342 / 397
Механики XXI веку. № 16 2017 г.
342
стоящее время в мире активно внедряются послойно-полосовые технологии разработки
сложноструктурных месторождений с использованием карьерных комбайнов [1-7]. Приме-
нение карьерных комбайнов позволяет отказаться от буровзрывных работ, повысить коэф-
фициент извлечения запасов полезного ископаемого из недр и улучшить его качество за счет
селективной выемки [5].
В качестве рабочего органа на карьерных комбайнах обычно используется барабан
или шнек, на которых в определенной последовательности установлены режущие инстру-
менты. В настоящее карьерные комбайны применяются при разработке месторождений угля,
гипса, мергеля, известняков, бокситов, фосфоритов и других полезных ископаемых, также
они разрабатывают вскрышные и вмещающие породы, сложенные песчаниками, сланцами,
алевролитами, аргиллитами, мерзлыми мелкозернистыми породами [8-9]. В зависимости от
физико-механических характеристик, разрабатываемых горных пород, тип и марки породо-
разрушающих инструментов могут изменяться с целью обеспечения наиболее эффективного
процесса резания. Карьерные комбайны оснащаются как стандартным рабочим органом,
предназначенным для разработки пород средней крепости, так и специальными рабочими
органами, предназначенными для работы в легких или тяжелых условиях [10]. Например, так
называемые «угольные» специальные рабочие органы оснащаются породоразрушающим ин-
струментом (резцами) с увеличенным вылетом для обеспечения большего выхода крупных
фракций [11].
Режущие породные инструменты.
Резание слабых по крепости горных пород (1…2
единицы по шкале М.М. Протодьяконова) ведется, как правило, клиновидными резцами вы-
емочных машин. Механизм разрушения породы такими резцами хорошо изучен. При движе-
нии клиновидного резца в породе перед его лобовой поверхностью образуется, так называе-
мое, уплотненное ядро, которое создает давление на вышележащий слой породы, в результа-
те чего возникает предельное состояние, когда сопротивление вышележащего слоя становит-
ся меньше давления со стороны уплотненного ядра и происходит отделение элемента струж-
ки. Для работы на крепких породах такие клиновидные резцы с достаточно широкой режу-
щей кромкой непригодны, поскольку их кромки отгибаются, сминаются и быстро изнаши-
ваются. Для пород с крепостью больше 2…3 единиц по шкале М.М. Протодьяконова целесо-
образно применять резцы с округлыми сферическими наконечниками, при работе таких рез-
цов перед сферическим наконечником также формируется уплотненное ядро, но его тело на-
правлено вниз в сторону массива породы [12]. Уплотненное ядро давит на породу вперед,
вниз и в боковые стороны, что вызывает отрыв части породы с боковых сторон и спереди по
направлению движения рабочего органа. Такие рабочие органы не целесообразно применять
для резания слабых пород, поскольку энергоемкость процесса становится значительно выше,
чем при резании клиновидными резцами.
При переходе комбайна с отработки одного типа горной породы к другой на сложно-
структурных месторождениях сложенных породами разной крепости для обеспечения мини-
мальной энергоемкости резания горных пород и получения большей производительности це-
лесообразна замена рабочего органа на другой, предназначенный для работы в конкретных
условиях (легких, средних или тяжелых) или замена резцов. Однако данная замена, во-
первых, не должна вести к значительным по времени простоям машины. Во-вторых, исполь-
зование рабочего органа при работе с породами большей крепости, чем та на которую он
рассчитан, приводит к быстрому износу и поломкам резцов. В-третьих, при использовании
рабочего органа на заведомо менее крепких породах, чем те для которых он приспособлен,
приводит к неполному использованию технических возможностей комбайна по производи-
тельности и переизмельчению горной массы.
Результаты исследований.
В Институте горного дела ДВО РАН разработан способ
освоения сложноструктурных месторождений твердых полезных ископаемых и фрезерный
рабочий орган карьерного комбайна для осуществления данного способа. Конструкция фре-
зерного рабочего органа карьерного комбайна, оборудованного комбинированным режущим