Zgryźliwość kojarzy mi się z radością, która źle skończyła.
16. Urabianie skał
Urabianie skał jest jedną z zasadniczych operacji górniczych. Od najdawniejszych czasów
górnicy doskonalili zarówno sposoby urabiania skał, jak i narzędzia służące do tego celu. Od
wydajności urabiania zależy wydajność całego procesu wydobywania kopaliny użytecznej,
czyli efekty pracy górnika.
16.1. Pojęcie urabiania i urabialności skał
Skały znajdujące się w skorupie ziemskiej w stanie naturalnym noszą w języku górniczym
nazwę calizny. Przez urabianie skały rozumie się odspajanie różnymi sposobami porcji skały
od calizny. Urobiona skała powinna nadawać się do ładowania i transportu przy użyciu obec-
nie dostępnych środków transportowych oraz umożliwiać swobodne manipulowanie kopali-
nami, stosownie do wymogów aktualnych procesów technologicznych przeróbki i przetwór-
stwa kopalin.
Różne są sposoby urabiania skał, stosowane w zależności od różnych czynników. Górnika
kopalni podziemnej, czy też odkrywkowej, najbardziej interesują mechaniczne sposoby urabia-
nia skał, gdyż te sposoby są tu prawie wyłącznie stosowane.
Mechaniczne
urabianie
polega na odspajaniu kawałków skały od calizny i rozdrobnieniu
ich do wymaganych rozmiarów bez zmiany stanu skupienia z zastosowaniem różnego rodzaju
maszyn, urządzeń i narzędzi.
Różne są stopnie trudności urabiania skał, wynikające z ich naturalnych własności Do mie-
rzenia stopnia trudności urabiania, skał wprowadzono pojęcie ich urabialności. Przez
urabial-
ność
w sensie mechanicznym rozumie się podatność skały na oddzielenie jej części od calizny.
W praktyce stosuje się różne sposoby pomiaru urabialności. Jednym z najprostszych spo-
sobów jest pomiar ilości pracy potrzebnej do odspojenia i rozdrobnienia jednostki objętości ska-
ły; wyraża się to np. w J/m
3
.
W zależności od zastosowanych środków do urabiania skał można wyróżnić urabialność:
strzelniczą, wyrażającą się liczbą kg materiału wybuchowego zużytego do urabiania 1 m
3
skały,
wiertniczą, czyli tzw. zwiercalność, mierzoną ilością czasu (w min) potrzebnego do od-
wiercenia np. 1 m otworu itp.
16.2. Klasyfikacja skał ze względu na urabialność
Potrzeba klasyfikacji skał ze względu na urabialność wynika przede wszystkim z konieczno-
ści wyboru odpowiedniej, najbardziej efektywnej metody i sposobu urabiania danej skały.
Badanie i mierzenie urabialności skał nastręcza wiele trudności z uwagi na to, że urabialność
zależy od wielu czynników. Istnieje wiele metod oznaczania urabialności skał, ale żadna z nich
nie uwzględnia wpływu wszystkich czynników, stąd uzyskane wyniki mają jedynie wartość
orientacyjną.
Najogólniej pod względem urabialności skały dzielimy na:
sypkie,
miękkie,
kruche,
twarde,
bardzo twarde.
Skały
sypkie
są to piaski i żwiry nienastręczające większych trudności przy urabianiu.
Skały
miękkie
mają małą twardość i wytrzymałość, dają się stosunkowo łatwo urabiać. Do
skał miękkich zalicza się iły, gliny, kredę, gips oraz niektóre typy węgla brunatnego.
1
Skały
kruche
mają zwykle gęstą sieć wyraźnych płaszczyzn zmniejszonej spoistości, dzięki
której są łatwo urabialne. Należą do nich: węgiel brunatny, niektóre typy węgla kamiennego
oraz piaskowce szczelinowate i łupki piaszczyste.
Skały
twarde
odznaczają się dużą zwięzłością, twardością oraz wytrzymałością i wskutek
tego są trudno urabialne. Zalicza się do nich węgiel kamienny i antracyty, zbite piaskowce oraz
wapienie i dolomity.
Skały
bardzo
twarde
są to przede wszystkim skały magmowe, jak granity, bazalty, gnejsy,
porfiry i inne; są one bardzo trudno urabialne.
Dla węgla kamiennego zastosowano w Polsce wskaźnik urabialności f określony metodą
M. B. Protodiakonowa. Główny Instytut Górnictwa w Katowicach przebadał za pomocą tej me-
tody węgiel pochodzący z około 400 przodków ścianowych w Zagłębiach Górnośląskim i Dol-
nośląskim, co pozwoliło podzielić polskie węgle na pięć klas pod względem urabialności:
Klasa wskaźnik f nazwa węgla pod względem urabialności
I
< 0,4 bardzo łatwo urabialny
III
0,8 – 1,4 średnio urabialny
IV
1,4 – 2,4 trudno urabialny
V
> 2,4 bardzo trudno urabialny
Polskie węgle kamienne w większości należą do trudno lub bardzo trudno urabialnych. Je-
dynie większość pokładów w Rybnickim Okręgu Węglowym, w kopalni Gliwice i w Dolnoślą-
skim Zagłębiu Węglowym mają wskaźnik
f
mniejszy, od 1,4, czyli należą do łatwo urabialnych.
Na podstawie wskaźnika
f
ustalono wytyczne dotyczące metod urabiania węgla dostępnymi
maszynami krajowymi następująco:
wartość f metoda urabiania
0,3 – 1,2 strugi węglowe statyczne
do 1,5 kombajny frezujące średniej mocy do 120 kW
do 1,6 kombajny frezujące o mocy 135 kW
do 1,8 kombajny frezujące dużej mocy (240 kW)
do 2,4 kombajny dużej mocy oraz środki pomocnicze, jak strzelanie wstrząso-
we, nawilgacanie pokładu itp.
> 2,4 materiały wybuchowe.
Dogodność stosowania tej metody klasyfikacji węgla pod względem urabialności polega na
tym, że można określić z dużym przybliżeniem możliwość mechanizacji urabiania złoża już w
trakcie opracowywania dokumentacji geologicznej. Ma to duże znaczenie przy podejmowaniu
decyzji o eksploatacji złoża, gdyż mechanizacja urabiania wpływa znacznie na koszty wydoby-
cia kopaliny użytecznej.
Pokłady węgla, nawet łatwo urabialne zawierają dość często twarde buły sferosyderytowe
lub przerosty, które utrudniają urabianie, a czasami nawet uniemożliwiają mechanizację urabia-
nia.
16.3. Sposoby urabiania skał
Skały urabia się sposobami mechanicznymi, rzadziej fizycznymi i mechanicznymi lub kom-
binacją tych sposobów.
Mechanicznie
urabia się skały za pomocą:
narzędzi ręcznych lub organów górniczych maszyn urabiających;
2
II
0,4 – 0,8 łatwo urabialny
strumienia wody o dużym ciśnieniu (tzw. hydrourabianie);
ciśnienia gazów wywiązujących się w otworach strzałowych w wyniku wybuchu w nich
materiału wybuchowego lub wypływających z nabojnic wkładanych do otworów;
wytwarzania w skale naprężeń cieplnych przez nagłe zmiany temperatury skały; np. daw-
niej zlewano wodą skałę nagrzaną ogniem, powodując jej spękanie; obecnie czynione są
próby nagrzewania skał polem elektromagnetycznym wysokiej częstotliwości; nagrzewa-
nie takie powoduje pękanie skały lub zmniejszenie jej wytrzymałości.
Fizyczne
sposoby urabiania polegają na zmianie stanu skupienia skały ze stałego w ciekły
lub gazowy bez powodowania zmian chemicznych. Zmiana stanu skupienia może być osiągnię-
ta przez rozpuszczanie (ługowanie), np. soli zawartej w złożu, lub wytapianie, np. siarki metodą
Frasha. Prowadzi się również próby urabiania skał przy użyciu światła laserowego o dużej
energii.
Chemiczne
sposoby urabiania polegają na zmianie stanu skupienia skały ze stałego w cie-
kły lub gazowy z równoczesnym przebiegiem reakcji chemicznych, np.
za pomocą gazyfikacji
skały (podziemne zgazowanie węgla itp.).
16.4. Urabianie ręczne skał
Od najdawniejszych czasów przez wiele wieków do urabiania skał służyły wyłącznie narzę-
dzia ręczne, wykonane początkowo z kamienia lub jeleniego rogu, a później z żelaza. Były to
kilofy, żelazka i młoty, kliny oraz łomy; łopaty i inne. Narzędzia te stosowano do urabiania nie
tylko skał łatwo urabialnych, ale nawet najtrudniej urabialnych.
Obecnie narzędzia ręczne w postaci kilofów i łopat stosuje się w górnictwie sporadycznie i
w zasadzie nie do urabiania, lecz do wykonywania różnych prac pomocniczych w skałach łatwo
urabialnych.
Kilof górniczy używany jest do odbijania oraz obrywania calizny naruszonej przy robocie
strzelniczej, rozbijania większych brył skalnych, wykonywania gniazdek dla stropnic i stojaków
itp. Kilof coraz częściej zastępowany jest młotkami mechanicznymi. Łopatami również wyko-
nuje się tylko czynności pomocnicze w skałach sypkich i miękkich, przy przebudowach, remon-
tach obudowy, przeróbkach komór itp.
W górnictwie współczesnym nawet skały sypkie, jak piaski i żwiry, oraz miękkie - jak iły,
gliny, węgiel brunatny - urabia się przy użyciu wysokowydajnych koparek mechanicznych.
16.5. Urabianie maszynowe skał
Rozwój mechanizacji urabiania i w ogóle mechanizacji operacji górniczych datuje się od
momentu opanowania i rozpowszechnienia źródeł energii.
Obecnie do napędu maszyn urabiających stosuje się następujące rodzaje energii:
elektryczną,
hydrauliczną,
powietrza sprężonego.
Energia elektryczna
jest obecnie w górnictwie powszechnie stosowana. W ostatnich latach
obserwuje się stały wzrost stopnia elektryfikacji kopalń, czyli udziału energii elektrycznej w
ogólnym bilansie energetycznym kopalni.
Jest tak, dlatego, ponieważ energia elektryczna ma wiele
zalet,
z których najważniejsze to:
stosunkowo duża łatwość w rozsyłaniu do odbiorników,
łatwe przetwarzanie na energię mechaniczną,
duża sprawność, czyli małe straty zarówno przy rozsyłaniu, jak i przy przetwarzaniu,
łatwe sterowanie z dużymi możliwościami automatyzacji sterowania,
3
stosunkowo niskie koszty.
Wadami energii elektrycznej są:
zagrożenie porażenia prądem elektrycznym,
możliwość powodowania wybuchów metanu i pyłu węglowego oraz wzniecania poża-
rów.
Wady te powodują konieczność stosowania specjalnych obudów dla urządzeń elektrycznych
(np. obudowy BM - bezpieczne wobec metanu) i specjalnych zabezpieczeń (np. zabezpieczenia
przeciwrażeniowe, przeciwzwarciowe itp.).
Stosowanie energii elektrycznej wymaga przestrzegania przepisów dotyczących stosowania
energii elektrycznej w kopalni. To gwarantuje skuteczne eliminowanie wad energii elektrycz-
nej.
Energia hydrauliczna
to energia cieczy znajdującej się w ruchu, który wywołany jest odpo-
wiednią różnicą ciśnień. Energia hydrauliczna została rozpowszechniona w kopalniach w ostat-
nich latach.
Celem wprowadzenia tej energii do napędu maszyn górniczych było przede wszystkim:
wyeliminowanie niektórych wad energii elektrycznej,
poprawa walorów użytkowych maszyn górniczych.
Napęd hydrauliczny składa się z pompy hydraulicznej i silnika hydraulicznego. Pompa hy-
drauliczna przekształca pracę silnika elektrycznego w energię cieczy tłoczonej pod różnym ci-
śnieniem i wprawiającej w ruch silnik (siłownik) hydrauliczny. Zespół pompa-silnik hydrau-
liczny może znajdować się w samej maszynie roboczej (np. w ciągniku kombajnu) lub też w
chodniku przyścianowym, skąd tłoczy się ciecz przewodami wysokociśnieniowymi do silników
(siłowników) znajdujących się w maszynach zainstalowanych w wyrobisku ścianowym.
Energia hydrauliczna ma wiele
zalet,
z których ważniejsze to:
małe wymiary napędów,
wysoka sprawność,
bezprzekładniowy rozruch i bezstopniowa regulacja obrotów,
możliwość przenoszenia dużych mocy i odporność na przeciążenia,
możliwość uproszczenia urządzeń zdalnego sterowania i automatyzacji,
przy należytej eksploatacji całkowite bezpieczeństwo wobec metanu i pyłu węglowego.
Energia hydrauliczna ma także
wady,
z których ważniejsze to:
wysoki koszt układów hydraulicznych z uwagi na wymaganą dużą precyzję wykonania i
wytrzymałości,
układy hydrauliczne wymagają wysokich kwalifikacji i kultury technicznej od użytkow-
ników.
Udział energii hydraulicznej w bilansie energetycznym kopalń stale się zwiększa.
Energia powietrza sprężonego
nie tak dawno była dominującym rodzajem energii stosowa-
nej w kopalniach, z uwagi na swoje zalety. Obecnie jej udział w bilansie energetycznym kopalń
stale się zmniejsza. Stosuje się ją do napędu młotków mechanicznych, wiertarek obrotowych i
udarowych oraz udarowo-obrotowych, wentylatorów lutniowych, niektórych typów ładowarek,
pomp itp. Stosowanie energii powietrza sprężonego do napędu niektórych maszyn górniczych
podyktowane jest brakiem udanych rozwiązań konstrukcyjnych maszyn z napędem innym ro-
dzajem energii lub względami bezpieczeństwa.
Zaletami
energii powietrza sprężonego są:
całkowite bezpieczeństwo wobec metanu i pyłu węglowego,
nie stwarzanie zagrożenia pożarowego,
wpływa na poprawę komfortu pracy w kopalni, głównie przez obniżenie temperatury po-
wietrza.
4
Do
wad
energii powietrza sprężonego należą:
wysoki koszt (najdroższa z wszystkich rodzajów energii),
mała sprawność zarówno w wytwarzaniu, przesyłaniu, jak i użytkowaniu,
ograniczona moc napędów górniczych z uwagi na ograniczone wymiary.
Współcześnie stosuje się następujące maszyny do urabiania:
maszyny do wiercenia otworów strzałowych i innych związanych z urabianiem skał,
młotki mechaniczne,
wrębiarki,
kombajny ścianowe i chodnikowe,
strugi węglowe, strugozgarniarki i tarany.
16.5.1. Wiercenie otworów strzałowych
Do wiercenia otworów strzałowych w górnictwie podziemnym stosuje się trzy następują-
ce rodzaje wiertarek:
obrotowe,
udarowe,
udarowo-obrotowe.
Wiertarki obrotowe. Produkuje się je w kilku wersjach do wiercenia ręcznego oraz z
urządzeniami podtrzymującymi i posuwem mechanicznym. Wiertarki obrotowe mogą mieć
napęd elektryczny, pneumatyczny lub hydrauliczny.
Tradycyjnym producentem wiertarek obrotowych w Polsce jest Fabryka Sprzętu i Narzę-
dzi Górniczych FASING w Katowicach, dawniej Moj-Rapid.
Ręczne wiertarki elektryczne
mają korpus zaopatrzony w dwa uchwyty (rys. 16.1). W
jednym z tych uchwytów znajduje się dźwignia służąca do uruchamiania wiertarki oraz
gniazdo, przez które wprowadzony jest przewód oponowy doprowadzający energię elek-
tryczną do silnika wiertarki.
W środkowej części korpusu znajduje się silnik elektryczny indukcyjny zwarty trójfazo-
wy, a w tylnej części korpusu na wale silnika osadzony jest wirnik wentylatora, który w
czasie pracy silnika powoduje ruch powietrza wzdłuż żeberek w celu chłodzenia zwiększo-
nej tym sposobem powierzchni obudowy silnika. W przedniej części korpusu jest wrzeciono
służące do osadzenia wiertła oraz przekładnia zębata przenosząca obroty z silnika na wrze-
ciono i wiertło.
Wiertarki obrotowe pneumatyczne
zbudowane są podobnie do elektrycznych, tylko w
korpusie zamiast silnika elektrycznego znajduje się silnik napędzany powietrzem sprężo-
nym. Silnik ten nie wymaga chłodzenia, więc korpus nie ma żeber, ale wymaga smarowa-
nia, do którego przewidziano system smarowniczy. System smarowniczy składa się ze
zbiornika olejowego, korka wlewowego i pokrętła służącego do regulacji, intensywności
smarowania. Ponadto w wiertarkach tych, zamiast gniazda wprowadzającego końcówkę
przewodu oponowego, znajduje się króciec służący do przykręcania węża doprowadzające-
go powietrze sprężone.
Wiertła wiertarek obrotowych (rys. 16.2) mają znormalizowaną budowę. Składają się z
ostrza 1, z żerdzi spiralnej 2, zawleczki 3 i uchwytu 4 wkładanego do wrzeciona wiertarki.
5
zanotowane.pl doc.pisz.pl pdf.pisz.pl hannaeva.xlx.pl
Urabianie skał jest jedną z zasadniczych operacji górniczych. Od najdawniejszych czasów
górnicy doskonalili zarówno sposoby urabiania skał, jak i narzędzia służące do tego celu. Od
wydajności urabiania zależy wydajność całego procesu wydobywania kopaliny użytecznej,
czyli efekty pracy górnika.
16.1. Pojęcie urabiania i urabialności skał
Skały znajdujące się w skorupie ziemskiej w stanie naturalnym noszą w języku górniczym
nazwę calizny. Przez urabianie skały rozumie się odspajanie różnymi sposobami porcji skały
od calizny. Urobiona skała powinna nadawać się do ładowania i transportu przy użyciu obec-
nie dostępnych środków transportowych oraz umożliwiać swobodne manipulowanie kopali-
nami, stosownie do wymogów aktualnych procesów technologicznych przeróbki i przetwór-
stwa kopalin.
Różne są sposoby urabiania skał, stosowane w zależności od różnych czynników. Górnika
kopalni podziemnej, czy też odkrywkowej, najbardziej interesują mechaniczne sposoby urabia-
nia skał, gdyż te sposoby są tu prawie wyłącznie stosowane.
Mechaniczne
urabianie
polega na odspajaniu kawałków skały od calizny i rozdrobnieniu
ich do wymaganych rozmiarów bez zmiany stanu skupienia z zastosowaniem różnego rodzaju
maszyn, urządzeń i narzędzi.
Różne są stopnie trudności urabiania skał, wynikające z ich naturalnych własności Do mie-
rzenia stopnia trudności urabiania, skał wprowadzono pojęcie ich urabialności. Przez
urabial-
ność
w sensie mechanicznym rozumie się podatność skały na oddzielenie jej części od calizny.
W praktyce stosuje się różne sposoby pomiaru urabialności. Jednym z najprostszych spo-
sobów jest pomiar ilości pracy potrzebnej do odspojenia i rozdrobnienia jednostki objętości ska-
ły; wyraża się to np. w J/m
3
.
W zależności od zastosowanych środków do urabiania skał można wyróżnić urabialność:
strzelniczą, wyrażającą się liczbą kg materiału wybuchowego zużytego do urabiania 1 m
3
skały,
wiertniczą, czyli tzw. zwiercalność, mierzoną ilością czasu (w min) potrzebnego do od-
wiercenia np. 1 m otworu itp.
16.2. Klasyfikacja skał ze względu na urabialność
Potrzeba klasyfikacji skał ze względu na urabialność wynika przede wszystkim z konieczno-
ści wyboru odpowiedniej, najbardziej efektywnej metody i sposobu urabiania danej skały.
Badanie i mierzenie urabialności skał nastręcza wiele trudności z uwagi na to, że urabialność
zależy od wielu czynników. Istnieje wiele metod oznaczania urabialności skał, ale żadna z nich
nie uwzględnia wpływu wszystkich czynników, stąd uzyskane wyniki mają jedynie wartość
orientacyjną.
Najogólniej pod względem urabialności skały dzielimy na:
sypkie,
miękkie,
kruche,
twarde,
bardzo twarde.
Skały
sypkie
są to piaski i żwiry nienastręczające większych trudności przy urabianiu.
Skały
miękkie
mają małą twardość i wytrzymałość, dają się stosunkowo łatwo urabiać. Do
skał miękkich zalicza się iły, gliny, kredę, gips oraz niektóre typy węgla brunatnego.
1
Skały
kruche
mają zwykle gęstą sieć wyraźnych płaszczyzn zmniejszonej spoistości, dzięki
której są łatwo urabialne. Należą do nich: węgiel brunatny, niektóre typy węgla kamiennego
oraz piaskowce szczelinowate i łupki piaszczyste.
Skały
twarde
odznaczają się dużą zwięzłością, twardością oraz wytrzymałością i wskutek
tego są trudno urabialne. Zalicza się do nich węgiel kamienny i antracyty, zbite piaskowce oraz
wapienie i dolomity.
Skały
bardzo
twarde
są to przede wszystkim skały magmowe, jak granity, bazalty, gnejsy,
porfiry i inne; są one bardzo trudno urabialne.
Dla węgla kamiennego zastosowano w Polsce wskaźnik urabialności f określony metodą
M. B. Protodiakonowa. Główny Instytut Górnictwa w Katowicach przebadał za pomocą tej me-
tody węgiel pochodzący z około 400 przodków ścianowych w Zagłębiach Górnośląskim i Dol-
nośląskim, co pozwoliło podzielić polskie węgle na pięć klas pod względem urabialności:
Klasa wskaźnik f nazwa węgla pod względem urabialności
I
< 0,4 bardzo łatwo urabialny
III
0,8 – 1,4 średnio urabialny
IV
1,4 – 2,4 trudno urabialny
V
> 2,4 bardzo trudno urabialny
Polskie węgle kamienne w większości należą do trudno lub bardzo trudno urabialnych. Je-
dynie większość pokładów w Rybnickim Okręgu Węglowym, w kopalni Gliwice i w Dolnoślą-
skim Zagłębiu Węglowym mają wskaźnik
f
mniejszy, od 1,4, czyli należą do łatwo urabialnych.
Na podstawie wskaźnika
f
ustalono wytyczne dotyczące metod urabiania węgla dostępnymi
maszynami krajowymi następująco:
wartość f metoda urabiania
0,3 – 1,2 strugi węglowe statyczne
do 1,5 kombajny frezujące średniej mocy do 120 kW
do 1,6 kombajny frezujące o mocy 135 kW
do 1,8 kombajny frezujące dużej mocy (240 kW)
do 2,4 kombajny dużej mocy oraz środki pomocnicze, jak strzelanie wstrząso-
we, nawilgacanie pokładu itp.
> 2,4 materiały wybuchowe.
Dogodność stosowania tej metody klasyfikacji węgla pod względem urabialności polega na
tym, że można określić z dużym przybliżeniem możliwość mechanizacji urabiania złoża już w
trakcie opracowywania dokumentacji geologicznej. Ma to duże znaczenie przy podejmowaniu
decyzji o eksploatacji złoża, gdyż mechanizacja urabiania wpływa znacznie na koszty wydoby-
cia kopaliny użytecznej.
Pokłady węgla, nawet łatwo urabialne zawierają dość często twarde buły sferosyderytowe
lub przerosty, które utrudniają urabianie, a czasami nawet uniemożliwiają mechanizację urabia-
nia.
16.3. Sposoby urabiania skał
Skały urabia się sposobami mechanicznymi, rzadziej fizycznymi i mechanicznymi lub kom-
binacją tych sposobów.
Mechanicznie
urabia się skały za pomocą:
narzędzi ręcznych lub organów górniczych maszyn urabiających;
2
II
0,4 – 0,8 łatwo urabialny
strumienia wody o dużym ciśnieniu (tzw. hydrourabianie);
ciśnienia gazów wywiązujących się w otworach strzałowych w wyniku wybuchu w nich
materiału wybuchowego lub wypływających z nabojnic wkładanych do otworów;
wytwarzania w skale naprężeń cieplnych przez nagłe zmiany temperatury skały; np. daw-
niej zlewano wodą skałę nagrzaną ogniem, powodując jej spękanie; obecnie czynione są
próby nagrzewania skał polem elektromagnetycznym wysokiej częstotliwości; nagrzewa-
nie takie powoduje pękanie skały lub zmniejszenie jej wytrzymałości.
Fizyczne
sposoby urabiania polegają na zmianie stanu skupienia skały ze stałego w ciekły
lub gazowy bez powodowania zmian chemicznych. Zmiana stanu skupienia może być osiągnię-
ta przez rozpuszczanie (ługowanie), np. soli zawartej w złożu, lub wytapianie, np. siarki metodą
Frasha. Prowadzi się również próby urabiania skał przy użyciu światła laserowego o dużej
energii.
Chemiczne
sposoby urabiania polegają na zmianie stanu skupienia skały ze stałego w cie-
kły lub gazowy z równoczesnym przebiegiem reakcji chemicznych, np.
za pomocą gazyfikacji
skały (podziemne zgazowanie węgla itp.).
16.4. Urabianie ręczne skał
Od najdawniejszych czasów przez wiele wieków do urabiania skał służyły wyłącznie narzę-
dzia ręczne, wykonane początkowo z kamienia lub jeleniego rogu, a później z żelaza. Były to
kilofy, żelazka i młoty, kliny oraz łomy; łopaty i inne. Narzędzia te stosowano do urabiania nie
tylko skał łatwo urabialnych, ale nawet najtrudniej urabialnych.
Obecnie narzędzia ręczne w postaci kilofów i łopat stosuje się w górnictwie sporadycznie i
w zasadzie nie do urabiania, lecz do wykonywania różnych prac pomocniczych w skałach łatwo
urabialnych.
Kilof górniczy używany jest do odbijania oraz obrywania calizny naruszonej przy robocie
strzelniczej, rozbijania większych brył skalnych, wykonywania gniazdek dla stropnic i stojaków
itp. Kilof coraz częściej zastępowany jest młotkami mechanicznymi. Łopatami również wyko-
nuje się tylko czynności pomocnicze w skałach sypkich i miękkich, przy przebudowach, remon-
tach obudowy, przeróbkach komór itp.
W górnictwie współczesnym nawet skały sypkie, jak piaski i żwiry, oraz miękkie - jak iły,
gliny, węgiel brunatny - urabia się przy użyciu wysokowydajnych koparek mechanicznych.
16.5. Urabianie maszynowe skał
Rozwój mechanizacji urabiania i w ogóle mechanizacji operacji górniczych datuje się od
momentu opanowania i rozpowszechnienia źródeł energii.
Obecnie do napędu maszyn urabiających stosuje się następujące rodzaje energii:
elektryczną,
hydrauliczną,
powietrza sprężonego.
Energia elektryczna
jest obecnie w górnictwie powszechnie stosowana. W ostatnich latach
obserwuje się stały wzrost stopnia elektryfikacji kopalń, czyli udziału energii elektrycznej w
ogólnym bilansie energetycznym kopalni.
Jest tak, dlatego, ponieważ energia elektryczna ma wiele
zalet,
z których najważniejsze to:
stosunkowo duża łatwość w rozsyłaniu do odbiorników,
łatwe przetwarzanie na energię mechaniczną,
duża sprawność, czyli małe straty zarówno przy rozsyłaniu, jak i przy przetwarzaniu,
łatwe sterowanie z dużymi możliwościami automatyzacji sterowania,
3
stosunkowo niskie koszty.
Wadami energii elektrycznej są:
zagrożenie porażenia prądem elektrycznym,
możliwość powodowania wybuchów metanu i pyłu węglowego oraz wzniecania poża-
rów.
Wady te powodują konieczność stosowania specjalnych obudów dla urządzeń elektrycznych
(np. obudowy BM - bezpieczne wobec metanu) i specjalnych zabezpieczeń (np. zabezpieczenia
przeciwrażeniowe, przeciwzwarciowe itp.).
Stosowanie energii elektrycznej wymaga przestrzegania przepisów dotyczących stosowania
energii elektrycznej w kopalni. To gwarantuje skuteczne eliminowanie wad energii elektrycz-
nej.
Energia hydrauliczna
to energia cieczy znajdującej się w ruchu, który wywołany jest odpo-
wiednią różnicą ciśnień. Energia hydrauliczna została rozpowszechniona w kopalniach w ostat-
nich latach.
Celem wprowadzenia tej energii do napędu maszyn górniczych było przede wszystkim:
wyeliminowanie niektórych wad energii elektrycznej,
poprawa walorów użytkowych maszyn górniczych.
Napęd hydrauliczny składa się z pompy hydraulicznej i silnika hydraulicznego. Pompa hy-
drauliczna przekształca pracę silnika elektrycznego w energię cieczy tłoczonej pod różnym ci-
śnieniem i wprawiającej w ruch silnik (siłownik) hydrauliczny. Zespół pompa-silnik hydrau-
liczny może znajdować się w samej maszynie roboczej (np. w ciągniku kombajnu) lub też w
chodniku przyścianowym, skąd tłoczy się ciecz przewodami wysokociśnieniowymi do silników
(siłowników) znajdujących się w maszynach zainstalowanych w wyrobisku ścianowym.
Energia hydrauliczna ma wiele
zalet,
z których ważniejsze to:
małe wymiary napędów,
wysoka sprawność,
bezprzekładniowy rozruch i bezstopniowa regulacja obrotów,
możliwość przenoszenia dużych mocy i odporność na przeciążenia,
możliwość uproszczenia urządzeń zdalnego sterowania i automatyzacji,
przy należytej eksploatacji całkowite bezpieczeństwo wobec metanu i pyłu węglowego.
Energia hydrauliczna ma także
wady,
z których ważniejsze to:
wysoki koszt układów hydraulicznych z uwagi na wymaganą dużą precyzję wykonania i
wytrzymałości,
układy hydrauliczne wymagają wysokich kwalifikacji i kultury technicznej od użytkow-
ników.
Udział energii hydraulicznej w bilansie energetycznym kopalń stale się zwiększa.
Energia powietrza sprężonego
nie tak dawno była dominującym rodzajem energii stosowa-
nej w kopalniach, z uwagi na swoje zalety. Obecnie jej udział w bilansie energetycznym kopalń
stale się zmniejsza. Stosuje się ją do napędu młotków mechanicznych, wiertarek obrotowych i
udarowych oraz udarowo-obrotowych, wentylatorów lutniowych, niektórych typów ładowarek,
pomp itp. Stosowanie energii powietrza sprężonego do napędu niektórych maszyn górniczych
podyktowane jest brakiem udanych rozwiązań konstrukcyjnych maszyn z napędem innym ro-
dzajem energii lub względami bezpieczeństwa.
Zaletami
energii powietrza sprężonego są:
całkowite bezpieczeństwo wobec metanu i pyłu węglowego,
nie stwarzanie zagrożenia pożarowego,
wpływa na poprawę komfortu pracy w kopalni, głównie przez obniżenie temperatury po-
wietrza.
4
Do
wad
energii powietrza sprężonego należą:
wysoki koszt (najdroższa z wszystkich rodzajów energii),
mała sprawność zarówno w wytwarzaniu, przesyłaniu, jak i użytkowaniu,
ograniczona moc napędów górniczych z uwagi na ograniczone wymiary.
Współcześnie stosuje się następujące maszyny do urabiania:
maszyny do wiercenia otworów strzałowych i innych związanych z urabianiem skał,
młotki mechaniczne,
wrębiarki,
kombajny ścianowe i chodnikowe,
strugi węglowe, strugozgarniarki i tarany.
16.5.1. Wiercenie otworów strzałowych
Do wiercenia otworów strzałowych w górnictwie podziemnym stosuje się trzy następują-
ce rodzaje wiertarek:
obrotowe,
udarowe,
udarowo-obrotowe.
Wiertarki obrotowe. Produkuje się je w kilku wersjach do wiercenia ręcznego oraz z
urządzeniami podtrzymującymi i posuwem mechanicznym. Wiertarki obrotowe mogą mieć
napęd elektryczny, pneumatyczny lub hydrauliczny.
Tradycyjnym producentem wiertarek obrotowych w Polsce jest Fabryka Sprzętu i Narzę-
dzi Górniczych FASING w Katowicach, dawniej Moj-Rapid.
Ręczne wiertarki elektryczne
mają korpus zaopatrzony w dwa uchwyty (rys. 16.1). W
jednym z tych uchwytów znajduje się dźwignia służąca do uruchamiania wiertarki oraz
gniazdo, przez które wprowadzony jest przewód oponowy doprowadzający energię elek-
tryczną do silnika wiertarki.
W środkowej części korpusu znajduje się silnik elektryczny indukcyjny zwarty trójfazo-
wy, a w tylnej części korpusu na wale silnika osadzony jest wirnik wentylatora, który w
czasie pracy silnika powoduje ruch powietrza wzdłuż żeberek w celu chłodzenia zwiększo-
nej tym sposobem powierzchni obudowy silnika. W przedniej części korpusu jest wrzeciono
służące do osadzenia wiertła oraz przekładnia zębata przenosząca obroty z silnika na wrze-
ciono i wiertło.
Wiertarki obrotowe pneumatyczne
zbudowane są podobnie do elektrycznych, tylko w
korpusie zamiast silnika elektrycznego znajduje się silnik napędzany powietrzem sprężo-
nym. Silnik ten nie wymaga chłodzenia, więc korpus nie ma żeber, ale wymaga smarowa-
nia, do którego przewidziano system smarowniczy. System smarowniczy składa się ze
zbiornika olejowego, korka wlewowego i pokrętła służącego do regulacji, intensywności
smarowania. Ponadto w wiertarkach tych, zamiast gniazda wprowadzającego końcówkę
przewodu oponowego, znajduje się króciec służący do przykręcania węża doprowadzające-
go powietrze sprężone.
Wiertła wiertarek obrotowych (rys. 16.2) mają znormalizowaną budowę. Składają się z
ostrza 1, z żerdzi spiralnej 2, zawleczki 3 i uchwytu 4 wkładanego do wrzeciona wiertarki.
5