ПРОХОДЧЕСКИЙ АГРЕГАТ Российский патент 1995 года по МПК E21C27/24 

Изобретение относится к горному делу. Разработано для механизации процессов при проведении горизонтальных, наклонных и восстающих горных выработок прямоугольной, трапециевидной и арочной форм буровзрывным способом.

При проведении горных выработок затраты времени на бурение шпуров по забою достигают 30 и более процентов продолжительности проходческого цикла, а затраты времени на крепление выработок - 20 - 25%. Значительные затраты времени на бурение шпуров объясняются тем, что эта операция в большинстве случаев выполняется съемными бурильными машинами, а при использовании шахтных бурильных установок необходимы затраты времени на замену оборудования в призабойной части выработок. Выполнение работ по возведению штучной крепи (деревянной или металлической) осуществляется в основном с применением ручного труда или с использованием переносных подъемных приспособлений, подвесных или наземных крепеустановщиков. Крепление выработок анкерной крепью возможно с использованием переносных буровых станков или бурильных установок, а также специальных дополнительных устройств для закрепления анкеров в шпурах. Выполнение этих операций связано с дополнительными затратами времени на замену оборудования в призабойной части выработок. Выполнение этих работ по времени не совмещается с другими работами проходческого цикла.

Из вышеизложенного следует, что применение отдельных механизмов, машин и установок для механизации бурения шпуров по забою и под анкера позволяет облегчить труд проходчиков и сократить время на выполнение этих операций за счет увеличения производительности. Однако последовательное их чередование за погрузкой взорванной горной массы или с перерывами выполнения одной операции для производства другой не дает значительного сокращения продолжительности проходческого цикла. Кроме того, при проведении выработок буровзрывным способом необходимо возводить временную (защитную) крепь в зоне работы людей, что также требует затрат времени. В этой связи конечная эффективность процесса бурения шпуров по забою и под анкера, а также крепления горной выработки в проходческом цикле определяется возможностями сопряжения этой части оборудования с погрузочно-транспортной частью.

В проходческих буровзрывных комплектах и комплексах типа КГ, КГВ и КНВ, кроме основной машины - погрузочной, имеются бурильная установка, подвесной или наземный крепеустановщик, подвесной или прицепной перегружатель и т.д. В процессе проведения выработок необходимо производить замену машин и оборудования в призабойной части выработок. Основной недостаток компоновок рассматриваемых комплексов и комплектов - большая продолжительность выполнения вспомогательных операций. В результате увеличивается продолжительность проходческого цикла и снижаются темпы проведения выработок.

Известны более совершенные проходческие комплексы, которые позволяют сократить затраты времени на выполнение вспомогательных работ и повысить уровень механизации проходческих операций. К таким комплексам относится "Сибирь". Особенностью рассматриваемого комплекса является то, что он состоит из базовой рамы на колесно-рельсовом ходу, на которой смонтированы два ковшовых погрузочных органа, два бурильных модуля и крепеустановщик. Недостатки комплекса "Сибирь" следующие: комплекс не самоходный, поэтому может применяться только при проходке наклонных выработок; последовательность выполнения операций проходческого цикла - погрузка горной массы, затем крепление выработки с последующим бурением шпуров. Кроме того, в комплексе не предусмотрена надежная защита рабочего призабойного пространства от возможных выпадений кусков породы или обрушение значительных масс кровли выработки.

Известен проходческий механизированный комплекс, предназначенный для проведения горных выработок буровзрывным способом. Комплекс состоит из последовательно расположенных скребкового и телескопического конвейеров и базовой рамы со смонтированными на ней погрузочным органом непрерывного действия, бурильным оборудованием и манипулирующим крепеустановщиком. Базовая рама расположена на раме скребкового конвейера и снабжена механизмом передвижения по нему. Рассматриваемый комплекс позволяет совмещать во времени погрузку горной массы, бурение шпуров под анкера и возведение полурамно-анкерной крепи.

К недостаткам следует отнести то, что комплекс не может осуществлять затяжку кровли и боковых стенок проводимых выработок, а также не обеспечивает высокую степень безопасности проходчиков от возможных вывалов пород кровли. Это связано с отсутствием временной механизированной крепи.

По принципиальной схеме компоновки и перемещения вдоль проводимой выработки проходческий механизированный комплекс имеет сходные признаки с предлагаемым изобретением.

Наиболее близким по общей схеме компоновки к предлагаемому изобретению является проходческий комбайновый комплекс "Кузбасс" - КН5Н. Комплекс КН5Н предназначен для проведения горизонтальных и восстающих выработок с устойчивой кровлей по углю с присечкой породы крепостью до 4. Он состоит из комбайна, распорно-шагающей механизированной крепи для поддержания кровли в зоне работы людей и механизмов, оборудования механизированного возведения постоянной крепи, состоящего из крепеустановщика для установки верхняков, бурильных установок для бурения шпуров под анкера и кассет для сетчатой затяжки системы пылеподавления и т.д.

Распорно-шагающая механизированная крепь, состоящая из двух боковых и средней секции, позволяет перемещаться на забой всему проходческому оборудованию при помощи домкратов подачи, смонтированных на основаниях боковых секций крепи. Достоинством рассматриваемого комплекса является возможность совмещения во времени работ по разрушению забоя, погрузки горной массы и ее транспортировки с бурением шпуров под анкера и возведением временной и постоянной крепи в виде верхняков с затяжкой. В результате достигается значительное увеличение производительности. Недостатки комплекса - значительная громоздкость крепельщика, невозможность перемещения верхняка вдоль оси комплекса в процессе прижатия его к кровле выработки, а также весьма низкая маневренность при отодвигании всего оборудования от забоя.

Цель изобретения - повышение безопасности труда и увеличение производительности при проведении горных выработок буровзрывным способом.

Эти цели достигаются путем создания проходческого агрегата с использованием временной механизированной крепи, перекрывающей рабочее пространство от возможных вывалов пород кровли и под защитой которой возводится постоянная полурамно-анкерная крепь с сетчатой или стеклотканевой затяжкой и совмещением операций погрузки горной массы, бурении шпуров под анкера или по забою и возведении анкерной или полурамно-анкерной крепи с затяжкой. Проходческий агрегат обладает большой маневренностью при отводе его от забоя в процессе выполнения взрывной отбойки пород, позволяет осуществлять бурение ряда анкерных шпуров строго по шаблону.

Проходческий агрегат состоит из продольно расположенных призабойного конвейера с жестким ставом и транспортного скребкового или ленточного телескопического конвейера, временной распорно-шагающей механизированной крепи, базовой опорной рамы, размещенной на призабойном конвейере с возможностью перемещения вдоль его става при помощи своего механизма и со смонтированными на ней общим приводом, подъемно-поворотным погрузочным органом непрерывного действия и оборудованием для возведения анкерной крепи, подвижных бурильных модулей, крепемонтажного оборудования, кассет с затяжкой и кондукторного устройства. Совмещение проходческих операций - погрузка горной массы, бурение шпуров под анкера или по забою, возведение анкерной или полурамно-анкерной крепи с затяжкой при проведении выработок буровзрывным способом, - достигается тем, что подвижные бурильные модули и крепемонтажное оборудование размещены на боковых секциях временной механизированной крепи, а повышение безопасности работы достигается за счет применения временной распорно-шагающей крепи, поддерживающей кровлю выработки в призабойной зоне своими перекрытиями.

Временная механизированная распорно-шагающая крепь состоит из двух боковых и средней секций. Боковые секции снабжены опорными основаниями, а средняя, включающая четыре распорные гидростойки, в качестве основания имеет базовую раму агрегата и дополнительно снабжена четырьмя распорными гидродомкратами с опорными башмаками, служащими для распора секции между кровлей и почвой выработки и снятия распорных усилий с призабойного конвейера при перемещении боковых секций. Боковые и средняя секции соединены между собой по перекрытиям шпунтовой связью, а основания - посредством гидравлических домкратных механизмов подъема и перемещения.

Гидравлические домкратные механизмы подъема, смонтированные на базовой опорной раме и служащие для подъема боковых или средней секций при осуществлении маневровых операций в процессе перемещения основного оборудования агрегата по раме призабойного конвейера, состоят из подъемных гидродомкратов и связанных с ними Г-образных кронштейнов, перемещающихся в специальных вертикальных направлениях. Вторые концы кронштейнов выполнены в виде ползунов, которые расположены в горизонтальных пазах оснований боковых секций крепи. Гидродомкраты подачи перемещения секций шарнирно соединены с основаниями боковых секций и с передними или задними подъемными кронштейнами.

Совмещение операций по погрузке горной массы и бурению шпуров под анкеры или по забою осуществляется за счет того, что подвижные бурильные модули размещены на специальных направляющих балках, закрепленных на цилиндрах распорных гидростоек боковых секций крепи.

Одновременно с погрузкой горной массы и бурением шпуров осуществляется возведение полурамно-анкерной крепи с металлической сетчатой или стеклотканевой затяжкой при помощи крепемонтажного оборудования, которое смонтировано на боковых секциях крепи агрегата. Крепеустановщик оборудования смонтирован на задних концах оснований и представляет собой два шарнирных параллелограмма с силовыми гидродомкратами. Параллелограммы соединены между собой фермой. Кассеты с затяжкой прикреплены к перекрытиям крепи. На соединительной ферме крепеустановщика в вилках размещены верхняки крепи, которые поочередно посредством гидродомкратных механизмов снимаются, а затем перемещаются вдоль оси агрегата и поджимаются к кровле выработки. При этом они поджимают затяжку и устанавливаются на предварительно закрепленные анкера.

Кондукторное устройство, служащее для направленного бурения ряда анкерных шпуров и представляющее собой жесткую поперечно расположенную направляющую, на которой размещены кондуктора (направляющие трубки) с фиксированным закреплением, смонтировано на передних консольных концах верхних перекрытий боковых секций крепи с возможностью продольного перемещения посредством гидродомкратов при изменении шага установки ряда анкеров.

Механизированная установка анкеров осуществляется подвижным оборудованием, которое смонтировано на направляющей балке, закрепленной на корпусе привода агрегата.

Проходческий агрегат имеет существенные отличия.

Проходческий агрегат для проведения горизонтальных, наклонных и восстающих горных выработок буровзрывным способом оснащен временной механизированной крепью распорно-шагающего типа, состоящей из двух боковых и средней секций. Средняя секция, основанием которой является базовая опорная рама агрегата, размещена на жестком ставе призабойного конвейера с возможностью перемещения по нему посредством своего механизма. Боковые секции соединены со средней гидравлическими домкратными механизмами подъема и перемещения, а также шпунтами с целью исключения отклонения их при подъеме и маневровых перемещениях. На нижней стороне основания средней секции (базовой опорной рамы) смонтированы распорные домкраты, предназначенные для устранения нагрузки при распоре секции между кровлей и почвой выработки со става призабойного конвейера.

Гидравлические домкратные механизмы подъема, смонтированные на базовой опорной раме и предназначенные для подъема боковых, а также средней секций крепи при перемещениях основного оборудования агрегата по ставу призабойного конвейера, состоят из подъемных гидродомкратов и жестко связанных с ними Г-образных кронштейнов, перемещающихся в специальных вертикальных направляющих, вторые концы которых выполнены в виде ползунов. Ползуны размещены с возможностью перемещения в горизонтальных пазах оснований боковых секций крепи. Гидродомкраты перемещения секций крепи шарнирно соединены с основаниями этих секций и с передними или задними подъемными кронштейнами.

Передвижные бурильные модули, смонтированные на направляющих балках, закрепленных на цилиндрах распорных гидростоек боковых секций крепи, позволяют осуществлять одновременно с погрузкой горной массы при подаче средней секции крепи на забой и при распоре боковых между кровлей и почвой выработки бурение шпуров под анкера или по забою.

Крепемонтажное оборудование, позволяющее осуществлять одновременно с погрузкой горной массы и бурением шпуров крепление горной выработки, смонтировано на боковых секциях крепи. Крепеустановщик для верхняков крепи смонтирован на основаниях с возможностью перемещения в вертикальной плоскости. Кассеты с металлической сеткой или стеклотканевой затяжкой прикреплены к перекрытиям крепи.

Компактный крепеустановщик, состоящий из двух шарнирных параллелограммов с силовыми гидроцилиндрами и соединенных между собой фермой, на которой смонтированы вилки для верхняков возводимой постоянной крепи, имеет гидродомкратные механизмы для поочередного съема, перемещения и поджатия верхняков к кровле выработки.

Бурение ряда шпуров под анкера осуществляется по шаблону с целью упрощения выполнения операции по установке верхняков крепи. На передних концах перекрытий боковых секций смонтировано кондукторное устройство, представляющее собой жесткую поперечную направляющую планку с фиксированием на ней направляющих трубок (кондукторов).

Операция по установке анкеров в шпуры в проходческом агрегате осуществляется посредством передвижного механизированного оборудования, расположенного на направляющей балке с возможностью перемещения по ней своим механизмом. Направляющая балка смонтирована на корпусе привода агрегата.

На фиг. 1 представлена компоновочная схема проходческого агрегата для проведения горизонтальных, наклонных и восстающих горных выработок буровзрывным способом.

Проходческий агрегат состоит из продольно расположенных призабойного конвейера 1 и транспортного скребкового или ленточного телескопического конвейера 2, временной распорно-шагающей механизированной крепи 3, базовой опорной рамы 4, расположенной на призабойном конвейере 1 с возможностью перемещения вдоль его става при помощи своего механизма 5, со смонтированными на ней общим приводом 6, подъемно-поворотным погрузочным органом 7 непрерывного действия и оборудованием 8 для механизированного возведения анкерной крепи, подвижных бурильных модулей 9, крепемонтажного оборудования 10, кассет 11 с затяжкой и кондукторного устройства 12. Базовая рама 4 опирается на став призабойного конвейера 1 опорными лыжами 13. На корпусе 6 привода агрегата закреплена направляющая балка 14, по которой перемещается оборудование 8 для механизированного возведения анкерной крепи.

Временная механизированная распорно-шагающая крепь 3 состоит из двух боковых 15 и средней 16 секций. Боковые секции 15 имеют основания 17 с опорой на почву выработки. Средняя секция 16 состоит из четырех распорных гидростоек 18, основанием которой является базовая опорная рама 4, на нижней стороне которой смонтированы четыре распорных гидродомкрата 19 с опорными башмаками. Боковые 15 и средняя 16 секции крепи 3 соединены между собой по основаниям гидравлическими домкратными механизмами подъема 20, которые смонтированы на базовой опорной раме 4. Гидравлические подъемные механизмы 20 состоят из подъемных гидродомкратов 21 и жестко связанных с ними Г-образных кронштейнов.

Подвижные бурильные модули 9, состоящие из тележек с приводами, стреловых манипуляторов и бурильных машин со сдвигающимися податчиками, размещены на направляющих балках 22, закрепленных на цилиндрах распорных гидростоек боковых секций крепи 15.

Крепемонтажное оборудование 10 состоит из двух шарнирных параллелограммов с силовыми гидродомкратами 23, смонтированных на опорных основаниях 17 боковых секций 15 крепи и соединенных между собой фермой 24. На соединительной ферме крепеустановщика 10 закреплены установочные вилки 25 для размещения верхняков крепи. Снятие верхняков, их перемещение по оси агрегата и поджатие к кровле выработки осуществляется гидродомкратным механизмом, состоящим из гидродомкратов 26 осевого перемещения и 27 вертикального перемещения (снятия и поджатия), а также направляющих устройств 28 для перемещения направляющей траверсы гидродомкрата 27. Для опоры на раму призабойного конвейера 1 в процессе перемещения агрегата крепемонтажное оборудование 10 снабжено направляющими опорными лыжами 29.

Кондукторное устройство 12, предназначенное для направленного бурения комплектного ряда шпуров, смонтировано на перекрытиях боковых секций с возможностью перемещения посредством гидродомкратов 30.

На представленной фиг.1 изображен агрегат с выдвинутой средней секцией.

На фиг.2 представлен проходческий агрегат в транспортном положении.

Боковые 15 и средняя 16 секции механизированной крепи 3 установлены в один ряд, при этом боковые секции подняты над почвой гидродомкратными механизмами подъема 20. Бурильные модули 9 установлены в переднее, а оборудование для механизированного возведения анкерной крепи 8 - в заднее положение для равновесия. Крепемонтажное оборудование 10 опущено и опирается своими направляющими лыжами 29 на жесткий став призабойного конвейера 1.

На фиг.3 представлена компоновочная схема проходческого агрегата в поперечном направлении (вид А на фиг.1).

Перекрытия 31 боковых секций 15 связаны с перекрытиями 32 средней секции шпунтовыми связями 33. Перекрытие средней секции состоит из двух частей, опирающихся на жесткие стяжки 34, соединяющие распорные гидростойки 16. Г-образные кронштейны 35, жестко связанные с подъемными домкратами 21 и перемещающиеся в вертикальных направляющих 20, связаны с основаниями 17 боковых секций 15. Домкраты подачи 36 шарнирно соединены с основаниями 17 и Г-образными кронштейнами 35.

На фиг.4 представлена возможная схема гидравлического домкратного механизма подъема и подачи секций временной механизированной крепи с размещением домкрата подачи на внутренней стороне основания боковой секции крепи; на фиг. 5 - то же, с размещением домкрата подачи внутри основания боковой секции крепи; на фиг.6 - разрез Б-Б на фиг.4.

Принцип работы предлагаемого проходческого агрегата следующий.

После окончания работы по обуриванию забоя подвижная часть агрегата, состоящая из временной механизированной крепи 3, базовой опорной рамы 4 со смонтированным на ней оборудованием и крепемонтажного оборудования переводится в транспортное положение. Боковые 15 и средняя 16 секции устанавливаются в один ряд и производится опускание их перекрытий. Для придания устойчивости и беспрепятственного перемещения боковые секции 15 при помощи гидравлических механизмов 20 поднимаются с отрывом оснований от почвы выработки. Распорные домкраты 19 средней секции подтягиваются вверх, бурильные модули 9 остаются в переднем положении, а оборудование для механизированной установки анкеров 8 - в заднем. Крепемонтажное оборудование 10 опускается на раму призабойного конвейера 1. Затем при помощи механизма передвижения 5 базовой опорной рамы 4 подвижная часть агрегата по жесткому ставу конвейера 1 перемещается от забоя на безопасное расстояние не менее 20 м перед взрывными работами. После этого при помощи гидравлических механизмов подъема и подачи, зацепных устройств на базовой раме и цапф на конвейере 1 (не показаны) последний отодвигается от забоя на расстояние 3-5 м, достаточное для размещения взорванной горной массы. При этом задняя часть конвейера совместно с приводом надвигается на конвейер 2. Длина перекрывающей части конвейера 1 принимается из расчета не менее суточной проходки.

В процессе заряжания шпуров на установочные вилки крепемонтажного оборудования 10, опущенного в нижнее положение и опирающегося на раму конвейера 1, устанавливают верхняки крепи, а в кассеты помещают затяжку.

В конце проветривания выработки после взрывных работ подвижная часть агрегата подается в забой. Осуществляется захват конвейера 1 за передние цапфы (не показаны) базовой рамой, опускание боковых секций 15 крепи и их распор между кровлей и почвой выработки. После этого при помощи домкратов подачи 36 средняя секция 16 совместно с забойным конвейером при поджатом к кровле выработки перекрытии подается на забой для внедрения в разрушенную горную массу и погрузки ее на конвейер 1 погрузочным органом агрегата.

При перемещении боковых секций крепи средняя секция осуществляет распор между кровлей и почвой выработки посредством своих распорных стоек и распорных домкратов, смонтированных на нижней стороне базовой опорной рамы. По мере обнажения кровли бурильные модули 9 перемещаются по направляющим 22, устанавливаются в положение "бурение шпуров под анкера" и через направляющие трубки кондукторного устройства производят бурение комплекта ряда шпуров под анкера. После окончания бурения ряда шпуров бурильные модули отводятся назад, а оборудование для механизированного возведения анкеров 8 по направляющей балке 14 подается вперед, и осуществляет их установку. Одновременно с производством работ по выгрузке горной массы из забоя, бурению шпуров под анкера или установкой анкерной крепи при помощи крепемонтажного оборудования 10 и кассет 11 производится возведение постоянной полурамно-анкерной крепи с затяжкой. Снятые с установочных вилок 25 верхняки крепи при помощи гидродомкратных механизмов 26 и 27, подхватывая затяжку, надеваются на ранее закрепленные анкера. Эти работы при выполнении проходческого цикла повторяются несколько раз.

Перед завершением погрузки породы, когда обнажается верхняя часть забоя, бурильные модули подаются вперед и приступают к выполнению операции "бурение шпуров по забою".

После окончания операции агрегат переводится в транспортное положение и цикл работ по проведению горной выработки повторяется.

Использование: при проведении горизонтальных, наклонных и восстающих выработок буровзрывным способом. Сущность изобретения: проходческий комплекс включает продольно расположенные призабойный конвейер с жестким ставом и забойный конвейер, базовую опорную раму, подвижные бурильные модули, крепемонтажное оборудование, кассеты с затяжкой и распорно-шагающую механизированную крепь. Проходческий агрегат в качестве крепи имеет временную и механизированную распорно-шагающую крепи. Последняя состоит из двух боковых секций с жесткими опорными основаниями и средней секции, основанием которой является базовая опорная рама агрегата с расположенными на ее нижней стороне распорными домкратами. Боковые и средняя секции соединены между собой кинематической связью, перекрытия-шпунтами, а основания - посредством гидравлических домкратных механизмов подъема и передвижки. Передвижные бурильные модули размещены на направляющих балках, закрепленных на цилиндрах распорных гидростоек боковых секций крепи. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. ПРОХОДЧЕСКИЙ АГРЕГАТ, включающий в себя продольно расположенные призабойный конвейер с жестким ставом и забойный конвейер, временную распорно-шагающую механизированную крепь, базовую опорную раму, расположенную на призабойном конвейере с возможностью перемещения вдоль его става при помощи механизма, с установленными на ней приводом, подъемно-поворотным погрузочным органом непрерывного действия и оборудованием для возведения анкерной крепи, подвижные бурильные модули, крепемонтажное оборудование, кассеты с затяжкой и кондукторное устройство, отличающийся тем, что он снабжен механизированной распорно-шагающей крепью, состоящей из двух боковых секций с жесткими опорными основаниями и средней секции, основанием которой является базовая опорная рама агрегата с расположенными на ее нижней стороне распорными домкратами с опорными башмаками, при этом боковые и средняя секции соединены между собой кинематической связью, перекрытия - шпунтами, а основания - посредством гидравлических домкратных механизмов подъема и передвижки. 2. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что гидравлические домкратные механизмы подъема боковых секций крепи, смонтированные на базовой опорной раме, выполнены из подъемных гидродомкратов и жестко связанных с ними Г-образных кронштейнов, установленных с возможностью перемещения в вертикальной плоскости в направляющих, вторые концы которых представляют собой ползуны, размещенные в горизонтальных пазах оснований боковых секций крепи, при этом гидродомкраты подачи шарнирно соединены с основаниями боковых секций и с передними или задними подъемными кронштейнами. 3. Агрегат по п. 1, отличающийся тем, что подвижные бурильные модули размещены на направляющих балках, закрепленных на цилиндрах распорных гидростоек боковых секций крепи. 4. Агрегат по пп.1 и 3, отличающийся тем, что крепемонтажное оборудование, состоящее из кассет и крепеустановщика, размещено на боковых секциях крепи, при этом крепеустановщик смонтирован на основаниях с возможностью перемещения в вертикальной плоскости, а кассеты с затяжкой прикреплены к перекрытиям крепи. 5. Агрегат по пп.1 и 4, отличающийся тем, что крепеустановщик состоит из двух шарнирных параллелограммов с силовыми гидродомкратами, соединенных между собой фермой, на которой размещены установочные вилки для верхняков крепи и смонтирован гидродомкратный механизм съема, перемещения и поджатия верхняков крепи к кровле выработки. 6. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что на перекрытиях боковых секций смонтировано с возможностью продольного перемещения кондукторное устройство для комплектного бурения ряда шпуров под анкера. 7. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что оборудование для механизированной установки анкерной крепи смонтировано с возможностью перемещения на направляющей балке, закрепленной на корпусе привода агрегата.