История создания и тенденции развития горных машин

Горная промышленность обеспечивает добычу полезных ископаемых, являющихся основным сырьем для всех остальных отраслей промышленности. Главным сырьевым звеном системы является топливная промышленность, обеспечивающая необходимые условия жизнедеятельности человека и энерговооруженности его труда. Д. И. Менделеев отмечал, что «…первое место между ископаемыми принадлежит каменным углям … они составляют питательное средство всей промышленности». Еще в 1724−25 гг по заданию Петра I проводилась разведка угля в Донецком, Подмосковском и других бассейнах. Интерес к углям особенно возрос в XVIII веке в связи с интенсивным строительством чугунолитейных заводов.

Добыча и переработка руд были издавна известны в России. Уже в XII—XIII вв. в центральных русских областях достигло высокого развития кустарное производство железа из болотных руд. Начало развития железорудной промышленности Урала относится к 1631 г, когда был основан Ницинский завод. Уже во второй половине XVIII века по выплавке чугуна Россия обогнала западноевропейские страны, а вывоз железа стал крупной статьей русского экспорта. В XIX веке Россия экспортировала около 4 тыс. тонн меди в год. Большое значение в России уделялось добыче благородных и драгоценных металлов.

При сравнительно больших масштабах развития горнорудной промышленности в России уровень механизации работ был крайне низок. Лишь в начале XX века на ряде рудников начали применять перфораторы, которые являлись единственным средством механизации проведения шпуров и скважин.

Ударно-поворотный способ бурения, к которому относятся перфораторы, был известен в Китае свыше 2 тысяч лет назад. Этим способом бурили скважины с помощью бамбуковых штанг для добычи поваренной соли. В России бурение первых скважин отмечалось в IX веке, так же при добыче соли в Старой Руссе. В середине XIX века ударное бурение с помощью ручных приспособлений стало вытесняться портативными механическими станками. В 1859 г Г. Д. Романовский в качестве привода бурового станка использовал паровую машину. В середине XIX века при бурении на нефть использовалась конная тяга. В 1901 году на Бакинских нефтепромыслах появились первые электрические двигатели, заменившие паровые машины. В 1924 г инженерами М. А. Канемошниковым, С. М. Волох и Н. А. Кореневым был сконструирован первый турбобур, положивший начало бурению скважин на большие глубины до 1000 и более метров.

Морская скважина впервые была пробурена в Тихом океане (США) в 1897 г. В России шельфовое бурение было начато в 1924 г в Каспийском море. В настоящее время добыча нефти и газа из-под воды является одним из перспективных направлений разработки месторождений полезных ископаемых.

Машинное бурение шпуров впервые было предложено в 1683 г немецким механиком Г. Гутманом. Поршневые бурильные машины для ударного бурения скважин были созданы инженером Соммейе и успешно использовались при проведении тоннеля в Альпах, на много сократив его строительство. Вращательный способ бурения стал широко внедряться на горных предприятиях лишь в начале XX века. Шарошечный способ впервые появился в 1937 году на карьерах США. В России он получил широкое распространение с начала 60-х годов. В настоящее время это один из основных способов бурения взрывных скважин на карьерах. С 50-х годов при бурении скважин находят применение погружные перфораторы и пневмоударники.

Алмазное бурение было предложено в 1862 году швейцарским часовщиком Ж.Лешо. Этот, один из возможных и производительных способов бурения в условиях весьма крепких пород, широко используется и при разведочном бурении.

Различные способы бурения лишь частично механизируют процесс ведения буровзрывных работ. Для повышения эффективности этого процесса была необходима подрубка полезного ископаемого, проведение щелевого вруба — дополнительной плоскости обнажения забоя. Первая врубовая машина была изготовлена в 1852 году в Великобритании, она имела исполнительный орган в виде вращающегося диска, армированного резцами. Еще раньше в 1761 году Майклом Мензис была создана врубовая машина, работающая по принципу кайла, приводящаяся в движение кривошипно-шатуным механизмом от усилий рук человека. В 1864 г была изготовлена первая цепная врубовая машина с баром, которая явилась прототипом современных машин. В 1873−74 гг. на Грушевском руднике работало две паровых врубовых машины. Серийный выпуск машин был освоен Горловским машиностроительным заводом в 1927 г. Уже в 1928 г на шахтах бывшего СССР работало более 500 врубовых машин, обеспечивающих существенный рост механизации процесса ведения очистных работ.

Врубовые машины явились основой для создания первого в мировой практике очистного комбайна. Комбайн был создан в 1931 году нашим соотечественником инж. А. И. Бахмутским. Угольный комбайн механизировал наиболее трудоемкие операции в очистном забое — выемку и погрузку угля. Серийное производство комбайнов было начато в 40-х годах. Процесс механизации выемки широкозахватными комбайнами был непродолжительным. Уже в 60-е годы наметился переход от широкозахватной к узкозахватной технологии выемки угля с созданием принципиально нового очистного оборудования. включающего в себя узкозахватные комбайны и механизированные крепи.

Впервые идея механизированной передвижной крепи была предложена инженером И. А. Журавлевым в 1932 году. Аналогичная идея была выдвинута и реализована на стенде в 1938 году А. Д. Гридиным, А. А. Пичугиным и Ф. И. Барановским. Отечественная война прервала начатые работы, но уже в 1946 году был изготовлен и испытан в Кузнецком бассейне первый в мировой практике выемочный агрегат «Кузбасс» с передвижной механизированной крепью. Несколько позже были созданы механизированные крепи типа Щ («Щекинская») и агрегаты типа А. В 1958 г прошла успешные испытания механизированная крепь «Тула» с узкозахватным комбайном КУ-60, которые явились основой для серийного выпуска комплексов типа ОМКТ и ОКП. Основные идеи, заложенные в конструкции этих комплексов, послужили основой для широкого применения механизированных комплексов и щитовых крепей как у нас в стране, так и за рубежом. В настоящее время комплексная механизация является основным средством выемки угля.

Высокие темпы подвигания очистных забоев, оснащенных средствами комплексной механизации, вызывали необходимость механизации процессов проведения подготовительных выработок. Проходческие комбайны появились несколько позже очистного оборудования. Лишь в 50-е годы был начат серийный выпуск проходческих комбайнов типа ПК-2М, ШБМ и ПК-3. Они явились основой для разработки в последующем мощного проходческого оборудования нового поколения.

В настоящее время комплексная механизация является превалирующей как при разработке угольных, так и рудных месторождений полезных ископаемых. Механизация процессов буровзрывных работ базируется на широком использовании мобильного самоходного оборудования, существенно снижающего трудоемкость работ при бурении, погрузке и транспорте полезного ископаемого. Более 90% добычи угля подземным способом производится выемочными комбайнами и комплексами с механизированными крепями. При проведении подготовительных выработок, наряду с высокопроизводительными проходческими комбайнами, также нашли применение проходческие комплексы оборудования. Комплексная механизация и автоматизация основных технологических процессов в ряде случаев исключает необходимость присутствия людей в очистных и подготовительных забоях.