Горные машины. В двух частях. Часть 2. Машины и комплексы для добычи полезных ископаемых

Допущено
Министерством образования
Республики Беларусь
в качестве учебного пособия для студентов
учреждений высшего образования
по специальностям «Горные машины 
и оборудование», «Разработка месторождений
полезных ископаемых»

 Минск
«Вышэйшая школа»
2018

Под общей редакцией В.Я. Прушака

машины

В двух частях
Часть 2

Горные

Г.В. Казаченко  В.Я. Прушак  Г.А. Басалай

Машины и комплексы 
для добычи 
полезных ископаемых

УДК 622(075.8)
ББК 33я73
 
Г69

Р е ц е н з е н т ы: кафедра «Теоретическая механика и теория механизмов и машин» 
учреждения образования «Белорусский государственный аграрно-технический университет» (заведующий кафедрой доктор технических наук, профессор А.Н. Орда); доцент 
кафедры «Машины и аппараты химических и силикатных производств» учреждения образования «Белорусский государственный технологический университет» кандидат технических наук В.Н. Павлечко

Все права на данное издание защищены. Воспроизведение всей книги или любой ее части 
не может быть осуществлено без разрешения издательства.

ISBN 978-985-06-2982-1 (ч. 2) 
© Казаченко Г.В., Прушак В.Я.,
ISBN 978-985-06-2930-2 
 
Басалай Г.А., 2018
 
© Оформление. УП «Издательство  
 
 
“Вышэйшая школа”», 2018

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

σ – напряжение сжатия, растяжения, изгиба
τ – касательное напряжение, время
ε – относительное изменение какой-либо величины
E – продольный модуль упругости, энергия
G – модуль сдвига, массовая производительность
μ – коэффициент Пуассона
ψ, θ, ϕ – углы рыскания (курсовой), поперечного и продольного крена
l – линейный размер
r – радиус
V – объем
m – масса
ρ – плотность
S – площадь, энергия ускорений
F – равнодействующая внешних сил, действующих на машину (за исключением реакций несущего основания на ходовое устройство)
P – равнодействующая внешних сил (за исключением сил тяжести и реакций 
несущего основания на опорно-ходовое устройство)
p – давление
M – момент
W – момент сопротивления сечения несущей конструкции, основания
ep – удельное сопротивление разрушению
h – глубина резания, толщина стружки
k, c – коэффициенты
ω – угловая скорость
t – шаг, время
z – число резцов в линии резания, число опорных катков
v, u – скорость
H – мощность слоя разрабатываемой породы
B – ширина захвата машины
D, d – диаметры
Q – объемная производительность, обобщенная сила
N – мощность
T – кинетическая энергия, сила трения
П – квазиобобщенная сила
f – коэффициент трения, коэффициент крепости

 

ПРЕДИСЛОВИЕ

Вторая часть учебного пособия посвящается анализу конструкций 
и методам расчета основных конструктивных и режимных параметров 
машин для добычи полезных ископаемых, применяемых в настоящее 
время в горнодобывающей промышленности. Учебный материал построен таким образом, чтобы студенты могли ознакомиться с принципом действия и устройством машин и затем произвести расчет той или 
другой машины на основании расчетных схем, математических моделей и исходных данных.
Порядок изложения учебного материала соответствует учебной 
программе курса «Горные машины и оборудование», изучаемого студентами горных специальностей факультета горного дела и инженерной экологии БНТУ. Так как современное многообразие горных машин вряд ли можно отразить в одном, даже очень объемном учебном 
пособии, авторы основное внимание уделили машинам, которые эксплуатируются и производятся в Республике Беларусь. Вместе с тем в 
пособии предлагаются такие методы анализа и расчета конструкций и 
режимов работы, которые применимы по отношению к любым машинам, предназначенным для добычи полезных ископаемых.
При написании пособия использовался большой опыт подготовки 
подобных материалов в вузах Российской Федерации и уже сформировавшейся школы исследователей в Беларуси.
Авторы выражают благодарность сотрудникам кафедр горного профиля Белорусского национального технического университета и специалистам ряда предприятий горной промышленности и горного машиностроения, ценные советы которых учтены при подготовке пособия. Чрезвычайно признательны авторы также рецензентам доктору 
технических наук, доценту А.Н. Орде, кандидату технических наук 
В.Н. Павлечко за важные замечания, способствовавшие улучшению 
содержания книги.
Любые замечания и предложения по улучшению пособия принимаются по адресу: 220013, Минск, пр. Независимости, 65, кафедра «Горные машины», или по электронному адресу: irgrig@tyt.by.

Авторы

ВВЕДЕНИЕ

В зависимости от технологии добычи полезных ископаемых горные 
работы могут проводиться разными способами. Наиболее распространенными являются открытые и подземные способы разработки месторождений [1–4]. Большинство работ в настоящее время выполняется 
комплексами машин, управляемых современными компьютеризированными системами. Эти комплексы существенно различаются между 
собой, несмотря на то что в их основе лежат одни и те же принципы 
механики машин, а иногда одни и те же конструктивные схемы соединения составляющих их агрегатов.
Открытый способ разработки месторождений полезных ископаемых распространен повсеместно, с помощью его технологий добывается большая часть сырья для всех отраслей промышленности. Однако 
значительная доля минеральных и органических ресурсов добывается 
подземным, или шахтным, способом. Как правило, издержки при добыче сырья таким способом превышают таковые при добыче другими 
способами. Выбор способа добычи чаще всего определяется экономическими критериями, хотя в ряде ситуаций открытые горные работы 
нельзя выполнять и по другим причинам, например экологическим.
В нашей стране подземным способом добываются калийные 
руды – сырье для производства калийных удобрений. Большой объем 
подземных горных работ выполняется в строительстве, проходке тоннелей в объединении «Минскметрострой», а также при сооружении 
различных подземных конструкций. Годовые объемы добычи калийных 
руд в ОАО «Беларуськалий» составляют около 40 млн т, что дает возможность поставлять на внутренний и внешний рынки более 8 млн т 
калийных удобрений – примерно каждую седьмую тонну калийных 
удобрений, производимых на земном шаре.
Для добычи нефти, газа и ряда растворенных и растворимых горных пород применяется скважинный способ. Литература, посвященная этому способу добычи полезных ископаемых, традиционно выделяется отдельным блоком. Поэтому в настоящем пособии машины и 
оборудование, с помощью которых реализуется этот способ, не рассматриваются. Книга посвящена в основном машинам и комплексам, 
используемым при добыче калийной руды на калийных месторождениях Беларуси, а также при выполнении горных работ в строительной 
отрасли и добыче торфяного сырья.

1. ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ДОБЫЧИ
СОЛЯНЫХ ПОРОД ПОДЗЕМНЫМ СПОСОБОМ

В зависимости от горно-геологических условий залегания полезных 
ископаемых, а также физико-химических свойств разрабатываемых 
пород применяются различные технологии их выемки из земной коры. 
Подземные залежи полезных ископаемых, к которым относятся соляные месторождения нашей страны, разрабатываются с помощью двух 
основных технологий: шахтной (камерная и столбовая системы) и 
скважинной. Шахтная технология включает процессы подготовки месторождений к выемке полезного ископаемого, его выемку, транспортирование и подъем на поверхность. Поскольку полезные ископаемые, 
как правило, содержат не только те минералы, которые нужны для 
дальнейшей переработки, но и различного вида сопутствующие породы, то некоторые технологии предполагают также повышение концентрации полезных минералов в добываемом сырье, т.е. обогащение. 
В настоящее время практически все горные работы при подготовке месторождений и выемке полезных ископаемых механизированы и выполняются обычно комплексами машин, увязанными между собой основными конструктивными, функциональными и эксплуатационными параметрами.
Выемка соляных пород на Старобинском месторождении осуществляется двумя системами разработки: камерной и столбовой, а также их 
различными комбинациями. 

1.1. Камерная система добычи пород

Один из вариантов разработки подземных месторождений камерной системой представлен на рис. 1.1. При использовании камерной 
системы шахтное поле разбивается на участки системой горизонтальных или пологонаклонных выработок, называемых штреками. Полезное ископаемое вынимается последовательно из камер комплексом 
машин, в который входят проходческо-очистной комбайн, бункер-перегружатель, один или несколько самоходных вагонов. 
Недостатком камерной системы является то, что в межкамерных 
целиках остается значительное количество полезного ископаемого, а 
также сравнительно невысокая ее производительность. 

1
2
3
4
5
6
7
8
Б
А

4,1
1,2
4,1
1,2
4,1
1,2
4,1

А–А

Б–Б

9
10
11

Рис. 1.1. Схема выемки полезного ископаемого камерной системой разработки:
1–3 – панельные штреки (транспортный, конвейерный, вентиляционный); 4 – стартовый штрек; 
5–7 – блоковое штреки (конвейерный, транспортный, вентиляционный); 8 – очистные камеры; 9 – 
проходческо-очистной комбайн; 10 – бункер-перегружатель; 11 – самоходный вагон

1.2. Столбовая система выемки полезного ископаемого

В настоящее время в объединении «Беларуськалий» преимущественно используется система разработки длинными столбами 
(рис. 1.2).
Схемы разработки, указанные выше, далеко не полностью исчерпывают все варианты технологий добычи полезных ископаемых под

земным способом. Могут применяться, например, технологии, в которых вышеприведенные системы используются совместно или выемка 
полезного ископаемого производится с помощью бурошнековых установок.

Рис. 1.2. Схема выемки полезного ископаемого системой разработки длинными столбами:
1 – панельный конвейерный штрек; 2–4 – конвейерный, вентиляционный и транспортный штреки 
лавы; 5, 6 – разгружающая и вспомогательные выработки

1.3. Скважинная добыча горных пород

Скважинная добыча полезных ископаемых – одна из древнейших 
технологий разработки месторождений, с помощью которой добывались воды и соляные растворы. Особое развитие технологии скважинной добычи получили в XIX–XX вв. при добыче нефти, газа и воды. 
В настоящее время с помощью скважинных технологий ведется добыча ряда твердых полезных ископаемых.

В Республике Беларусь скважинные технологии используются для 
добычи нефти и попутного газа, воды, каменной соли и некоторых 
других растворимых минералов. Отдельные виды ископаемых (горючие сланцы, уголь и др.) при добыче скважинными геотехнологиями 
подвергаются подземной газификации. Скважинные технологии реализуются при добыче каменной соли на Мозырском месторождении. 
Суть технологии заключается в подземном растворении ископаемого 
жидкостью (водой или специальной эмульсией), подъеме раствора на 
поверхность и последующем обезвоживании до требуемого влагосодержания. Такие технологии имеют применение при добыче полезных 
ископаемых, которые растворяются в воде или других жидкостях. Добыча нефти или природных попутных газов также производится с помощью скважинных технологий. Однако назначение скважин при их 
добыче несколько иное, чем при растворении минералов: они создают 
давление для выхода нефти из земной коры и служат трубопроводами. 
Добыча нефти и газа – самостоятельная отрасль горного производства. 
Поэтому в научной и учебной литературе проблемы исследования 
скважинной добычи обычно выделяются в специальный блок. 
Технические средства для скважинной добычи производятся рядом 
компаний Беларуси. Здесь, прежде всего, необходимо отметить буровые вышки ЗАО «Солигорский институт проблем ресурсосбережения с 
опытным производством» (СИПРсОП), колтюбинговые установки для 
бурения и ремонта скважин, выпускаемые СЗАО «Фидмаш» (Минск). 
Особую перспективу для условий Беларуси и России имеют мобильные колтюбинговые установки на базе колесных тягачей Минского завода колесных тягачей (МЗКТ), Минского автомобильного завода 
(МАЗ) и Камского автомобильного завода (КамАЗ). Комплексы колтюбингового оборудования могут быть смонтированы и на других 
транспортных средствах. Перспективность применения таких бурильных комплексов определяется использованием длинномерных безмуфтовых труб. 
В связи с большим объемом буровых работ при добыче вод различного состава и назначения широкое применение имеют бурошнековые 
мобильные установки, которые также выпускаются рядом белорусских 
производителей.

К о н т р о л ь н ы е  в о п р о с ы

1. Какие системы разработки применяются при добыче соляных пород?
2. Какие комплексы машин используются для выемки полезного ископаемого различными системами разработки?
3. В чем могут заключаться перспективы скважинной разработки месторождений полезных ископаемых?

2. ПРОХОДЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ

2.1. Общие сведения о проходке подземных выработок

При камерной системе разработки месторождений, а также при 
проходке подземных горных выработок другого назначения обычно используются комплексы машин. Основными машинами таких комплексов являются проходческие комбайны. Проходческие комбайны выполняют операцию разрушения массива горной породы и ее погрузки 
на какое-либо средство транспортирования отбитой и раздробленной 
породы. Такие комбайны делятся на два типа – фронтального и избирательного действия. Комбайны фронтального действия – это комбайны, 
органы разрушения которых отрабатывают (фрезеруют) одновременно 
всю поверхность забоя. Под комбайнами избирательного действия понимаются комбайны, органы разрушения которых обрабатывают поверхность забоя последовательно по частям, а не всю одновременно.
Такая классификация, как и большинство других, является в некоторой степени условной, так как органы разрушения могут содержать 
элементы фронтального и избирательного действия. При разработке 
месторождений полезных ископаемых и проходке подземных горных 
выработок другого назначения в нашей стране используются комбайны 
того и другого типов.
Производство практически всех типов комбайнов освоено у нас в 
республике. Эти сложные машины производятся ЗАО «СИПРсОП», который не только обеспечивает ими рудники ОАО «Беларуськалий», но 
и экспортирует некоторые из них за рубеж, выдерживая конкуренцию 
с традиционными производителями горно-шахтного оборудования в 
России, Украине, Польше и других странах.
Транспортирование отбитой комбайнами горной массы от комбайнов к штрековым конвейерам осуществляется несколькими способами 
с использованием различных машин. В настоящее время в ОАО «Беларуськалий» для этой цели применяются бункеры-перегружатели и самоходные вагоны. Бункеры-перегружатели выполняют функцию промежуточной емкости, заполняемой в период отсутствия рядом с комбайном самоходного вагона. В зависимости от производительности 
комбайна, грузоподъемности самоходных вагонов и бункеров-перегружателей применяется несколько основных вариантов работы проходческих комплексов (рис. 2.1).
Представленные на рис. 2.1 схемы работы проходческих и проходческо-очистных комплексов, используемых на предприятиях ОАО «Беларуськалий», совершенствуются в направлении повышения производительности различными способами. В применяемых технологических 
схемах повышается грузоподъемность самоходных вагонов и бункеровперегружателей, а также увеличиваются их рабочие скорости.