Urabianie skal jest jedna z zasadniczych operacji górniczych. Od najdawniejszych czasów górnicy doskonalili zarówno sposoby urabianie skal, jak i narzędzia służące do tego celu. Od wydajności urabiania zależy wydajność całego procesu wydobywania kopaliny użytecznej, czyli efekty pracy górnika.

Współczesny górnik korzysta z wielu metod i narzędzi oraz maszyn służących do urabiania skal, przygotowanych przez różnych specjalistów z wykorzystaniem najnowszych zdobyczy nauki i techniki.

Aby jednak efekty pracy współczesnego górnika były jak najlepsze, powinien on dobrze znać problematykę urabiania, co umożliwi mu optymalne wykorzystanie stojących do jego dyspozycji- często kosztownych- środków.

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 obecnie dostępnych środków transportowych oraz umożliwiać swobodne manipulowanie kopalinami, stosownie do wymogów aktualnych procesów technologicznych przeróbki i przetwórstwa kopalin.

Różne są sposoby urabiania skał, stosowane w zależności od różnych czynników. Górnika kopalni podziemnej, czy też odkrywkowej, najbardziej interesują mechaniczne sposoby urabiania 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 i narzędzi.

Różne są stopnie trudności urabiania skał, wynikające z ich naturalnych własności. Do mierzenia stopnia trudności urabiania skał wprowadzono pojęcie ich urabialności. Przez urabialność w sensie mechanicznym rozumie się podatność skały na oddzielenie jej części od calizny.

W praktyce stosuje się różne sposoby pomiaru urabialności. Jednym z najprostszych sposobów jest pomiar ilości pracy potrzebnej do odspojenia i rozdrobnienia jednostki objętości skały; 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 1m*3 skały,

- wiertniczą, czyli tzw. zwiercalność, mierzoną ilością czasu(w min) potrzebnego do odwiercenia np.. 1 m otworu.

Klasyfikacja skał ze względu na urabialność

Potrzeba klasyfikacji skał ze względu na urabialność wynika przede wszystkim z konieczności 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 nie nastręczające 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.

Skały kruche- mają zwykle gęstą sieć wyraźnych płaszczyzn pomniejszonej spoistości, dzięki której są łatwo urabialne. Należą do nich: węgiel brunatny, niektóre typy węgla kamiennego oraz szczelinowate piaskowce 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

Polskie węgle kamienne należą w większości do trudno lub bardzo trudno urabialnych. Jedynie pokłady w: Rybnickim Okręgu Węglowym, Gliwicach i na Dolnym Śląsku należą do łatwo urabialnych.

Sposoby urabiania skał

Skały urabia się sposobami mechanicznymi, rzadziej fizycznymi i chemicznymi lub kombinacją tych sposobów.

Mechanicznie urabia się skały za pomocą:

- narzędzi ręcznych lub organów urabiających maszyn górniczych,

- 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;

- wytwarzanie w skale naprężeń cieplnych przez nagłe zmiany temperatury skały; np. dawniej zlewano skałę wodą nagrzaną ogniem, powodując jej spękanie; obecnie czynione są próby nagrzewania skał polem elektromagnetycznym wysokiej częstotliwości; nagrzewanie takie powoduje pękanie skały lub zmniejszenie jej wytrzymałości.

Chemiczne urabianie skal

Chemiczne-sposoby urabiania polegają na zmianie stanu skupienia skały ze stałego w ciekły lub gazowy z równoczesnym przebiegiem reakcji chemicznych, np. za pomocą gazyfikacji skały (podziemne zgazowanie węgla itd.)

podziemne zgazowanie węgla - metoda zgazowania węgla oparta na urządzeniu generatora podziemnego za pomocą robót dołowych (po udostępnieniu pokładu szybem lub innym wyrobiskiem górniczym, np. upadową) bądź robót wykonanych z powierzchni (pokład udostępnia się otworami wiertniczymi).

Fizyczne urabianie skal

Najdawniej stosowanymi metodami urabiania skał były metody fizyczne. Silne ogrzanie głazu i zlanie woda, wbijanie klinów drewnianych i nasycanie ich woda lub wypełnianie szczelin wodą, która zamarzając rozsadzała skale, to były sposoby praczłowieka oddzielania brył od masywu, rozłamywania głazów czy poszerzania otworów wejściowych od grot lub pieczar. Wydajność tych sposobów była bez porównania większa od wydajności odłupywania narzędziami krzemiennymi lub potem metalowymi pobijanymi młotem.

Fizyczne metody urabiania znajdują również obecnie ograniczone zastosowanie w górnictwie, oczywiście przy użyciu nowoczesnych urządzeń i aparatów.

Ze względu na sposób oddziaływania na skałę można ogólnie wyróżnić cztery grupy sposobów fizycznego urabiania.

Są to następujące grupy:

1. udzielanie bezpośrednie ciepła- topienie lub skruszanie skały,

2. wywoływanie nagrzania wewnątrz skały powodujące spękania. prowadzące do urabiania,

3. oddziaływania statyczne lub dynamiczne płynów na skale

4. oddziaływania fizykochemiczne płynami

Sposób pierwszy to bezpośrednie udzielanie skale znacznej energii cieplnej. Źródłem energii może być np. płomień naftowo- powietrzny, naftowo- tlenowy, łuk elektryczny lub łuk plazmowy. Jednym z mechanizmów polega na wywołaniu dużych różnic temperatur, co przy niejednorodnych skalach powoduje ich spękanie, drugi mechanizm to intensywne ogrzewanie i w malej odległości chłodzenie np. ciekłym azotem lub zestalonym CO₂.

Sposób drugi urabiania to oddziaływanie na skałę w taki sposób, ze wewnątrz skały powstaje ciepło powodujące wzrost temperatury i urabianie. W tej grupie mieści się oddziaływanie polem elektromagnetycznym wysokiej częstotliwości, prądem elektrycznym itp.

Sposób trzeci a raczej grupa sposobów, to oddziaływanie na skale gazem lub cieczą, przy czym oddziaływanie to może być statyczne, uderzeniowe lub wibracyjne.

- działanie statyczne to wtłaczanie wody pod wysokim ciśnieniem w caliznę węglową i wspomniane już rozsadzanie zamarzającą woda czy nawilgoconymi klinami drewnianymi.

- Dość szeroko stosowane jest dynamiczne urabianie swobodną struga wody o dużej energii. Można tak urabiać niezbyt zwięzły węgiel, zmywać nadkład w kopalniach odkrywkowych.

Do czwartej grupy sposobów należy fizykochemiczne oddziaływanie na skałę. Zaliczyć tu można substancje powodujące reakcje chemiczne niszczące spójność skały i wymywanie wodą lub parą wodna. Podziemne zgazowanie pokładów węgla nie nadającego się do innego sposobu eksploatacji należy również do tej grupy. Metody tej grupy są stosowane na skalę techniczną.

Urabianie hydrauliczne

Ze sposobów trzeciej grupy najszersze zastosowanie znalazło hydrourabianie skał. Wyróżnić należy tu trzy podstawowe odmiany urabiania hydraulicznego:

- działanie strugą wody o dużej prędkości

- wtłaczanie wody w calizne

- wtłaczanie wody z powodowaniem fal ciśnienia działającego uderzeniowo

Wytworzenie strugi o dużej energii polega na wypływie z rurociągu przez dysze wody pod dużym ciśnieniem. Kształt dyszy ma duży wpływ na jakość strugi, tj. jej zawartość i zasięg. Kształt i gładkość ścian dyszy powinny zapewniać wypływ strugi z prawie stałą prędkością w całym przekroju, nie powodować zawirowań i nierównoległych kierunków wypływu. Przy urabianiu węgla lub pracach ziemnych otoczeniem strugi jest powietrze o ciśnieniu atmosferycznym. Przy wierceniu w skale otoczenie stanowi ciecz przepłuczkowa o ciśnieniu hydrostatycznym zależnym od głębokości otworu. Strużka wody bardzo szybko drąży otwór o małej średnicy, od którego zaczynają się pęknięcia. Prowadzenie strugi wody w bok powoduje łączenie się pęknięć i odspajanie części skały. Zalety tego systemu są następujące:

- nie ma w ogóle zjawiska tępienia i zużywania się narzędzia urabiającego

- można skoncentrować prawie dowolnie dużą energię na małej powierzchni skały,

- uzyskuje się dużą efektywność urabiania,

- urabianie nie daje wstrząsów ani iskier

- wymiary urządzeń nie są duże

- zużycie wody jest bardzo małe

Statyczne wtłaczanie wody w caliznę powoduje dwa wyraźne skutki. Po pierwsze przeciwdziała unoszeniu się pyłu po urabianiu węgla, po drugie ułatwia znacznie urabianie mechaniczne. Drogą obserwacji pracy maszyn urabiających w pokładach nawilgoconych przez wtłaczanie wody stwierdzono wyraźny wzrost wydajności maszyn i obniżenie zapotrzebowania mocy przy urabianiu. Często więc wtłaczanie wody może zastąpić strzelanie przed kombajnami. Metoda wtłaczania wody w caliznę jest szeroko stosowana do przygotowania do urabiania w celu osłabienia spójności skały.

Większe efekty osłabienia spójności calizny wraz obniżeniem zapylenia, uzyskuje się przez działanie wody z krótkotrwałymi, bardzo silnymi uderzeniami dynamicznymi. Gwałtowny wzrost ciśnienia wody doprowadzonej do otworów w caliźnie uzyskać można na kilka sposobów:

- odpalenie ładunków materiału wybuchowego,

- spowodowanie silnych wyładowań elektrycznych w wodzie,

- działanie mechaniczne lub hydrauliczne wywołujące uderzeniowy wzrost ciśnienia

Mechaniczne urabianie skal

Ręczne urabianie skał

Obecnie narzędzia ręczne w postacie 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 obecnie 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 wykonuje się tylko czynności pomocnicze w skałach sypkich i miękkich, przy przebudowach, remontach 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.

Maszynowe urabianie skał

Rozwój mechanizacji urabiania i w ogóle mechanizacji operacji górniczych datuje się od momentu opanowania i rozpowszechnienia źródeł energii.

W celu maszynowego urabiania skały oddziałuje się na odsłoniętą powierzchnię calizny narzędziami, przekazując przez nie energię, niszcząc spójność skały i powodując oderwanie cząstek od calizny.

Narzędzie może oddziaływać na skałę w różny sposób. Rozróżnia się trzy podstawowe sposoby mechanicznego urabiania, które z kolei mogą być realizowane różnymi narzędziami, o różnej kinematyce ruchów, co jest podstawą podziału bardziej szczegółowego maszyn i narzędzi urabiających. Podstawowe sposoby urabiania to:

- urabianie udarowe,

- urabianie naciskiem statycznym,

- urabianie skrawaniem.

Wynikiem działania narzędzia na skałę jest w różnym zakresie miażdżenie skały, rozkruszanie pewnych objętości, odłupywanie elementów różnej wielkości oraz odłamywanie występów skalnych.

Udział tych postaci niszczenia spójności skały zależy od sposobu urabiania, geometrii narzędzia, parametrów jego pracy i własności skały.

Udarowe urabianie skał

Urabianie udarowe charakteryzuje się przekazywaniem energii uderzania na skałę poprzez krawędź urabiającą narzędzia, co powoduje niszczenie spójności pod narzędziem i jego wgłębienie się w skałę. Oddziaływanie narzędzia jest zwykle prawie prostopadłe do urabianej powierzchni. W celu kontynuowania urabiania narzędzie po każdym uderzeniu przestawia się zwykle w nowe położenie.

Urabianie udarowe ze względu na szybki przebieg przy dużej częstotliwości uderzeń daje możliwość uzyskania znacznej wydajności. Ze względu na dużą energię uderzenia potrzebną przy urabianiu skały możliwość zastosowania znacznej częstotliwości uderzeń jest ograniczona wymiarami ostrza. Na skuteczność urabiania udarowego mają znaczny wpływ własności plastyczne skał.

Urabianie udarowe jest więc z powodzeniem stosowane do wiercenia małośrednicowego, ponieważ energia przy wierceniu małośrednicowym jest niewielka, a twarde skały na ogół nie mają znacznych własności plastycznych. Na podstawie szczegółowych badań określono, że energia potrzebna do urabiania udarowego jest na ogół większa niż do urabiania statycznego.

Badania przeprowadzone na prostopadłościennych próbkach węgla, marmuru i innych skał wykazały, że w zależności od kształtu narzędzia, minimalna energia potrzebna do udarowego niszczenia próbki jest 2 do 6-krotnie większa niż do statycznego. Ze wzrostem energii ponad konieczną rośnie rozdrobnienie próbki i wzrasta pobór energii. Zwiększony pobór energii na urabianie udarowe łączy się prawdopodobnie z większym zasięgiem spękań i głębszym wniknięciem narzędzia w próbkę w momencie jej niszczenia. Powoduje to większy zasięg uszkodzeń calizny, tak że w następnym cyklu pracy, w przypadku procesu powtarzanego, częściowo odzyskuje się włożona energie. Z badań wynika, że przy zbyt malej i zbyt dużej energii uderzenia zużycie energii rośnie. Powtarzanie uderzeń o za malej energii jest skuteczne tylko do kilku razy, potem urabianie ustaje. Przy zbyt dużej energii uderzenia marnuje się ona na zbytnie rozdrobnienie skały..

Urabianie naciskiem statycznym

Urabianie naciskiem statycznym polega na wgniataniu krawędzi urabiającej w caliznę siłą statyczną, a wiec jest bardzo podobne do urabiania udarowego, jednak scharakteryzowane siłą, a nie udzielona energia. Dla kontynuowania urabiania narzędzie, zwykle wieloostrzowe, obtacza się równolegle do urabianej powierzchni, wskutek czego następne ostrze urabia w nowym miejscu.

Wywieranie nacisku statycznego na niewielka powierzchnie skały powoduje jej urabianie przez miażdżenie bezpośrednio pod narzędziem oraz przez odpryskiwanie objętości przylegających do boków. Tak wiec do urabiania nie jest konieczna ostra krawędź styku ze skałą, wystarcza, aby powierzchnia styku nie była zbyt duża. Dlatego obok urabiania gryzami wyposażonymi w zęby lub krążkami o ostrej krawędzi stosuje się wiercenie śrutowe lub też zbroi się gryzy walkami z węglików spiekanych. Przy urabianiu statycznym ze względu na powolny przebieg, odkształcenia mają dalszy zasięg przy mniejszych różnicach naprężeń, w porównaniu z urabianiem udarowym. Pęknięcia następują w najsłabszych miejscach, wiec przy maksymalnym wyzyskaniu płaszczyzn osłabionej spójności, mikropęknięć i innych defektów.

Ze względu na dość powolny przebieg urabiania zmiany miejsca działania ostrzy na skałę nie da się dokonać przez proste przestawienie narzędzia. Typowym dla tego sposobu urabiania jest rozmieszczenie ostrzy urabiających na powierzchniach obrotowych (stożki, walce) i uzyskanie zmiany miejsca urabiania przez toczenie tych elementów po powierzchni skały. Najważniejszą zaleta tego sposobu urabiania jest mały wpływ stępienia ostrzy na przebieg urabiania oraz powolne ich stępianie, ze względu na małą prędkość ruchu ostrzy względem skały.

Urabianie skrawaniem skał

W związku z przewagą kruchości skał nad ich plastycznością wynikiem skrawania nie jest ciągły wiór, jak przy skrawaniu metali, lecz urobek składający się z odłamków i miału. Urobek ten w zależności od sposobu urabiania nazywany jest tez wyrębowinami lub zwiercinami. Po przejściu noża skrawającego pozostaje po nim bruzda, której kształt, a zwłaszcza dno, odpowiada w pewnym stopniu kształtowi noża..

Młotki mechaniczne

Podział młotków:

- Pneumatyczne

- Elektryczne

- Elektropneumatyczne

- Hydrauliczne

- Spalinowe

Młotki mechaniczne jeszcze niedawno były podstawowym narzędziem do urabiania miękkiego węgla w ścianach i chodnikach. Dziś zastosowanie młotków podtrzymywanych ręcznie ogranicza się do wykonywania obrywki, wykuwania gniazd do zawiercania, odrywania łaty przystropowej i rozbijania zbyt wielkich kęsów. Obok młotków ręcznych ostatnio znajdują zastosowanie ciężkie narzędzia udarowe, montowane za pośrednictwem wysięgnika na podwoziu lub też umieszczone na czerpaku łyżki ładowarki. Te narzędzia, często o napędzie hydraulicznym, służą do przybierki stropu lub spągu, a czasem stanowią podstawowe wyposażenie do urabiania w chodniku. Ze względu na niska sprawność tak młotków pneumatycznych jak i rurociągów do przekazywania energii powietrza sprężonego prowadzone są intensywne prace nad zastąpieniem tej energii inna. Młotki elektryczne również nie dały oczekiwanych wyników, a produkowane młotki elektryczne nadają się do lekkich prac montażowych, do budownictwa czy rzeźbiarstwa, jednak w górnictwie nie znalazły szerszego zastosowania. Młotki lub wiertarki udarowe spalinowe stosuje się przy pracach poszukiwawczych, w kamieniołomach i przy robotach inżynierskich. W kopalniach podziemnych nie są one stosowane.

Wrębiarki

Wykonanie wrębu jest to wycięcie szczeliny w caliźnie, stwarza dodatkową powierzchnię swobodną oraz prowadzi do jawnego odprężenia, co znacznie ułatwia urabianie materiałem wybuchowym. Zaletami urabiania z wrębem jest bardzo znaczne zmniejszenie potrzebnej liczby otworów strzałowych i ilości zużytego do urabiania materiału wybuchowego, oraz urobek jest dużo grubszy i mniej rozrzucony, niż przy urabianiu strzelaniem bez wyrębu. Ponadto skały otaczające mniej są naruszone strzelaniem.

Ze względu na ograniczona odporność noży na ścieranie, wrębienie stosuje się tylko w skałach dość łatwo urabialnych, jak węgiel, łupki palne, iły i tym podobne. Najistotniejsze jest, aby skała nie działała zbyt silnie ściernie na noże wrębiarki.

W zależności od usytuowania wrębu względem stropu i spągu pokładu, wyróżniamy wrąb dolny, środkowy i górny- przystropowy. W pokładach cienkich wykonuje się z reguły wrąb dolny. Wrąb średni wykonuje się w nieco grubszych pokładach lub też dla usunięcia miękkiego przerostu i uzyskania czystszego urobku. Wrąb górny stosuje się albo dla umożliwienia zastosowania obudowy wyprzedzającej wysuniętej we wrąb, albo dla oddzielenia od pokładu warstwy przeznaczonej do pozostawienia przy stropie. Może to mieć na celu ułatwienie utrzymania stropu albo pozostawienie mało wartościowej części kopaliny.

W chodnikach stosuje się czasem oprócz wrębu poziomego również wręby pionowe, skośne lub nawet kołowe. Przy głębieniu szybów czasem również stosuje się wrąb kołowy w celu zwiększenia urabiania materiałem wybuchowym i izolowania otaczającego górotworu od działania bezpośredniej fali detonacyjnej.

Maszyny do wykonywania wrębów, zwane wrębiarkami, stanowiły bardzo ważny etap rozwoju mechanizacji urabiania. Łącznie z zastosowaniem rynien wstrząsowych przyczyniły się one do upowszechnienia systemu ścianowego. Użytkowanie wrębiarek ścianowych pozwoliło na udoskonalenie narzędzi skrawających i ciągników oraz na użycie przenośnika jako toru dla maszyny urabiającej. Doświadczenia te pomogły w rozwoju kombajnów i przyczyniły się do obserwowanego obecnie stanu mechanizacji urabiania.

Pierwsze typy wrębiarek tarczowych, żerdziowych oraz udarowych dawno wyszły z użycia i jedynym stosowanym jeszcze typem są wrębiarki łańcuchowe.

Urabianie skał za pomocą materiałów wybuchowych

Zasada urabiania materiałami wybuchowymi polega na tym, że zwykle do otworów wykonanych w caliźnie wprowadza się ładunki materiału wybuchowego, które następnie odpala się tj. powoduje ich wybuch. Wytwarzające się przy wybuchu duże ilości gazów o wysokiej temperaturze mają olbrzymie ciśnienie, które powoduje rozerwanie calizny.

Najdawniej znanym materiałem wybuchowym jest proch czarny. Został on wynaleziony w Europie około 1300 roku. Do urabiania skał proch został użyty po raz pierwszy w Słowacji dopiero w 1627 roku. Przez długie lata proch był jedynym górniczym materiałem wybuchowym. Dopiero w roku 1866 wynaleziono dynamit, a w roku 1888 pojawiły się pierwsze materiały, tzw. Bezpieczne.

Zastosowanie materiałów wybuchowych do urabiania skał zwielokrotniło wysiłki górników i w tym sensie było wydarzeniem przełomowym w rozwoju górnictwa.

Z materiałami wybuchowymi wiąże się ściśle pojecie wybuchu. Wybuch jest to zjawisko gwałtownej zmiany stanu równowagi, któremu towarzyszy zniszczenie środowiska, huk i przeważnie błysk.

Wybuchy mogą być fizyczne i chemiczne. Wybuch fizyczny polega na gwałtownej fizycznej zmianie stanu równowagi, której towarzyszy huk i wykonanie pracy mechanicznej, np. rozerwanie butli z gazem. Wybuch chemiczny jest to wykonanie pracy mechanicznej i efekt dźwiękowo- świetlny. Zjawiska te są skutkiem wydzielania się w czasie reakcji dużej ilości ciepła i gazów lub par. Przykładami wybuchów chemicznych są wybuchy pyłu węglowego itp. .

Urabianie strugami węglowymi

Strugi węglowe są prostymi, nieskomplikowanymi maszynami urabiająco - ładującymi. Strugi węglowe charakteryzują się dużą wydajnością urabiania oraz możliwością pełnej automatyzacji i zdalnego sterowania. Światowy rekord wydobycia za pomocą struga węglowego (przy wysokości ściany 1,25 m) wynosi 22 170 t/dobę. Strug składa się z głowicy, przenośnika zgrzebłowego, dwu napędów poruszających głowicę, belki oporowej, podciągnika kotwiczącego przenośnik, przesuwników, dwu mechanizmów zapadkowych do przesuwania napędów oraz urządzeń elektrycznych, oświetleniowych i sygnalizacyjnych.

Głowica ciągniona łańcuchem, porusza się wzdłuż czoła ściany, ścina swymi nożami warstwę węgla grubości do 100 lub 150 milimetrów. Aby głowica wskutek reakcji węgla nie została od czoła ściany odepchnięta, wywierany jest na nią nacisk za pośrednictwem prowadnicy przenośnika przez zespół przesuwników hydraulicznych lub przesuwników, stanowiących wyposażenie obudowy zmechanizowanej. W czasie ruchu głowicy nagarnia ona urobiony węgiel na przenośnik. Ponieważ głowica strugowa nie wymaga bezpośredniej obecności obsługi w czasie urabiania, przez to jej prędkość może być znaczna i wynosi 26,4 do 102,6 m/minutę. Wysokość głowicy strugowej dobiera się w zależności od warunków górniczych: minimalna jej wysokość wynosi 500milimetrów. Głowica struga wyposażona jest w dwa zestawy noży do pracy w dwu kierunkach. W celu uniknięcia tarcia i niszczenia się zestawu noży niepracujących przy danym kierunku ruchu, stosuje się samoczynne przestawianie głowicy lub noży. Zestaw noży pracujących ma zostać wysunięty ku caliźnie, a przyspągowy nóż jeszcze obniżyć nieco. Zestaw noży nie pracujących aktualnie ma być cofnięty, a przyspągowy nóż ma być podniesiony. Można to uzyskać przez zawiasowe osadzenie uchwytów nożowych i takie ich sprężenie, aby wykonywały ruchy stronami przeciwnie, np. łącząc je łańcuchem.

Do najważniejszych zalet strugów należą:

- prosta budowa,

- uzyskiwanie korzystnej granulacji urobku i małej ilości miału,

-mały stopień zapylenia

- nieprzesuwanie napędów organu urabiającego wzdłuż czoła ściany, co eliminuje konieczność doprowadzania energii do przemieszczającej się maszyny

Najważniejszą wadą strugów w obecnym ich rozwiązaniu jest nieprzydatność do urabiania węgla bardzo zwięzłego. Nie mogą one również osiągnąć jeszcze wydobycia dobowego z jednej ściany takiego, jakie uzyskuje się przez stosowanie nowoczesnych wysokowydajnych kombajnów ścianowych. W Polsce strugi nie są już powszechnie stosowane -zastąpiły je wysokowydajne kombajny . Są natomiast w powszechnym użyciu w Ameryce i Australii.

Kompleksy ścianowe

W celu uzyskania dobrych wyników produkcyjnych w ścianowych systemach wybierania węgla nie tylko stosuje się maszyny do urabiania, ładowania, transportu i obudowy, ale zestawia się je w odpowiednie zespoły zwane kompleksami mechanicznymi. Poszczególne maszyny, wchodzące w skład takich kompleksów, jak kombajny lub strugi, przenośniki zgrzebłowe ścianowe, przenośniki podścianowe, obudowa oraz urządzenia do wszelkich prac pomocniczych, cechuje wzajemna współzależność konstrukcyjna i ruchowa.

Kompleksy ścianowe umożliwiają nie tylko znaczne zwiększenie wydajności pracy i wydobycia węgla ze ściany, ale jednocześnie niezawodność pracy maszyn oraz zwiększenie bezpieczeństwa i komfortu pracy górników.

Kombajny

Postępy w metodach urabiania doprowadziły do użycia kombajnów w wyrobiskach kamiennych, prowadzonych w skałach niezbyt trudno urabialnych. Obok urabiania skrawaniem, w kombajnach wiercących stosuje się gryzy, a więc urabianie naciskiem statycznym. Możliwość stosowania kombajnu i jego typ zależą w dużej mierze od warunków prowadzenia wyrobiska, od jego wymiarów i kształtu..

Kombajny dzielimy na :

- wąskoprzodkowe

- ścianowe

Kombajny wąskoprzodkowe

Kombajny frezujące

Frezowanie - obróbka mechaniczna skrawaniem za pomocą wirującego narzędzia wieloostrzowego zwanego. Cechą charaktrystyczną frezowania jest ruch obrotowy narzędzia - freza (prostopadle do osi posuwu) z jednoczesnym ruchem posuwistym przedmiotu obrabianego względem freza lub freza względem przedmiotu obrabianego

Zasada frezowania znalazła bardzo szerokie zastosowanie w kombajnach chodnikowych wąskoprzodkowych. Praktycznie wypróbowano bardzo wiele wariantów elementów frezujących.

Szersze zastosowanie znalazło frazowanie:

1. kilkoma łańcuchami biegnącymi obok siebie

2. tarczami krążącymi wokół głównej osi wyrobiska,

3. elementem składającym się z kilku tarcz, wykonującym obok posuwu poprzecznego prostopadłego do osi, wahania wzdłuż osi,

4. elementem stożkowym lub dwoma współosiowymi, usytuowanymi na końcu wysięgnik poruszanego ruchem kulistym.

5. elementem bębnowym o pionowej lub poziomej osi.

Pierwsze i trzecie rozwiązanie ( a, d) nadaje się dobrze do maszyn przeznaczonych do wykonywania chodników prostokątnych. Układ drugi (b, c), wskutek ruchu obiegowego jest okrągłym. Dodatkowe elementy urabiające mogą mu nadawac kształt łukowy. Kombajny, w których zastosowano rozwiązanie czwarte mogą nadawac dowolny kształt wyrobisku, mogą tez urabiać w chodniku kamienno- węglowym sam węgiel.

Największa uniwersalność czwartego układu (e, f0, jest przyczyną szerokiego zastosowania kombajnów działających na tej zasadzie. Piąty układ znalazł wąskie zastosowanie w agregatach do wykonywania wnęk (g) rysunek strona 396.

Kombajny wysięgnikowe ze stożkowymi elementami urabiającymi

Najszerzej stosowaną grupą kombajnów chodnikowych są kombajny ze stożkowymi elementami urabiającymi. Sposób pracy polega na wgłębieniu elementu urabiającego na głębokość około 0,5m w caliznę przy spągu, a nastepnie na prowadzeniu poziomo warstwami ku gorze. Końcowym zabiegiem jest okonturowanie wyrobiska, odpowiednio do typu stosowanej obudowy.

Przy wyraźnej łupności i słabo zaznaczającym się uławiceniu stosuje się również pionowe prowadzenie elementu urabiającego. Przy węglu zwięzłym trzeba urabiać calą powierzchnię przodku. Urobek spada na spąg i głowicę ładującą. Ładowarka ładuje urobek na podawarkę, która przenośi go do tyłu do wozów oponowych lub też poprzez przenośnik mostowy na przenośnik odstawczy.

Kombajny wiercące

Zasada wiercenia znalazła również zastosowania w kombajnach ścianowych w postaci elementów wielowiertłowych przy głębokim zabiorze oraz jednowiertłowych przy płytkim zabiorze. Ze względu na kruchość węgla noże zwykle wycinają okrągłe szczeliny, pomiedzy którymi pozostają grzebienie lub występy calizny, łamiące się i dające urobek dodatkowy.

Kombajny chodnikowe wiercące nie znalazły zastosowania w Polsce, przeprowadzono tylko nieliczne próby z takimi kombajnami produkcji radzieckiej.

Kombajny do przybierki stropu

Im urabiany pokład jest cieńszy (do pewnej granicy), tym postęp przodku ścianowego może być większy. Wtedy jednak chodniki, a szczególnie podścianowy musza być wykonywane z przybierką. Wykonywanie przybierki strzelaniem jest niewygodne i uniemożliwia duży postęp prac w chodniku, a więc i w ścianie.

Kombajn do przybierki stropu jest zbudowany z mocnej ramy rozpartej stropnicą o strop, na której przesuwanie miesci się urabiarka z organem urabiającym w postaci ramienia o poziomej osi obrotu. Przed urabiarką znajduje się poziomy poprzeczny przenośnik, na który spada urobek.

W związku z wprowadzniem na na przemysłową skalę wybierania bez wnęk, z napędami przenośnika w chodnikach prostokątnych wykonywanych raczej z przybierką spągu, znaczenie kombajnów do przybierki stropu zmalało, szerzej stosuje się ładowarki z układami udarowymi do urabiania skał spągowych. (rys. str. 427)

Urabiarki z ciężkimi młotami hydraulicznymi

Po opanowaniu seryjnej produkcji młotów z napędem hydraulicznym, o znacznej energii uderzeń stworzono możliwośc zbudowania maszyn urabiająco- ładujących do pracy w skałach znacznie trudniej urabialnych niż węgiel. Maszyny te składają się z ładowarki oraz ciężkiego młota na wysięgniku. Wyniki tych maszyn sprawiają ze są one konkurencyjne do kombajnów urabiających skrawaniem.

Właściwym zakresem zastosowania mogą być skały o miernej wytrzymałości lecz o silnym działaniuściernym, jak piaskowce o słabym lepiszczu, łupki piaszczyste i mało zwięzłe zlepieńce. Ze względu na szybkie tępienie noży urabianie skrawaniem tych skał jest mało wydajne. Ze względu na możliwość osobnego wybierania węgla i osobnego skał otaczających, maszyny urabiające udarowo nadają się do pracy w chodnikach kamienno- węglowych.. 9rysunek strona 430)

Kombajny ścianowe

Kombajny frezujące

Zalety kombajnów frezujących stały się przyczyną znacznego ich rozpowszechnienia i ograniczenia stosowania innych rodzajów kombajnów scianowych. Technologia eksploatacji węgla systemem ścianowym z zastosowaniem tzw. Kompleksów ścianowych opiera się na urabianiu węgla kombajnami frezującymi bębnowym, poza bardzo łatwo urabialnymi pokładami, gdzie stosowane są strugi.

Kombajny frezujące bębnowe składają się z trzech podstawowych zespołów połączonych ze sobą śrubami:

- ciągnika

- jednej lub dwu głowic z organami urabiającymi

- jednego lub dwu silników elektrycznych

Ich zasada działania jest identyczna jak w kombajnach frezujących wąskoprzodkowych czyli urobek jest ścinany frezem (patrz definicja frez)

Kombajny wycinające

Kombajny wycinające były pierwszymi maszynami zespołowymi zastosowanymi w kopalniach węgla. Stanowiły one rozwinięcie wrębiarek ścianowych, w których prosty wrębnik zastąpiono bardziej złożonym organem urabiającym oraz do których dobudowano urądzenie ładujące.

Kombajn porusza się po spągu wzdłuż czała ściany ciągniony liną zaczepioną do rozpory. Od przenośnika jest on oddzielony rządem stojaków. Ruch roboczy odbywa się od chodnika transportowego do górnego chodnika trzyścianowego. Na obu końcach ściany wykonywane są zwykle wnęki- dolna, z której kombajn rozpoczyna pracę, oraz górna, w której jest przemontowywany do zjazdu.

W miare posuwu kombajnu następuje za nim ustawianie obudowy, przy czym stojaki musza być stawiane, aby kadłub kombajnu mieścił się dobrze pomiędzy nimi a czołem.

Organ urabiający kombajnu składający się z wrębnika konturowego oraz dwu żerdzi kruszących z tarczami, dostosowuje się do grubości pokładu i własności węgla zmieniając jego wymiary. Dobór liczby tarcz na żerdziach zależy od głębokości zabioru oraz od urabialności węgla.

Kombajny wiercące

Do wiercenia cienkich pokładów już od 0,5 metra zaprojektowano kombajn pracujący na zasadzie wiercenia.

Podstawową zaletą tych kombajnów jest możliwośc pracy w węglu twardym oraz dobry skład ziarnowy urobku. Mają one jednak stosunkowo niską wydajnośc dlatego njie sa w Polsce powszechnie stosowane.

Sposób działania; Głowica z organem wiercącym wystaje w bok ku caliźnie z tyłu zaś kombajnu na kadłubie znajduje się hydraulicznie poruszający wysięgnik z krzyżowym organem urabiającym. Kombajn urabia organem wiercącym tylko w jednym kierunku, równocześnie urabiając organem bębnowym przy stropie. Przy ruchu w kierunku przeciwnym organ bębnowy jest opuszczony do spągu i wyrównuje czoło ściany oraz urabia pozostałości przy spągu.

---