Materiał wydrukowany z portalu www.wnp.pl. © Polskie Towarzystwo Wspierania Przedsiębiorczości 1997-2019

Nie tylko w górnictwie, czyli historia kombajnów chodnikowych

Autor:  Artykuł promocyjny dostarczony przez firmę FAMUR SA  |  02-07-2018 11:18  |  aktualizacja: 02-07-2018 11:16
Jeden z pierwszych kombajnów chodnikowych nie powstał wcale do urabiania węgla, ale… drążenia tunelu między Wielką Brytanią i Francją. Jak przez dziesięciolecia rozwijały się te maszyny i które modele są najczęściej wykorzystywane w Polsce? – opisuje dr Jacek Korski z FAMUR SA.

Dziś, gdy często dyskutujemy o innowacyjności i Przemyśle 4.0, zapominamy, że poprzednie rewolucje przemysłowe zaczynały się… w górnictwie podziemnym. Poważnym problemem dla kopalń z coraz głębszymi pokładami była woda i dlatego w Anglii już u schyłku XVII w. zastosowano maszyny parowe do odwadniania. Można więc powiedzieć, że pierwsze urządzenia parowe wymyślono dla górnictwa. Na kontynencie europejskim pierwszy raz taką maszynę, tzw. maszynę ogniową konstrukcji Newcomena, uruchomiono w kopalni Fryderyk w Tarnowskich Górach.

FAMUR SA

Jako symbol Przemysłu 2.0 uznaje się albo seryjną, taśmową produkcję albo (a według niektórych badaczy jednocześnie) zastosowanie napędów elektrycznych. Górnictwo najbardziej rozwiniętych państw nadążało lub nawet wyprzedzało inne gałęzie przemysłu w zastosowaniu obu tych metod. Pierwsze ściany wydobywcze, będące w istocie odpowiednikiem taśmy montażowej, znane są w angielskim i szkockim górnictwie od drugiej połowy XVII wieku (!), a w wersji z przenośnikami (potrząsalnymi lub taśmowymi) od początku XX wieku. Znacznie wcześniej zastosowano w wielu kopalniach węgla, także tych na Śląsku, energię elektryczną. Jednak praca górników przodkowych nie doczekała się wielkiej mechanizacji czy elektryfikacji w zasadzie do zakończenia II wojny światowej. Choć pojawiały się coraz powszechniej małe, ręczne urządzenia mechaniczne, jak pneumatyczny młot udarowy (zwany wtedy młotkiem odbudowy) i ręczne wiertarki do wiercenia otworów strzałowych.

Z Kanału La Manche do USA

Dość wcześnie pojawiały się również próby zbudowania i zastosowania kombajnów chodnikowych. Mianem kombajnu - nie tylko w górnictwie - nazywa się maszynę zespołową wykonującą jednocześnie kilka różnych czynności. Kombajn chodnikowy to kombajn przeznaczony do drążenia wyrobisk chodnikowych, czyli maszyna wykonująca kilka funkcji w tym procesie. Wyrobisko korytarzowe to wyrobisko o znacznej, w stosunku do przekroju poprzecznego, długości. Są to wszelkie chodniki, sztolnie, przecznice, przekopy, pochylnie (niekiedy do wyrobisk korytarzowych zalicza się szyby i szybiki). Dla porządku warto zauważyć, że pierwotnie przodki wyrobisk korytarzowych były jednocześnie przodkami eksploatacyjnymi.

Pierwszy znany kombajn chodnikowy powstał w 1876 roku i był przeznaczony do jednoczesnego wykonywania trzech operacji: urabiania, ładowania urobku i odstawiania (transportu) tego urobku poza przodek. Maszyna napędzana sprężonym powietrzem nosiła nazwę English Channel Machine i była przeznaczona do drążenia pilotażowego tunelu pod kanałem La Manche (angielska nazwa kanału to właśnie English Channel – Kanał Angielski).

Zadaniem tego pierwszego kombajnu chodnikowego było drążenie tunelu o średnicy 2,1m, który następnie miał zostać powiększony do wymiarów zdolnych pomieścić pociąg. Już wtedy bowiem zamierzano połączyć Wielką Brytanię z Francją linią kolejową. Kombajn urabiał wapienny przodek metodą zwiercania, ładował urobek, przenosił go za siebie i napełniał nim wózki. Maszyna nie miała podwozia, przemieszczała się na płozach. Wyniki były zachęcające – sprawnie wydrążono ok. 2400 metrów. Jednak strach, że francuskie wojska mogą „suchą stopą” zaatakować Wyspy Brytyjskie, sprawił, że roboty przerwano. Nowe tunele wykonano ponad 100 lat później. Na długo zapomniano też o maszynie do drążenia chodników.

W 1918 roku w USA pojawiła się maszyna Mc Kinley Entry Driver - wąskoprzodkowy kombajn węglowy do systemów komorowo-chodnikowych. Nie zdobyła ona jednak dużej sławy. Mimo to idea tego kombajnu wróciła po II wojnie światowej w postaci kombajnu wiercącego Borer Miner firmy Marietta, stosowanego w USA, i nie tylko, do wybierania soli potasowych w systemie komorowo-filarowym. Tego typu maszyny urabiające jednocześnie cały przekrój przodka chodnikowego różnych producentów są bardzo rozpowszechnione właśnie w górnictwie soli potasowych. Jednak na długi czas zaniechano prac nad zespołowymi maszynami do drążenia chodników.

Za Atlantykiem powstawały także maszyny do ładowania urobku w postaci ładowarek łapowych i wrębiarki do wykonywania wrębu przyśpieszającego wykonywanie robót strzałowych w wąskich przodkach systemu komorowo-filarowego. W USA pojawiły się również inne maszyny pełnoprzekrojowe urabiające, ładujące urobek i transportujące go poza siebie, ale w górnictwie węglowym nie było to rozwiązanie przyszłościowe. Pokłady węgla mają bowiem zmienną miąższość, bywają pofałdowane i potrzebne były maszyny zdolne do reagowania na te zmiany. Dodatkowym problemem było szybkie zużywanie się głowic, a właściwie ostrzy urabiających ówczesnych maszyn górniczych. Konieczny był więc postęp w inżynierii materiałowej. Powstające w USA modele ciągle nie były maszynami do drążenia chodników, ale do zmechanizowanego wybierania węgla w systemie komorowo-filarowym (Room & Pillar). Należy zaznaczyć, że system ścianowy pojawi się tam dopiero pod koniec lat 60. XX wieku.

Europejskie eksperymenty

W Europie, gdzie system ścianowy upowszechnił się znacznie wcześniej niż w USA, zapotrzebowanie na wydajne kombajny do drążenia chodników pojawiło się tuż po II wojnie światowej. W dawnym ZSRR, po okresie eksperymentowania z maszynami wiercącymi, powstały pierwsze dojrzałe rozwiązania kombajnów chodnikowych, czyli samobieżnych maszyn urabiających, ładujących urobiony węgiel i odstawiający go poza przodek. Przykładowo, jeden z pierwszych, kombajn PK-2 był oparty o zespół wrębiarek i przenośnik taśmowy wbudowany w maszynę, ale nie spełnił on pokładanych w nim oczekiwań. Wśród udanych eksperymentów nad takimi maszynami, które były eksploatowane także w polskim górnictwie węglowym, znalazły się kombajny: PK-3 (KPU-4) i PK-4.

Maszyny te miały głowicę osiową urabiającą przodek punktowo. Ładowanie urobku i jego transport poza maszynę urabiającą zapewniał jednołańcuchowy przenośnik zgrzebłowy z bocznym łańcuchem. Kombajn poruszał się na podwoziu gąsienicowym. Wiele z rozwiązań technicznych zastosowanych w tych kombajnach chodnikowych na wiele lat wyznaczyło standardy dla takich maszyn – jeszcze do dziś pracują w świecie kombajny Dosco Mk-2A produkowane do lat 90. ubiegłego wieku. Osiowy organ urabiający stał się na dziesiątki lat znakiem rozpoznawczym radzieckich czy później rosyjskich kombajnów chodnikowych, ale także ich brytyjskich, licencyjnych klonów. Przez lata rozwoju radzieckich kombajnów chodnikowych najistotniejszej zmianie uległ system ładowania urobku i jego transportu poza przodek. Pojawił się prosty przenośnik i ładowarka łapowa, którą jako samodzielną maszynę wprowadził Joy jeszcze przed wojną. W istocie nowsze kombajny chodnikowe były ładowarką łapową z zabudowanym wysięgnikowo osiowym organem urabiającym. Takie rozwiązanie organu urabiającego pozwalało na wykonywanie chodników o niemal dowolnym kształcie przekroju poprzecznego, a więc także zastosowanie łukowych obudów podatnych, które dominują dziś w polskim górnictwie węglowym. Wiele takich maszyn pracowało (PK-7, PK-9R, 4PP-2) w polskich kopalniach węgla kamiennego nawet do lat 90. zeszłego wieku i cieszyło się dobrą opinią.

Ewolucja projektów kombajnów

Radzieckie kombajny miały jednak także swoje wady i ograniczenia. To sprawiło, że w okresie intensywnej rozbudowy polskiego górnictwa węglowego w latach 70. ubiegłego wieku zapadła decyzja o zakupie licencji na kombajn chodnikowy AM-50 austriackiej firmy Voest Alpine i uruchomienie jego produkcji w Polsce. Ten stosunkowo lekki kombajn chodnikowy (niespełna 25 ton) był jednak znacznie cięższy i silniejszy od swoich radzieckich poprzedników i pozwalał na urabianie z jednego ustawienia większego przekroju przodka. Dzięki zastosowaniu poprzecznego organu urabiającego z dwoma półkolistymi głowicami wzrosła nieco wydajność urabiania węgla, przy zachowaniu zdolności do urabiania niemal dowolnego kształtu przekroju poprzecznego przodka. Projekt produkowanego do dziś w FAMUR SA (Remag), ale istotnie ulepszonego, kombajnu chodnikowego AM-50 nie powstał jednak całkowicie w Austrii. Jego konstrukcja wywodzi się z węgierskiego kombajnu F-6, który z kolei nawiązywał do kombajnów F-2 i F-4 seryjnie produkowanych na potrzeby kopalń węgierskiego zagłębia Tatabanya już od początku lat 50. ubiegłego stulecia.

Można zadać pytanie dlaczego w tamtych czasach polscy konstruktorzy nie opracowali własnego kombajnu chodnikowego? Odpowiedź jest stosunkowo prosta - w ramach Rady Wzajemnej Pomocy Gospodarczej obowiązywał bowiem odgórny podział pracy. Nie produkowaliśmy długo kombajnów chodnikowych, ale do dziś produkujemy dobre kombajny ścianowe, które stały się naszą, polską specjalnością właśnie w ramach tego podziału. Podejmowano jednak w Polsce próby stworzenia cięższych kombajnów chodnikowych do twardszych niż węgiel skał. Efektem tych prac był kombajn chodnikowy K-160, testowany jednak bez powodzenia. W KOMAG opracowano także ciężki kombajn chodnikowy KCX-250, który, choć powstał, nie trafił na dobre dla siebie czasy – początki polskiej transformacji gospodarczej lat 90. i usamodzielnienie kopalń sprawiły, że nikt nie chciał podjąć ryzyka jego wdrożenia. W ostatniej dekadzie XX w. podejmowano także w naszym kraju próby opracowania nowych kombajnów chodnikowych przez różnych producentów, ale bez większych sukcesów. Na niewielką skalę uruchomiono, już w tym stuleciu, produkcję kombajnów typoszeregu KTW.

Natomiast produkcję AM-50 podjął najpierw, w latach 70. ub. wieku, chorzowski Konstal, a potem przygotowano seryjną produkcję w Zamet Tarnowskie Góry, gdzie na niewielką skalę maszyny te powstawały do lat 90. ubiegłego wieku. Od początku lat 80. głównym producentem był jednak Remag - wcześniej jeden z wielu zakładów naprawczych przemysłu węglowego. Podjęto także prace rozwojowe, których celem było lepsze dostosowanie kombajnu do wymagań klientów – między innymi zwiększono wysokość urabiania, zakres dopuszczalnego nachylenia podłużnego, wymieniono osprzęt elektryczny, poszerzono gąsienice. Tworząc kombajny R-120, R-130 i R-150 podjęto wyzwanie zwiększenia mocy organu urabiającego, by poszerzyć możliwości urabiania skał twardszych niż węgiel. W końcu, dostrzegając ograniczenia rozwojowe bazowego modelu, czyli AM-50, opracowano kombajn KR -150 w średniej klasie ciężarowej. Po nim opracowano jeszcze cięższy kombajn chodnikowy znany dziś pod nazwą R-2000. Oczywiście wszystkie kombajny stosowane do drążenia chodników w obudowie podporowej. Wiele zmieniło się od początków produkcji kombajnów chodnikowych w naszym kraju i dziś te maszyny są wyposażone w pomosty robocze i hydrauliczne manipulatory ułatwiające montaż obudowy stalowej. Później Remag stał się częścią FAMUR SA i podjęto nowe działania związane z rozwojem oferty kombajnów chodnikowych. Zakupiono licencję kombajnu Dosco LH-1400, który po latach był znów, podobnie jak dawne radzieckie maszyny, wyposażony w podłużny organ urabiający i miał ruchomą końcówkę przenośnika podawarki umożliwiającą sypanie urobku na przenośnik zabudowany obok kombajnu lub na pojazd transportowy. Wreszcie kombajn był fabrycznie wyposażony w dwie kotwiarki. Oferowany w takiej konfiguracji jako FR-250 nie wzbudził jednak zainteresowania w polskim górnictwie. Może to nieco dziwić, bowiem pracochłonność wykonywania obudowy stalowej i jej koszt wskazywałyby na celowość stosowania kotwienia stropu wszędzie, gdzie może to być zastosowane. Dopiero wersja FR-250 bez kotwiarek, z poprzecznym organem urabiającym i sztywną podawarką znalazła zastosowanie w jednej z polskich kopalń. To o tyle zaskakujące, że w polskich firmach mówi się o zastosowaniu maszyn chodnikowych typu bolter-miner, które także wyposażone są w kotwiarki. Można jednak zauważyć, że te bardzo duże i ciężkie maszyny mogą drążyć tylko chodniki o przekroju prostokątnym, są zdolne do urabianiu niemal wyłącznie węgla i bardzo wrażliwe na podłużne i poprzeczne nachylenia. Nie nadają się zbytnio także do pracy w warunkach dużego zagrożenia metanowego.

Od kilku lat FAMUR SA oferuje także średnie kombajny chodnikowe FR-160, które pracują w kilku polskich kopalniach. Mimo że z różnych powodów stosuje się coraz większe przekroje chodników, także przyścianowych, to polscy klienci bardzo lubią AM-50Z lub ZW, których w polskich kopalniach pracuje ponad 100, a łącznie w polskich fabrykach powstało ponad 2700 maszyn tej rodziny.

Stosunkowo duży rynek kombajnów chodnikowych w Polsce i jego specyficzne wymagania, odbiegające od wymagań innych klientów, powodują, że FAMUR chce głównie zaspokajać potrzeby krajowe. W ostatnich latach nasze kombajny chodnikowe trafiły jednak także do Turcji, Bośni czy Rosji.

Jacek Korski, FAMUR SA

Materiał wydrukowany z portalu www.wnp.pl. © Polskie Towarzystwo Wspierania Przedsiębiorczości 1997-2019