Методическая разработка открытого занятия на тему "Горнопроходческие комбайны" для обучающихся СПО специальности 21.02.17. Подземная разработка месторождений полезных ископаемых

                                                            Аннотация

Открытый урок по теме «Горнопроходческие комбайны» представляет собой комбинированный урок с применением современных педагогических технологий: мультимедиа, видео - трансляции, что способствует индивидуализации обучения, развивает способность принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность, оказывает эмоциональное воздействие на студентов, и, тем самым, повышает эффективность обучения.

Данный урок входит в обучающую программу в разделе «Ведение технологических процессов горных и взрывных работ» в модуле ПМ.01 - профессиональных дисциплин. Предназначен для студентов 2 курса специальности 21.02.17 «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых». Подготовлен с учетом современных образовательных технологий. Развивает необходимые навыки и умения, предусмотренные программой, умения рационального подхода при решении комплексных задач.

В целях лучшего управления учебной деятельностью, побуждения к целенаправленной активной деятельности студентов заранее было дано домашнее задание - подготовка презентации, сообщение, видео-трансляции по теме. Это позволило обеспечить состояние заинтересованности, увлечённости, а также стимулировать интеллектуальность, активность студентов (ОК 1, 2, 3, 4, 5, 8). Формированию интеллектуальных качеств личности студента помогает нестандартность формы изложения материала.

Данная методическая разработка может представлять интерес для преподавателей различных дисциплин образовательных учреждений СПО.

                   Открытый урок по теме: «Горнопроходческие комбайны»

Тип урока: комбинированный.

Форма урока: метод беседы с использованием объяснения.

Цели урока:

Образовательные:

- познакомить студентов с горнопроходческими комбайнами, областью их применения;

- научить применять имеющиеся знания в конкретной профессиональной ситуации;

- расширение кругозора;

- совершенствовать навыки использования образовательных возможностей сети Интернет;

- формировать умения анализировать и обобщать учебный материал.

Развивающие:

- развивать инициативу студентов, логическое мышление;

- развивать интуицию, основываясь на полученных знаниях;

- формировать навыки и умения межличностного общения;

- развивать ответственность за работу и выполнение задания.

Воспитательные:

- прививать интерес к профессии, ответственность за свой труд, бережное отношение к оборудованию;

- способствовать воспитанию чувства коллективизма и взаимопомощи.

Форма организации познавательной деятельности: групповая.

Виды учебных ситуаций: самостоятельная работа студентов, совместная работа преподавателя и студентов.

Межпредметные связи: дисциплины «Горные машины и комплексы», «Разрушение горных пород».

Задачи урока: Освоение общих и профессиональных компетенций, обеспечивающих готовность студентов к реализации основных видов профессиональной деятельности в соответствии с получаемой квалификацией специалиста среднего звена.

Оснащение урока: компьютер, мультимедийный проектор, раздаточный материал, творческие работы студентов (презентации, сообщения).

Заключительный этап урока:

Систематизировать и контролировать с помощью задания знания о горнопроходческом оборудовании. Рефлексия.

Общие компетенции, развиваемые на уроке:

ОК 1. Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес.

ОК 2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.

ОК 3. Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность.

ОК 4. Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития.

ОК 5. Использовать информационно­-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности.

ОК 6. Работать в коллективе и команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями.

ОК 7.Брать на себя ответственность за работу членов команды (подчиненных), результат выполнения заданий.

ОК 8. Самостоятельно определять задачи профессионального и личностного развития, заниматься самообразованием, осознанно планировать повышение квалификации.

ОК 9. Ориентироваться в условиях частой смены технологий в профессиональной деятельности.

     План урока:

Технологическая карта урока

1. Организационный момент

Преподаватель приветствует аудиторию, знакомит с формой проведения урока (комбинированный урок), выводит аудиторию на тему урока, ставит цели урока, мотивирует к предстоящей учебной деятельности. При этом делается акцент на связь между изучаемой темой и современным рынком труда, акцентируется внимание на использовании современных технологий.

Преподаватель обращает внимание на межпредметные связи.

2. Формулировка темы и постановка целей и задач

Задачи урока: Освоение общих и профессиональных компетенций, обеспечивающих готовность студентов к реализации основных видов профессиональной деятельности в соответствии с получаемой квалификацией специалиста среднего звена;

формирование умения рационального подхода при решении комплексных вопросов выбора проходческого оборудования для конкретных горно-геологических условий.

3. Актуализация знаний студентов

Кратко раскрыть следующие понятия.

1. Проведение выработки - …..

2. Скорость проведения - …..

3. Проходческий цикл - ….

4. Производственные процессы - …..

5. Способы проведения подготовительных выработок - ….

6. Механизация горнопроходческих работ при проведении выработок буровзрывным способом - ….

7. Способы бурения шпуров - ….

8. Назначение породопогрузочных и буропогрузочных машин - ….

4. Объяснение новой темы

Лекция преподавателя, сообщения студентов, презентации (подготовка сообщений, презентаций по теме производится малыми группами студентов заранее в качестве домашнего задания).

                                                            Лекция

                                   (материал для составления конспекта)

                                                              План

Достоинства комбайнового способа проведения горных выработок по сравнению с буровзрывным.

Комбайны бурового действия, их достоинства, недостатки.

Комбайны избирательного действия.

Научно-технический прогресс в области проведения горных выработок, являющихся важнейшим элементом современной технологии добычи полезных ископаемых, в основном реализуется путем развития комбайнового способа проходки. Последний обеспечивает по сравнению с буровзрывным способом более высокие темпы проходки и производительность труда.

Удельный вес комбайновой проходки в угольной промышленности России в настоящее время составляет около 50% объемов проходки. Из них около 40% проходится по углю. Намечено увеличение удельного веса комбайновой проходки до 80%. Значительно увеличатся объемы проходки выработок по углю, что обусловлено проведением политики реструктуризации отрасли, предусматривающей прекращение добычи угля из маломощных пластов, сокращение добычи на крутопадающих пластах.

В угольной промышленности РФ до недавнего времени парк проходческих комбайнов состоял из 789 комбайнов, из них в работе находилось 487. Около 90% этого парка представлены комбайнами 1ГПКС, 1ПК-Зр и 4ПУ. Все эти комбайны оснащены продольно-осевыми коронками.

При комбайновом способе проведения горных выработок существенно сокращается число основных процессов проходческого цикла по сравнению с буровзрывной технологией. Вспомогательные процессы остаются такими же, как и при буровзрывной технологии. Большое внимание следует уделять пылеподавлению. По существу технология строительства сводится к механическому разрушению массива, погрузке и транспортировке породы, что можно выполнять одновременно с возведением постоянной крепи. Такие процессы, как бурение шпуров, заряжание и взрывание, проветривание и приведение забоя в безопасное состояние после взрывания, исключаются из проходческого цикла. Для комбайновой технологии строительства характерна циклично-поточная организация труда. Поэтому большое значение приобретает своевременность выполнения вспомогательных процессов: настилка рельсовых путей, увеличение длины конвейеров, прокладка труб и кабелей, устройство водоотливной канавки и др., относительная трудоемкость которых в связи с недостаточным уровнем их механизации значительно возрастает.

Основными достоинствами комбайнового способа проведения горных выработок являются:

•    полная механизация и совмещение по времени основных процессов выемки и погрузки горной массы, при применении временных передвижных крепей с этими работами совмещают также возведение постоянной крепи;

•    выемка породы производится в пределах проектного контура выработки без нарушения сплошности окружающего массива;

•    увеличение темпов проходки и производительности труда рабочих в 2-2,5 раза по сравнению с буровзрывным способом проходки;

•    снижение стоимости строительства;

•    повышение безопасности и улучшение санитарных условий работ.

В качестве одного из основных критериев оценки сопротивляемости пород разрушению механическим способом принят предел прочности пород при одноосном сжатии. Эффективность работы проходческих комбайнов зависит не только от прочностных свойств пород, но и в значительной степени от их абразивности, так как последняя изнашивает породоразрушающий инструмент, изменяя его геометрию, обусловливает рост усилий, действующих на комбайн в целом.

Выбор параметров режима разрушения производят с учетом хрупкости и вязкости пород. Эти характеристики определяют как частное от деления пределов прочности пород на одноосное сжатие и растяжение.

Нарушенность и трещиноватость массива также оказывают существенное влияние на сопротивляемость его разрушению механическими способами.

Применяемые в настоящее время в промышленных условиях проходческие комбайны делятся на две группы: бурового типа (роторные) и стреловые.

Комбайны бурового типа могут разрушать породы с крепостью до 150 МПа и более. Они работают по принципу распорно-шагающих механизмов и обеспечивают проходку выработок круглой формы. Проходческие комбайны бурового действия имеют роторный исполнительный орган, объединяющий функции разрушения породы, погрузки и транспортировки, снабженный шарошками лобового резания, погрузочными ковшами и ленточным конвейером. Роторный исполнительный орган разрушает породу шарошками одновременно по всей площади забоя и поэтому требует усилия подачи 1400—1600 кН и выше, а также большой мощности электродвигателей: 440—540 кВт — для исполнительного органа, 660—850 кВт — для всего комбайна и 900— 1100 кВт — для комбайна со вспомогательным оборудованием.

Недостатками комбайнов бурового действия являются: ограниченная мобильность из-за сложного распорно-шагающего устройства; большие масса и длина комбайна (масса 90—250 т, длина 15—16 м); способность проходить только выработки круглого сечения с большим радиусом искривления (100—140 м); необходимость замены роторного исполнительного органа при изменении размеров выработки; громоздкость комбайна, затрудняющая его осмотр, ремонт и выполнение работ по креплению выработок; высокая трудоемкость монтажных работ (на доставку и монтаж затрачивается 1000—2500 чел.-смен без учета устройства специальной камеры объемом до 1200-1500 м3).

В связи с высокой стоимостью и большими затратами времени на монтажные работы комбайны бурового действия целесообразно применять только при проведении длинных малоискривленных выработок, в настоящее время их, как правило, применяют для проведения длинных тоннелей и реже — выработок в шахтах.

Практический интерес для горнодобывающих предприятий представляют стреловые проходческие комбайны или, как их еще называют, комбайны избирательного действия, которые позволяют полностью механизировать процесс отбойки и погрузки горной массы. Эти мощные самоходные агрегаты снабжены режущей головкой и погрузочным органом. Как правило, комбайны имеют гусеничный ход, но имеются модификации на пневмоколесном и рельсовом ходу. Погрузочный орган обычно представляет собой комбинацию нагребающих лап или нагребающего ковшового органа со скребковым или цепным конвейером. Комбайны избирательного действия имеют по сравнению с комбайнами бурового типа следующие преимущества: более маневренны, их можно монтировать в выработках небольшой площади сечения (8—10 м2) без применения специального оборудования, обеспечивают раздельную выемку горной массы в смешанных забоях в выработках любой формы, после окончания проведения выработки переводятся в другой забой без перемонтажа, имеют меньший вес и дешевле комбайнов бурового действия. Имея перечисленные преимущества, стреловые комбайны значительно (в 2—4 раза) уступают комбайнам бурового типа по производительности.

Комбайны избирательного действия выпускаются двух типов: тяжелого (масса более 40 т) и легкого (масса до 20 т). В настоящее время в основном применяют комбайны легкого типа (более 85%) с резцовыми исполнительными органами. За рубежом находят применение (около 70%) комбайны тяжелого типа в породах с прочностью на сжатие более 60 МПа. В породах меньшей прочности используют комбайны легкого типа как при проходке выработок, так и при добыче полезных ископаемых.

При проведении выработок по угольным пластам в США, Австралии, Великобритании, Канаде и других странах в подавляющем большинстве случаев применяют проходческие комбайны системы «Континиус майнер» с широкозахватным исполнительным органом. Эти комбайны обеспечивают высокие темпы проходки — до 20 м/сут и более.

Главной частью рабочего органа стрелового комбайна является режущая головка, выпускаемая двух типов: с продольным и поперечным перемещением.

Режущие головки с продольным перемещением имеют конусную, сферическую или шнекообразную форму, с поперечным — форму барабана, сферы или нескольких дисков, вооруженных твердосплавными резцами. Линейная скорость режущих головок составляет 1—3,5 м/с. В крепких породах увеличение скорости вызывает повышенный износ резцов и пылеобразование.

В некоторых конструкциях комбайнов используют телескопические стрелы, что увеличивает объем проходки из одного положения машины. Отбойку породы осуществляют за счет напорного усилия, создаваемого движением комбайна, и вращательного движения режущей головки. Дополнительные усилия, разрушающие породу, возникают также благодаря боковому перемещению стрелы комбайна.

При использовании режущей головки с продольным перемещением направление ее внедрения в забой (направление зарубки) перпендикулярно окружному усилию, поэтому головку можно внедрить в забой при относительно малых усилиях. Зарубку ведут путем подачи машины на забой при небольшом повороте стрелы комбайна. Для крепких пород рекомендуют горизонтальное положение стрелы. Максимальная глубина вруба равна длине режущей головки, но обычно она составляет 0,5—0,7 ее длины. В зависимости от направления залегания слоев пород в забое главное направление резания может быть горизонтальным, вертикальным или наклонным. Толщина снимаемой стружки колеблется от нескольких сантиметров до значений, равных диаметру головки. Например, при диаметре головки 1 -1,5 м в породах с пределом прочности на сжатие до 100 МПа толщина стружки составляет 10-30 см.

При движении режущей головки с поперечным перемещением направление ее внедрения в забой совпадает с окружным усилием, поэтому для внедрения необходимо более значительное усилие подачи. Дополнительно к подаче машины на забой производят активные движения стрелой. Обычно вруб располагают в верхней части забоя и выполняют его в виде горизонтальной щели. Максимальная глубина вруба составляет 0,75 диаметра режущей головки. Резание можно производить только в одном направлении (например, сверху вниз). Величина подачи головки практически постоянна.

Режущие головки обоих типов оборудованы однотипными резцами, их форма, размеры и тип твердого сплава зависят от крепости разрушаемых пород. Охлаждение резцов и пылеподавление осуществляют водой, подаваемой через специальные форсунки, расположенные на режущей головке.

Большинство проходческих комбайнов избирательного действия работают с поворотными круглыми резцами. Эта конструкция в настоящее время используется всеми изготовителями проходческих комбайнов.

Комбайны избирательного действия обладают следующими основными достоинствам и: возможность обработки забоя выработки любой формы, кроме круглой, с площадью поперечного сечения от 4 до 30 м2 и более; обеспечение селективной выемки; возможность установления крепи в непосредственной близости от забоя; высокая маневренность и относительно малая масса.

К основным недостаткам комбайнов избирательного действия относят: цикличное действие при разработке породы на части забоя, что снижает эксплуатационную производительность комбайна; неуравновешенность в продольном и поперечном направлении и конструктивная сложность исполнительного органа, связанная с возникновением динамических нагрузок; более сложная конструкция погрузочных устройств; невозможность проведения выработок по крепким, абразивным породам; пылеобразование и низкая эффективность средств борьбы с пылью.

В настоящее время большое внимание уделяется созданию кoмплeксов на базе проходческих комбайнов избирательного действия с целью механизации основных процессов и совмещения выемки горной массы с креплением выработки и другими работами. Комбайновые комплексы состоят из набора оборудования для механизации основных процессов. В зависимости от типа комбайна подбирают остальное оборудование, обеспечивающее высокие скорости проходки и высокую производительность труда по всей технологической цепочке. Расчетные скорости проведения выработки достигают 400 м/мес и производительность труда рабочего до 10 м3/ч.

Лекцию преподавателя дополняют презентация, выполненная студентами, 2 сообщения и фрагменты видеофильмов:

1.Проходческая техника. Новокраматорский машиностроительный завод (13 минут).

https://www.youtube.com/watch?v=FCPmfaTj-4Q&t=664s

2.Работа проходческого комбайна 4ПП-2М, обучающий (19 мин)

https://www.youtube.com/watch?v=7FFXRq5gGGw&t=52s

5. Закрепление изученного материала (кейс- задание)

Выбрать способ проведения выработок для конкретных горно-геологических условий и средства механизации. Выбор обосновать.

6. Рефлексия учебной деятельности, выводы, итог занятия

Проводится самооценка выполненной работы каждой группы, затем преподаватель дает оценку выполненной работы. Подводится итог занятия. Преподаватель дает задание для дальнейшей работы над темой урока (домашнее задание).

Домашнее задание: проработать конспект.

1. Заплавский Г.А., Лесных В.А. Горные работы, проведение и крепление горных выработок. – М.: Недра, 1986, с. 165-169.