4ПП-2, ГПКС (гидрофицированный проходческий комбайн со стреловидным исполнительным органом), а также КСП (комбайн стреловый проходческий). Эти машины стали основой механизации проходческих работ в угольной промышленности.

В 1980-х годах появились комбайны с дистанционным управлением и системами автоматизации. В 1990-х — начале 2000-х годов акцент сместился на повышение ресурса, снижение энергопотребления и улучшение условий труда оператора. Современные модели (например, EBZ производства Китая, Sandvik (Финляндия), Voest-Alpine (Австрия), Joy Global (США), а также российские КП-21, КП-24) оснащаются системами пылеподавления, лазерными указателями направления, автоматическими системами управления.

Классификация

Проходческие комбайны классифицируются по нескольким признакам.

По типу исполнительного органа

• Стреловые (корончатые): имеют исполнительный орган в виде коронки, закреплённой на стреле. Стрела может поворачиваться в вертикальной и горизонтальной плоскостях, что позволяет формировать выработку практически любого сечения. Наиболее распространённый тип (например, ГПКС, КСП, EBZ).
• Буровые (роторные): исполнительный орган — вращающийся ротор с резцами, который разрушает породу по всей площади забоя. Обычно используются для выработок круглого сечения (например, ПК-3, ПК-9).
• Комбинированные: сочетают элементы стреловых и буровых органов, позволяя адаптироваться к разным условиям.

По типу разрушения породы

• Избирательного действия: разрушают породу последовательно, отдельными участками (стреловые комбайны). Обеспечивают высокую точность контура выработки.
• Сплошного действия: разрушают породу одновременно по всей площади забоя (роторные комбайны). Производительность выше, но точность контура ниже.

По способу перемещения

• Гусеничные: оснащены гусеничным ходом, обеспечивающим высокую проходимость и устойчивость. Основной тип для подземных условий.
• Колёсные: используются реже, обычно на поверхности или в крупных выработках с твёрдым покрытием.
• Рельсовые: перемещаются по рельсам, применяются в строительстве метрополитенов.

По назначению

• Для угольных шахт: рассчитаны на работу в условиях повышенной взрывоопасности (метан, угольная пыль). Имеют взрывозащищённое исполнение.
• Для рудников и калийных шахт: адаптированы к крепким породам (коэффициент крепости по шкале Протодьяконова до 10–12).
• Для строительства тоннелей: могут работать в породах средней крепости, часто оснащаются системами для набрызгбетонной крепи.

Устройство и принцип работы

Проходческий комбайн состоит из следующих основных узлов:

1. Исполнительный орган — разрушает горную породу. На стреловых комбайнах это коронка с резцами (чаще всего тангенциальными или шарошечными). На роторных — вращающийся барабан или ротор.
2. Стрела — рычаг, на котором закреплён исполнительный орган. Обеспечивает перемещение коронки по забою. Приводится в движение гидроцилиндрами.
3. Погрузочное устройство — механизм для сбора разрушенной породы и подачи её на транспортёр. Обычно это нагребающие лапы (скребки) или вращающиеся звёзды.
4. Транспортёр — ленточный или скребковый конвейер, который перемещает породу от погрузочного устройства в транспортное средство (вагонетку, ленточный конвейер, самосвал).
5. Ходовая часть — гусеничный движитель, обеспечивающий передвижение комбайна по выработке.
6. Гидравлическая система — обеспечивает работу стрелы, погрузочного устройства, а иногда и ходовой части.
7. Электрическая система — питает двигатели исполнительного органа, транспортёра, насосы гидросистемы. Включает взрывозащищённое оборудование для шахт.
8. Система пылеподавления — снижает запылённость воздуха в забое. Может быть водяной (форсунки) или воздушной (отсос).
9. Система управления — от простых рычажных до компьютерных с дистанционным управлением.

Принцип работы: комбайн устанавливается в забое, оператор с помощью стрелы подводит коронку к породе. Вращаясь, коронка срезает слой породы. Разрушенная порода падает на погрузочное устройство, которое направляет её на транспортёр. Транспортёр подаёт породу в вагонетку или на конвейер. После проходки участка комбайн продвигается вперёд.

Применение

Проходческие комбайны используются в следующих отраслях:

• Угольная промышленность: проведение подготовительных выработок (штреков, бремсбергов, уклонов) для обеспечения доступа к угольным пластам. В России на угольных шахтах Кузбасса, Воркуты, Донбасса (ДНР и ЛНР) эксплуатируются комбайны типа КП-21, КП-24, ГПКС, EBZ.
• Горнорудная промышленность: проходка выработок в калийных, медных, железорудных шахтах. В калийных шахтах (например, «Уралкалий», «Беларуськалий») используются комбайны, устойчивые к агрессивной среде.
• Строительство метрополитенов: проходка перегонных тоннелей, станционных комплексов. В России применяются комбайны Voest-Alpine и Sandvik, а также отечественные КП-21.
• Строительство транспортных тоннелей: для автомобильных и железных дорог, гидротехнических сооружений. В этом случае часто используются проходческие щиты, но комбайны применяются на коротких участках и при сложных геологических условиях.
• Гидротехническое строительство: проходка дренажных штолен, водосбросов.

Основные производители

• Россия: Копейский машиностроительный завод (КМЗ) — выпускает комбайны серий КП-21, КП-24, КП-25; ООО «Юргинский машиностроительный завод» — комбайны 4ПП-2, ГПКС; ООО «ПК «Горные машины» — комбайны КСП.
• Китай: компании SANY, Zoomlion, China Coal — выпускают комбайны серий EBZ (например, EBZ-160, EBZ-200, EBZ-260), широко распространённые в России.
• Австрия: Sandvik Mining and Rock Solutions (ранее Voest-Alpine) — комбайны Alpine (например, AM-50, AM-75).
• Финляндия: Sandvik — комбайны серии MB (например, MB-670).
• США: Komatsu Mining Corp. (ранее Joy Global) — комбайны 12CM, 14CM.
• Германия: Eickhoff — комбайны серии EB.

Технические характеристики (примеры)

Интересные факты

• Первый в мире проходческий комбайн, работающий в угольной шахте, был создан в 1947 году в СССР.
• Современные комбайны могут оснащаться системами автоматического управления, которые позволяют оператору находиться на безопасном расстоянии от забоя (до 100 метров).
• В России на угольных шахтах Кузбасса ежегодно проходят более 1000 километров подготовительных выработок с использованием проходческих комбайнов.
• Комбайны для калийных шахт изготавливаются из нержавеющих материалов, так как калийная руда агрессивна к металлу.

Источники

• Горная энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия, 1984–1991.
• Справочник по горным машинам. — М.: Недра, 1985.
• Каталог продукции Копейского машиностроительного завода (КМЗ), 2023.
• Техническая документация SANY, Sandvik, Voest-Alpine.
• «Проходческие комбайны: конструкция, эксплуатация, ремонт» / Под ред. В. И. Клименко. — М.: Горная книга, 2010.