Руководство по туннельным сверлильным машинам: выбор, методы и производительность

Введение

Подземные раскопки выглядят прямо с поверхности: создайте отверстие, удалите сломанный материал и продолжайте продвигаться. На практике выбор правильной туннельной буровой машины предполагает гораздо больше, чем просто выбор самого мощного доступного оборудования.

Размеры туннеля, прочность горных пород, геологическая изменчивость, требуемая точность профиля, способность удалять материалы, условия вентиляции и вспомогательное оборудование - все это влияет на то, какой метод раскопок имеет смысл.

Существует также важная терминологическая проблема Люди, ищущие туннельную буровую машину, могут иметь в виду несколько различных типов подземного оборудования В инженерной практике буровая установка, используемая для буровзрывной выемки, туннелепроходческая машина и проходческий комбайн выполняют разные функции и используют разные принципы выемки.

Понимание этих различий является первым шагом на пути к принятию практического решения об оборудовании.

Данное руководство охватывает:

• Что на самом деле означает туннельная буровая машина в подземных проектах
• Основные методы раскопок, используемые в туннелях
• Различия между буровыми установками, ТБМ и проходческими комбайнами
• Как геология влияет на выбор машин
• Почему размеры туннеля имеют значение
• Соображения по резке, сверлению и удалению материала
• Координация оборудования при подземных раскопках
• Автоматизация и мониторинг состояния
• Факторы технического обслуживания, влияющие на долгосрочную производительность
• Практическая основа для выбора подходящего оборудования

Что такое туннельно-сверлильный станок?

Туннельная буровая машина - это широкий поисковый термин, обычно используемый для машин, участвующих в создании подземных ходов через горные породы, минеральные образования или другие геологические материалы.

Однако не каждая машина, описанная этой фразой, на самом деле сверлит отверстия.

Некоторые машины используют вращающиеся или ударные буровые инструменты для создания взрывных скважин. Другие механически разрезают забой туннеля. Большие машины могут непрерывно выкапывать почти все поперечное сечение туннеля.

Ключевое отличие - механизм выемки.

Буровая установка создает узор из отверстий в забое туннеля. Эти отверстия обычно являются частью цикла буровзрывных работ.

В проходческом комбайне используется вращающаяся режущая головка, установленная на стреле для механического отрыва материала от забоя.

A туннелепроходческий станок обычно используется большая вращающаяся режущая головка для непрерывной выемки круглого профиля туннеля.

Это различие имеет значение, поскольку каждая машина создает совершенно разный рабочий процесс земляных работ.

Если вы оцениваете туннельную буровую машину, начните с вопроса, что на самом деле ожидается от машины: бурить взрывные скважины, механически выкапывать породу или выполнять непрерывную полнозабойную расточку.

Чем различаются методы туннельных раскопок

Не существует единого метода проходки туннелей, который лучше всего работает в любой подземной среде.

Практический выбор обычно зависит от взаимосвязи между геологией, геометрией туннеля, длиной проекта и эксплуатационными требованиями.

Буровые и взрывные раскопки

В буровзрывной выемке используется буровое оборудование для создания спроектированного рисунка отверстий в забое туннеля. Затем взрывчатые вещества размещаются и инициируются, после чего сломанный материал необходимо удалить до начала следующего цикла.

Этот метод может адаптироваться к неправильной форме туннелей и изменению геологических условий.

Однако раскопки проходят циклами. бурение, зарядка, взрывные работы, вентиляция, масштабирование и удаление грязи должны быть тщательно скоординированы.

Таким образом, туннельная буровая машина, используемая в этой системе, является лишь частью процесса земляных работ.

Механические раскопки

Механическая выемка удаляет породу напрямую, а не сначала создает узор из взрывных скважин.

Одним из примеров являются проходческие комбайны.

Их режущие головки непрерывно удаляют материал из выбранных участков забоя туннеля, позволяя оператору постепенно контролировать профиль выработки.

Это может быть особенно полезно там, где важны контролируемая выемка грунта, ограниченное подземное пространство или непрерывная механическая работа.

Полнозабойное туннельное бурение представляет собой еще один механический подход, но оно работает иначе, чем проходческий комбайн, и обычно подходит для проектов, в которых геометрия туннеля и условия проекта оправдывают специальную систему бурения.

Правильное сравнение, следовательно, не просто “какая машина сильнее?”

Это “какая система земляных работ соответствует подземным условиям?”

Туннельная сверлильная машина против комбайна против ТБМ

Пользователи часто сравнивают эти категории оборудования, потому что все три могут участвовать в строительстве туннелей. Однако их роли существенно различаются.

В таблице раскрыт важный момент: туннельную буровую машину не следует выбирать независимо от метода выемки.

Если в операции используется бурение и взрыв, точность бурения и производительность проходки имеют основополагающее значение.

Если предпочтительна непрерывная механическая выемка, а проходческий комбайн гусеничного туннеля может выполнять совершенно другую роль, разрезая забой напрямую, а не готовя взрывные скважины.

TBM представляет еще одну операционную модель, в которой оборудование для земляных работ и геометрия туннеля гораздо более тесно интегрированы.

Таким образом, решение об оборудовании начинается со стратегии раскопок, а не со спецификаций оборудования.

Как геология влияет на выбор туннельно-сверлильных машин

Геология является одним из самых сильных факторов, влияющих на производительность подземного оборудования.

Два туннеля со схожими размерами могут потребовать совершенно разного оборудования, если их геологические условия различаются.

Сила камня имеет значение, но ее не следует рассматривать отдельно.

Абразивность горных пород влияет на износ инструмента. Соединение и трещины могут повлиять на устойчивость лица и поведение при поломке. Вода может изменить условия эксплуатации. Изменения в геологических слоях могут привести к быстро меняющимся нагрузкам на машины.

Для бурового оборудования геология влияет на скорость проникновения, выбор бурового инструмента и устойчивость отверстий.

Для механического режущего оборудования геология влияет на сопротивление резанию, расход резака, вибрацию и достижимый прогресс.

Для полнозабойной системы растачивания изменение геологических условий может повлиять на нагрузки фрезы, устойчивость и использование машины.

Это означает, что оценка оборудования должна основываться на репрезентативной геологической информации, а не на одном показателе прочности горных пород.

Машина, которая хорошо работает на одном участке туннеля, может вести себя по-другому после входа в более твердый или более абразивный пласт.

Поэтому при выборе опытного оборудования учитываются как средние условия, так и ожидаемые геологические экстремальные явления.

Почему важен размер туннеля и рабочее пространство

Размеры машины иногда рассматриваются как вторичные спецификации. под землей, они могут определить, является ли оборудование практичным вообще.

Перед выбором туннельно-сверлильного станка рассмотрим

• Ширина туннеля
• Высота туннеля
• Необходимый профиль раскопок
• Радиус поворота
• Дорожный просвет
• Максимальный рабочий градиент
• Размеры доступа
• Пространство, необходимое для вспомогательных операций
• Для удаления грязи требуется место
• Положение инженерных коммуникаций и вентиляционного оборудования

Машина может физически поместиться внутри туннеля, но ей все равно не хватает места для эффективной работы.

Движение стрелы - хороший пример.

Буровое или режущее оборудование требует достаточного рабочего пространства для достижения необходимых частей забоя туннеля. Если кабели, вентиляционные каналы или несущие конструкции ограничивают движение, теоретический рабочий диапазон может не равняться полезному рабочему диапазону.

То же самое касается и токарной обработки и перемещения машин.

Таким образом, компактное подземное оборудование может предложить преимущества, которые не видны только в энергетических характеристиках.

Существующий анализ PingAn Machinery небольшая туннелепроходческая машина также показано, почему подземные раскопки в замкнутом пространстве требуют, чтобы размеры оборудования и маневренность учитывались наряду с производительностью раскопок.

Производительность резки и сверления следует оценивать в контексте

Заманчиво сравнивать машины, используя одну заголовочную спецификацию.

Для бурового оборудования это может быть скорость бурения.

Для проходческого комбайна это может привести к отключению электроэнергии.

Для другой машины это может быть мощность двигателя или гидравлическое давление.

Эти цифры полезны, но они не описывают полную подземную производительность.

Туннельный буровой станок работает как часть повторяющегося производственного цикла Высокая скорость бурения дает ограниченную выгоду, если перестановка занимает слишком много времени или следующие этапы взрывных работ и выемки не могут идти в ногу.

Тот же принцип применим и к механическим раскопкам.

Высокая способность резки не обеспечивает автоматического продвижения туннеля, если удаление материала происходит медленно.

Лучшая оценка эффективности учитывает

• Продуктивное рабочее время
• Время позиционирования и переезда
• Требования к смене инструмента
• Время удаления материала
• Перебои в обслуживании
• Требования к наземному обеспечению
• Взаимодействие с другим оборудованием

Вот почему подземные раскопки следует рассматривать как систему, а не как совокупность независимых машин.

Оборудование с наибольшей индивидуальной производительностью не всегда является оборудованием, обеспечивающим наилучший полный цикл земляных работ.

Удаление материала может ограничить эффективность выемки

Раскопки создают простую, но неизбежную проблему: каждый кусок материала, удаленный с забоя туннеля, должен куда-то идти.

Это часто упускается из виду при выборе туннельной буровой машины.

Во время буровзрывной выемки взрывчатый материал должен быть очищен до того, как следующий производственный цикл сможет протекать эффективно.

Во время механической резки выкопанная порода может производиться непрерывно, что делает непрерывную обработку материала еще более важной.

Если погрузка и транспортировка не могут соответствовать производительности раскопок, материал начинает накапливаться возле забоя.

Затем выемочная машина ждет.

Это создает узкое место в работе, даже если сама основная машина работает правильно.

Поэтому погрузчики, конвейеры и подземное транспортное оборудование необходимо планировать вместе с выемочной машиной.

Практический вопрос заключается не просто в том, что

“Как быстро может работать туннельная буровая машина?”

Должно быть:

“Как быстро вся система может выкопать, очистить и подготовить забой туннеля к следующему этапу?”

Это изменение точки зрения часто приводит к более эффективным решениям по оборудованию.

Автоматизация меняет раскопки туннелей

Автоматизация становится все более актуальной при подземных раскопках, хотя этот термин необходимо использовать осторожно.

Не каждая автоматизированная функция требует полностью автономной машины.

Полезная автоматизация может включать в себя

• Автоматическое позиционирование сверления
• Цифровое руководство по шаблону дырок
• Мониторинг режущей нагрузки
• Мониторинг гидравлической системы
• Помощь в позиционировании оборудования
• Записанные рабочие параметры
• Предупреждения о неисправностях
• Удаленная работа машины
• Управление с помощью камеры
• Автоматизированные рабочие последовательности

Эти технологии уменьшают зависимость от повторных ручных регулировок и предоставляют операторам более последовательную информацию.

Для туннельной буровой машины точное позиционирование может улучшить согласованность схем бурения.

Для механического режущего оборудования мониторинг нагрузки может помочь операторам понять, как машина реагирует на меняющиеся условия материала.

Удаленная работа также может быть полезна в отдельных подземных ситуациях, когда оператору выгодно оставаться дальше от активной поверхности.

Важное различие заключается в том, что автоматизация должна решать операционную проблему.

Цифровая функция, которая производит дополнительную информацию без изменения какого-либо решения, имеет ограниченную практическую ценность.

Полезная автоматизация должна повысить точность, видимость, повторяемость или реакцию на ненормальные условия.

Мониторинг состояния становится все более важным

Тяжелая подземная техника работает при многократной вибрации, гидравлической нагрузке, пыли и изменяющемся механическом сопротивлении.

Эти условия делают мониторинг состояния оборудования все более ценным.

Типичные контролируемые параметры могут включать в себя

• Гидравлическое давление
• Температура масла
• Температура двигателя
• Моторный ток
• Скорость вращения
• Вибрация
• Часы работы
• История неисправностей
• Состояние нагрузки

Одно измерение редко рассказывает полную историю.

Предположим, гидравлическая температура повышается во время сложного цикла раскопок. Это может быть совершенно нормально.

Если температура продолжает повышаться, в то время как гидравлическое давление становится нестабильным и реакция машины ухудшается, комбинация заслуживает большего внимания.

Вот тут-то и становится полезным мониторинг.

Вместо того, чтобы ждать сбоя, обслуживающий персонал может наблюдать тенденции и исследовать необычные закономерности.

Подход не исключает проверок.

Фактически, это может сделать проверки более целенаправленными, поскольку технические специалисты имеют больше информации о том, где искать.

Со временем техническое обслуживание буровых машин в туннелях, вероятно, будет все больше зависеть от состояния, сочетая регулярное обслуживание с реальным поведением оборудования.

Надежность имеет большее значение, чем ненужная сложность

Подземная техника работает в условиях, когда сложные технологии все еще должны выдерживать тяжелые физические условия.

Это создает важный инженерный баланс.

Добавление датчиков, контроллеров и систем связи может улучшить машинный интеллект, но каждый дополнительный компонент также должен оставаться надежным и ремонтопригодным.

При оценке туннелепроходческой машины задавайте практические вопросы о ее электронных системах.

Защищены ли датчики от ударов и загрязнений?

Можно ли получить доступ к кабелям и разъемам для проверки?

Могут ли коды неисправностей интерпретироваться обслуживающим персоналом?

Можно ли по-прежнему эффективно диагностировать основные функции машины?

Защищены ли критически важные системы надлежащим образом?

Это имеет значение, поскольку сложная система мониторинга, которую невозможно легко обслуживать, может в конечном итоге снизить доступность оборудования, а не улучшить его.

Хорошая подземная инженерия не добавляет технологии просто потому, что она доступна.

Он добавляет технологию, эксплуатационная выгода которой оправдывает дополнительную сложность системы.

Как выбрать туннельно-сверлильный станок

Выбор оборудования должен начинаться с туннеля, а не с каталога машин.

Начните с геологии.

Поймите ожидаемую прочность горных пород, абразивность, трещиноватость и геологические изменения.

Затем оцените геометрию туннеля.

Запишите необходимую ширину, высоту, профиль выработки, уклон и доступное рабочее пространство.

Далее определяют способ выемки.

Требует ли операция бурения взрывных скважин? Обеспечит ли механическая резка подходящую производительность? Технически оправдана ли полнозабойная расточка?

После этого рассмотрим полный цикл раскопок.

Какое оборудование удаляет выкопанный материал?

Как транспортируется материал?

Как часто машина должна перемещаться?

Какие наземные работы должны проводиться между циклами раскопок?

Техническое обслуживание также следует пересмотреть перед развертыванием.

Посмотрите на доступ к износостойким компонентам, гидравлическим системам, сверлильным инструментам или режущим инструментам. подумайте, насколько легко технические специалисты могут диагностировать неисправности и выполнять плановые проверки.

Наконец, оцените машину в реалистичных условиях эксплуатации, а не в теоретической максимальной производительности.

Полезный контрольный список выбора включает в себя

Такой подход не позволяет одной спецификации доминировать в решении.

Правая машина для бурения туннелей - это та, которая подходит для всей подземной операционной системы.

Общие ошибки выбора оборудования

Одна из распространенных ошибок - выбор оборудования только в зависимости от мощности.

Больше энергии может быть полезно, но только тогда, когда геометрия туннеля и геология позволяют эффективно использовать эту энергию.

Еще одна ошибка - игнорирование обращения с материалами.

Улучшение производительности земляных работ без улучшения удаления навозной грязи часто перемещает узкое место от забоя туннеля к этапу загрузки.

Третья проблема - это опора на средние геологические условия.

Подземные образования могут меняться Оборудование следует оценивать на фоне более жестких или абразивных условий, которые могут реально появиться во время раскопок.

Доступность технического обслуживания также часто недооценивается.

Машина может иметь отличные теоретические характеристики, но обеспечивать плохую долгосрочную доступность, если повседневные задачи обслуживания неоправданно сложны.

Наконец, различные экскавационные машины не следует рассматривать как взаимозаменяемые.

Буровая установка, проходческий комбайн и ТБМ могут появиться при поиске туннельно-буровой машины, но их инженерные роли различны.

Понимание метода раскопок перед сравнением оборудования делает остальную часть процесса отбора гораздо более ясной.

Куда направляются технологии туннельных раскопок

Направление развития туннельного оборудования становится более ясным.

Машины собирают больше рабочих данных.

Системы позиционирования и управления становятся более точными.

Дистанционная работа становится более практичной.

Мониторинг состояния дает бригадам технического обслуживания больше информации.

Раскопочное оборудование также становится более тесно связанным с погрузочно-транспортными системами.

Таким образом, следующее важное улучшение может быть связано с координацией, а не с необработанной мощностью машины.

Туннельная буровая машина, которая делится полезной эксплуатационной информацией с остальной частью подземной системы, может способствовать улучшению планирования и уменьшению ненужных задержек.

Механические системы земляных работ также могут стать более адаптивными.

Вместо использования фиксированных рабочих параметров независимо от условий системы управления могут все чаще реагировать на изменения нагрузки или сопротивления материала.

Системы бурения также могут получить выгоду от лучшего позиционирования, записи данных и автоматического выполнения шаблонов.

Человеческий опыт будет оставаться важным на протяжении всего этого развития.

Подземная геология слишком изменчива, чтобы считать каждый цикл раскопок идентичным.

Самые сильные будущие системы будут сочетать точность машины с опытными инженерными суждениями.

Заключение

Выбор туннельной буровой машины в конечном итоге является решением системы земляных работ.

Машина должна соответствовать геологии, размерам туннеля и требуемому методу раскопок, но она также должна эффективно работать с операциями по удалению, транспортировке, поддержке и техническому обслуживанию материалов.

Именно поэтому характеристики заголовков рассказывают лишь часть истории.

Точность сверления, способность резки и мощность машины имеют значение. Так же делают маневренность, износ инструмента, ремонтопригодность, мониторинг и совместимость с окружающей производственной системой.

Технологии добавляют еще одно измерение.

Автоматизация, удаленная работа и мониторинг состояния оборудования помогают подземным командам более четко понимать поведение машин и реагировать на меняющиеся условия раньше.

Но более умная технология не снимает основных инженерных требований.

Хорошо подобранная туннельная буровая машина по-прежнему начинается с четкого понимания земли, туннеля и всего рабочего процесса земляных работ.

Когда эти факторы оцениваются вместе, подземное оборудование становится легче выбирать, его легче интегрировать и оно более способно обеспечить стабильную производительность в течение всего цикла раскопок.

Часто задаваемые вопросы