Совершенствование исполнительного органа тоннелепроходческого механизированного комплекса S-782

Система метрополитена Санкт-Петербурга нуждается в быстром развитии, что вызывает необходимость увеличения скорости проходки тоннелей и повышения безопасности этой проходки. Рассмотрены особенности работы тоннелепроходческого комплекса S-782 при проходке двухпутных тоннелей диаметром 10,3 м в сложных горно-геологических условиях Санкт-Петербурга. Описаны аварийные ситуации, которые возникают при применении существующего оборудования. Рассмотрена возможность модернизации проходческого щита с помощью виброактивных шарошек, представлены расчеты усилий на шарошках и расчеты параметров вибратора, приводящего шарошки в движение. Идея модернизации инструментов исполнительного органа комплекса заключается в применении нового типа шарошек; проведен поиск возможного исполнения приводящих механизмов. Предложена модернизация щита с заменой пассивных резцов на виброактивные с приведением возможного исполнения инструмента в графическом виде. Для приведения в движение виброактивных шарошек и резцов предлагается использование пневматических и электромагнитных вибраторов. Показан разрез исполнительного органа проходческого щита с предлагаемыми модернизациями. Использование виброактивного инструмента позволит снизить вероятность аварийного износа породоразрушающего инструмента и как следствие уменьшить количество и длительность аварийных простоев, а также увеличить производительность проходческого комплекса.

Юнгмейстер Д. А., Тимофеев М. И., Исаев А. И., Гасымов Э. Э. Совершенствование исполнительного органа тоннелепроходческого механизированного комплекса S-782 // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2023. – № 1. – С. 107–118. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_1_0_107.

Юнгмейстер Дмитрий Алексеевич¹ — д-р техн. наук, профессор, e-mail: YungmeysterDA@pers.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0001-7858-8340,
Тимофеев Максим Игоревич¹ — студент, e-mail: s181244@stud.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0002-9441-4532,
Исаев Алексей Игоревич¹ — канд. техн. наук, доцент, e-mail: IsaevAI@pers.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0003-2246-8440,
Гасымов Эмиль Эльчин оглы¹ — аспирант, e-mail: azayli.emil@gmail.com, ORCID ID: 0000-0003-3361-2452,
¹ Санкт-Петербургский горный университет. 

Гасымов Эмиль Эльчин оглы, e-mail: azayli.emil@gmail.com.

1. Земсков А. И. Анализ гидрогеологических условий в подземном пространстве СанктПетербурга как фактора безопасного строительства и длительной устойчивости подземных сооружений // Проблемы современной науки и образования. — 2017. — № 20. — С. 92—98.

2. Дашко Р. Э., Котюков П. В., Шидловская А. В. Влияние гидрогеологических условий на безопасность освоения подземного пространства при строительстве транспортных тоннелей // Записки Горного института. — 2012. — Т. 199. — C. 1—16.

3. Дашко Р. Э., Котюков П. В., Шидловская А. В. Особенности инженерно-геологических условий Санкт-Петербурга // Развитие городов и геотехническое строительство. — 2011. — № 1. — С. 1—47.

4. Грабовский А. А. Статистическая оценка энергетических показателей комбайна MТS-250 (Германия) // Записки Горного института. — 2012. — Т. 199. — C. 384—387.

5. Bilgin N., Acun S. The effect of rock weathering and transition zones on the performance of an EPB-TBM in complex geology near Istanbul, Turkey // Bulletin of Engineering Geology and the Environment. 2021, vol. 80, no. 4, pp. 3041—3052. DOI: 10.1007/s10064-021-02142-4.

6. Капралова Л. М., Грошовкин Е. И., Машина Л. С., Новиченко А. Л., Пенджиев Э. Д., Самарский С. В. Разработка оборудования и методов исследования кондиционеров грунта для ТПМК с грунтопригрузом // Метро и тоннели. — 2014. — № 1. — С. 32—34.

7. Габов В. В., Задков Д. А., Нгуен К. Л. Особенности формирования элементарных сколов в процессе резания углей и изотропных материалов эталонным резцом горных машин // Записки Горного института. — 2019. — Т. 236. — C. 153—161. DOI: 10.31897/ PMI.2019.2.153.

8. Nguyen K. L., Gabov V. V., Zadkov D. A. Improving efficiency of cleanup and coal flow formation on conveyor by shearer loader with accessorial blade // Eurasian Mining. 2019, no. 1. DOI: 10.17580/em.2019.01.09.

9. Болобов В. И., Габов В. В., Задков Д. А., Тетервак А. В. Усовершенствование режимов термической обработки резцов проходческих комбайнов с целью повышения их износостойкости // Записки Горного института. — 2008. — Т. 178. — C. 170—172.

10. Khalimonenko A. D., Rakhmankulov R. R. Gorshkov I. V. The influence of the material structure of an instrument on the quality of processing while milling with cutting ceramics / Applied Aspects of Nano-Physics and Nano-Engineering. 2019, pp. 115—118.

11. Лавренко С. А., Сажевич В. А., Кузьминов С. В, Лосев И. В. Проходческая техника для сооружения вспомогательных выработок метро Санкт-Петербурга на основе стандартного тюбингоукладчика / Материалы конференций ГНИИ «Нацразвитие». — СПб., 2016. — С. 35—40.

12. Жабин А. Б., Поляков А. В., Аверин Е. А., Линник Ю. Н., Линник В. Ю. Оценка влияния абразивности горных пород на параметры породоразрушающих машин // Записки Горного института. — 2019. — Т. 240. — С. 621. DOI: 10.31897/РМ1.2019.6.621.

13. Hamzaban M. T., Mohammadi N. R. Effects of the water content and grain size on soil-cutting tools interactions: implications of LCPC abrasion test // International Journal of Mining and Geo-Engineering International. 2022, vol. 56, no. 1, pp. 75—81. DOI: 10.22059/ ijmge.2021.301696.594849.

14. Потапова Е. В. Общие проблемы управления геотехническими рисками на примере строительства вертикальных стволов метрополитена в городе Москве // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 10. — С. 44—54. DOI: 10.25018/02361493-2019-10-0-44-54.

15. Ячейкин А. И. Определение рациональных конструкций и параметров исполнительного органа проходческих щитов большого диаметра для горно-геологических условий шахт Метростроя СПб.: автореф ... дис. канд. техн. наук: 05.05.06. — СПб., 2021. — 22 с.

16. Yungmeister D. A., Lavrenko S. A., Yacheikin A. I., Urazbakhtin R. Y. Improving the shield machine cutter head for tunneling under the conditions of the Metrostroy Saint Petersburg mines // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. 2020, vol. 15, no. 11, pp. 1282−1288.

17. Zhukov I. A., Smolyanitsky B. N., Timonin V. V. Improvement of down-the-hole air hammer efficiency by optimizing shapes of colliding // Journal of Mining Science. 2018, vol. 54, no. 2, pp. 212—217. DOI: 10.1134/S1062739118023569.

18. Sun R., Mo J., Zhang M. Su, Y., Zhou Z. Cutting performance and contact behavior of partial-wear TBM disc cutters. A laboratory scale investigation // Engineering Failure Analysis. 2022, vol. 137, article 106253. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2022.106253.

19. Agrawal A. K., Chattopadhyaya, Murthy S. Delineation of cutter force and cutter wear in different edge configurations of disc cutters — An analysis using discrete element method // Engineering Failure Analysis. 2021, vol. 129, article 105727. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2021. 105727.

20. Жабин А. Б., Лавит И. М., Демин К. В. Математическая модель процесса разрушения горной породы тангенциальной дисковой шарошкой и высоконапорной струей воды // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2000. — № 4. — С. 17.

21. Бреннер В. А., Жабин А. Б., Щеголевский М. М., Поляков Ал. В., Поляков Ан. В. Щитовые проходческие комплексы. — М.: Изд-во «Горная книга», 2009. — 360 с.

22. Лукин Д. Г., Юнгмейстер Д. А., Ячейкин А. И., Исаев А. И. Совершенствование работы исполнительного органа проходческого щита КТ 1-5,6М // Горный журнал. — 2018. — № 12. — С. 73—77. DOI: 10.17580/gzh.2018.12.15.

23. Болобов В. И., Плащинский В. А. Влияние продолжительности удара на эффективность разрушения горных пород и пластического деформирования металлов // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 3. — С. 78—96. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_3_0_78.