СПОСОБ ВЫЕМКИ ПОЛЕЗНОГО ИСКОПАЕМОГО И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК E21C41/18 

Изобретение относится к горной промышленности, конкретно к подземной добыче полезных ископаемых в очистных забоях.

Известен способ подземной добычи угля, при котором призабойное пространство крепят металлической крепью, выемку угля осуществляют широкозахватным комбайном, а транспортировку отбитой массы угля производят забойным конвейером (Борисов А.А. Технология подземной разработки пластовых месторождений. М. Недра, 1972, с. 94-97).

В известном способе работы по оформлению забоя, зачистке почвы и креплению кровли производят с применением ручного труда.

Известен способ подземной добычи угля в лаве с помощью очистных механизированных комплексов, широко распространенный в настоящее время. Этот способ (прототип) включает в себя установку секций механизированной крепи на заданное расстояние между их козырьками и забоем, передачу ими усилия давления кровли на почву пласта, выемку полезного ископаемого и погрузку его на забойный конвейер узкозахватным комбайном, транспортировку отбитой массы угля вдоль забоя забойным конвейером, передвижку секций крепи и комбайна (Братченко Б. Ф. Комплексная механизация и автоматизация очистных работ в угольных шахтах. М. Недра, 1977, с.122).

Недостатки этого способа относятся: большое удельное давление на почву пласта секции крепи, связанное с необходимостью размещения в призабойном пространстве забойного конвейера. Это приводит к ограничению области применения такого способа выемки полезного ископаемого, к большому объему ручных работ по подъему оснований секций механизированных крепей и снижению производительности комплексов; некачественная погрузка отбитой массы на конвейер из-за значительной его высоты.

Известны секции механизированной крепи поддерживающего типа. Секция крепи 1МКМ включает основание с неразвитым забойным носком, опорами для крепления гидростоек, проушинами для крепления элементов связи основания с перекрытием, устройство для передвижки в виде гидроцилиндра и направляющей, связанного одной стороной с основанием, а другой с конвейером.

Недостатком такой секции является то, что площадь, передающая давление на почву пласта, меньше площади, воспринимающей давление кровли. Среднее давление на почву пласта такой секции составляет 11 кгс/см², в то время как эта величина на кровлю пласта составляет 8 кгс/см². Поэтому применение секций такого типа ограничено характеристикой почвы пласта.

Секция крепи 2МКЭ включает основание с развитым забойным носком, опорами для крепления гидростоек, проушинами для крепления элементов связи основания с перекрытием, устройство для передвижки в виде гидроцилиндра, связанного одной стороной с основанием, а другой с конвейером.

Недостатки такой секции: площадь, передающая давление на почву пласта, равна площади, воспринимающей давление кровли; среднее давление на почву и кровлю пласта составляет 8 кгс/см²; забойный носок основания размещается под конвейером между его лыжами, что на слабых почвах приводит к залыживанию основания и затруднениям при передвижке секции крепи; конвейер имеет большую высоту, что затрудняет погрузку на него отбитой массы угля. Поэтому применение секций такого типа ограничено характеристикой почвы пласта и ухудшает погрузку отбитой массы угля на конвейер.

Известна секция механизированной крепи оградительно-поддерживающего типа ОКП, включающая основание с развитым забойным носком, опорой для крепления гидростойки, проушинами для крепления элементом связи основания с перекрытием, устройство для передвижки в виде гидроцилиндра, связанного одной стороной с основанием, а другой с конвейером.

Недостатки такой секции: площадь, передающая давление на почву пласта, меньше площади, воспринимающей давление кровли; среднее давление на почву такой секции составляет 7,5 кгс/см², в то время как эта величина на кровлю пласта составляет 4,0 кгс/см²; на слабых почвах происходит залыживание основания и затрудняется передвижка секций; затруднена погрузка отбитого угля на конвейер.

Применение таких крепей ограничено характеристикой почвы пласта и приводит к снижению производительности комплекса.

Известны мехкрепи, основание одной из которых имеет выдвижную балку, воспринимающую часть нагрузки на основание крепи [1] а основание другой упругую консольную балку (прототип) [2]
Однако мехкрепи этого типа также характеризуются большим удельным давлением на почву пласта, чем на его кровлю.

По этим причинам известные устройства не могут быть применены для реализации предлагаемого способа.

Сущность предложенного способа заключается в том, что в способе выемки полезного ископаемого комплексами, включающем передачу усилия давления кровли на почву пласта основаниями секций крепи, выемку полезного ископаемого, погрузку его на транспортирующее устройство, передвижку секций крепи и транспортирующего устройства, транспортировку отбитой массы ископаемого вдоль забоя, удлиняют основания секций крепи в сторону забоя и уменьшают удельное давление секций крепи на почву пласта. После выемки ископаемого и частичной его погрузки на транспортирующее устройство зачищают почву пласта и грузят оставшуюся массу ископаемого на удлиненные части оснований при передвижке секций крепи.

Это общие существенные признаки, характеризующие заявляемый способ. К частным существенным признакам, развивающим совокупность общих признаков, относятся следующие: при передвижке транспортирующего устройства зачищают удлиненные части оснований и грузят оставшуюся массу ископаемого на транспортирующее устройство; при выемке ископаемого выемочную машину двигают с опорой на удлиненные части оснований.

Сущность предложенного устройства для осуществления способа выемки заключается в том, что в устройстве, включающим корпус основания с опорой для крепления гидростоек, с кронштейнами для крепления элементов связи корпуса основания с перекрытием, забойный носок и устройство для передвижки, связанное с корпусом основания и транспортирующим устройством, забойный носок снабжен дополнительной опорной площадкой, установленной жестко на его забойной стороне.

Это общие существенные признаки, характеризующие устройство. К частным существенным признакам, развивающим совокупность общих признаков, относятся следующие: транспортирующее устройство выполнено в виде балки; дополнительная опорная площадка снабжена опорой, взаимодействующей с забойной лыжей выемочной машины; забойная часть дополнительной опорной площадки снабжена погрузочным лемехом; боковые торцы забойного носка снабжены скосами; балка снабжена направляющей, взаимодействующей с завальной опорой выемочной машины, лыжами, жестко связанными с ней и взаимодействующими с боковыми торцами основания и почвой пласта, зачистным лемехом, взаимодействующим с основанием, проушинами с ограничителями; лыжи снабжены погрузочными лемехами, а балка может быть выполнена на длину нескольких секций.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство, вид сбоку; на фиг.2 то же, план; на фиг.3 то же, вид спереди.

Устройство включает корпус основания 1 с опорой для крепления гидростойки, с кронштейнами 3 для крепления элементов связи основания с перекрытием, с кронштейнами 4, забойный носок 5, устройство 6 для передвижки, дополнительную опорную площадку 7, жестко связанную с забойным носком, с опорой 8, имеющей скосы 9, с погрузочным лемехом 10, и со скосами 11, балку 12 с направляющей 13, с зачистным лемехом 14, с пpоушинами 15 и 16, с ограничителями 17 и 18, с лыжами 19, выполненными клиновидной формы и имеющими погрузочные лемеха 20, с поверхностью 21 с проушинами 22 и транспортирующим устройством 23.

Работа способа и устройства заключается в следующем.

В исходном положении основания всей секций крепи установлены относительно забоя так, что расстояние между погрузочным лемехом 10 и забоем обеспечивает проход рабочих органов выемочной машины, т.е. на таком же расстоянии, на котором устанавливается конвейер относительно забоя в известных технических решениях. Обычно величина этого расстояния не превышает 150 мм. В то же время как величина зазора между козырьком и забоем допускается до 300 мм (ГОСТ 18585-82). Устройство для передвижки 6 находится в положении, обеспечивающим передвижку основания (секции крепи) вслед за проходом выемочной машины. Если устройство выполнено в виде гидроцилиндра передвижения, то последний раздвинут, а если в виде направляющей и гидроцилиндра передвижения, то последний находится в сжатом положении. Балка 12 находится в положении, которое обеспечивает проход рабочих органов выемочной машины с заданным зазором относительно погрузочного лемеха 10. Торцы соседних балок 12 соединены между собой проушинами 15 и 16 в единый став.

Заданная величина относительного разворота соседних балок в вертикальной и горизонтальной плоскостях (для похода выемочной машины) обеспечивается ограничителями 17 и 18. Лыжами 19 обеспечивается величина установки оснований вдоль лавы. Воспринимаемая секцией крепи нагрузка со стороны кровли передается на почву пласта одновременно корпусом основания 1, забойным носком 5 и дополнительной опорной площадкой 7. Так как применение дополнительной опорной площадки 7 увеличивает площадь основания, то, следовательно, уменьшается давление на почву пласта секции крепи, нагруженной давлением кровли.

Совокупность этих элементов (корпуса основания забойного носка и дополнительной опорной площадки) составляет максимально допустимую величину по длине секции крепи и не зависит от типа последней (поддерживающая или оградительно-поддерживающая). Следовательно, применение такого основания в секции крепи обеспечивает максимально допустимую для нее площадь передачи давления на почву пласта, т.е. максимально снижает ее удельное давление.

При выемке угля выемочной машиной последняя своей завальной лыжей скользит по направляющей 13, а забойной лыжей по опоре 8. Прохождение стыков между соседними основаниями обеспечивается путем взаимодействия забойной лыжи выемочной машины со скосами 9 и 11. Усилия, возникающие при работе выемочной машины, передаются на почву пласта дополнительной опорной площадкой 7 и лыжами 19 балки 12. Погрузка отбитой массы угля осуществляется на дополнительную опорную площадку 7. Высота погрузки зависит только от конструкции погрузочного лемеха 10. Поэтому эта величина меньше, чем у известных технических решений (конвейер, лежащий на почве пласта, или конвейер с лыжами). Следовательно, такое техническое решение обеспечивает эффективную погрузку отбитой массы угля выемочной машиной. Транспортировка отбитой массы угля вдоль забоя осуществляется транспортирующим устройством 23 путем взаимодействия его скребков с дополнительной опорной площадкой 7. Скребки холостой ветви транспортирующего устройства 23 перемещаются по завальной стороне балки 12 путем их взаимодействия с поверхностью 21.

Вслед за проходом выемочной машины последовательно передвигают основания (секции крепи). Для этого подают давление в устройство передвижки 6. В процессе передвижки основания осуществляют погрузочным лемехом 10 погрузку оставшейся массы угля на дополнительную опорную площадку 7, которая транспортируется вдоль забоя транспортирующим устройством 23.

При необходимости осуществляют правку основания (секции крепи) в плоскости пласта относительно балки 12 посредством устройства для передвижки 6 или любым известным техническим решением в секции крепи (боковой гидродомкрат). Правка оснований обеспечивается взаимодействием забойного носка 5 и дополнительной опорной площадки 7 с лыжами 19, выполненными клиновидной формы. Низкое удельное давление на почву пласта секции крепи с предлагаемым основанием по сравнению с известными техническими решениями исключает залыживание основания при передвижке. При передвижке оснований зачистной лемех 14 препятствует проникновению отбитой массы угля со стороны дополнительной опорной площадки 7 на сторону корпуса 1. В районе нахождения выемочной машины передвижка оснований сопровождается проскальзыванием опор 8 относительно забойных лыж выемочной машины.

После передвижки основания занимают исходное положение относительно забоя.

После окончания процесса по передвижке оснований осуществляют передвижку балки 12 в сторону забоя любым известным способом: фронтально на всей длине или волной. Для этого подают давление в устройство для передвижки 6. В процессе выдвижки балки 12 осуществляются: зачистка дополнительной опорной площадки 7 зачистным лемехом 14 от оставшейся массы угля; предотвращение зачистным лемехом 14 попадание угольной массы со стороны дополнительной опорной площадки 7 на сторону корпуса; зачистка пространства между соседними основаниями погрузочными лемехами 20 от массы угля; передвижка выемочной машины на забой. В районе нахождения выемочной машины передвижка балки 12 сопровождается проскальзыванием опор 8 относительно забойных лыж выемочной машины; контроль разворота соседних балок относительно друг друга в вертикальной и горизонтальной плоскостях ограничителями 17 и 18.

Транспортировка угольной массы вдоль забоя осуществляется транспортирующим устройством 23.

После окончания выдвижки балки 12 элементы основания занимают исходное положение.

Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает значительное уменьшение удельного давления секции крепи на почву пласта, расширяет область применения последней, обеспечивает эффективную погрузку выемочной машиной отбитой массы угля.

В предлагаемом устройстве может быть использовано такое известное техническое решение, как управление забойным носком при помощи гидроцилиндра. Его применение упрощает управление секцией крепи в вертикальной плоскости (направленная выдвижка секции вверх или вниз в зависимости от гипсометрии пласта).

В качестве транспортирующего устройства 23 может быть использовано известное техническое решение, например скребковый конвейер для транспортировки угля в щитовом забое.

В качестве транспортирующего устройства 23 может быть использован конвейер с размещением тягового органа, замкнутого в вертикальной плоскости. В настоящее время таким конвейером оснащаются существующие комплексы. Предлагаемое устройство с таким конвейером работает аналогично указанному, за исключением того, что:
выемочную машину двигают с опорой на конвейер;
дополнительная опорная площадка 7 размещается под конвейером в пространстве, ограниченном днищем и лыжами конвейера;
при передвижке основания дополнительные опорные площадки 7 выходят за пределы конвейера;
при передвижке конвейера его лемехами зачищают дополнительные опорные площадки 7 и грузят отбитую массу на конвейер.

Использование: при подземной добыче полезных ископаемых в очистных забоях. Сущность изобретения: уменьшают удельное давление секций крепи на почву пласта передачей давления кровли через удлиненные основания секций крепи. Транспортировку полезного ископаемого осуществляют по поверхности удлиненной части оснований секций крепи. Для этого забойный носок снабжают дополнительной жесткой опорной площадкой, связанной с ним жестко. После выемки полезного ископаемого и частичной его погрузки на транспортирующее устройство зачищают почву пласта и грузят оставшуюся массу ископаемого на удлиненные части оснований при передвижке секций крепи. При выемке ископаемого выемочную машину двигают с опорой на удлиненные части оснований. Устройство снабжают опорой, погрузочным лемехом, балкой с направляющей, зачистным лемехом, лыжами, выполненными клиновидной формы и имеющими погрузочные лемеха, и транспортирующим устройством. 2 с. и 15 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ выемки полезного ископаемого, включающий механизированную выемку полезного ископаемого выемочной машиной, погрузку его на транспортирующее устройство, транспортировку отбитого полезного ископаемого вдоль очистного забоя, передвижку секций крепи и транспортирующего устройства, зачистку оставшегося полезного ископаемого и передачу давления кровли на почву пласта, отличающийся тем, что удельное давление на почву пласта уменьшают передачей давления кровли удлиненные основания секций крепи, зачистку оставшегося полезного ископаемого производят удлиненной частью оснований секций крепи при их передвижке. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что удлиненные части оснований секций крепи зачищают от оставшегося полезного ископаемого и грузят его на транспортирующее устройство при его передвижке. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при выемке полезного ископаемого выемочную машину передвигают на удлиненные части оснований секций крепи, транспортировку полезного ископаемого после выемки осуществляют по поверхности удлиненной части оснований секций крепи, а удлиненные части оснований секций крепи зачищают от оставшегося полезного ископаемого транспортирующим устройством при его передвижке. 4. Устройство для выемки полезного ископаемого, включающее основание с опорой для крепления стоек и кронштейнами для крепления элементов связи корпуса с перекрытием, забойный носок, транспортирующее устройство с грузонесущей и холостой ветвями, выемочную машину с опорными элементами и исполнительным органом, взаимодействующую с направляющей, закрепленной на балке, устройство передвижки, связанное с основанием и транспортирующим устройством, и удлиненную часть оснований, соединенную с забойной стороной забойного носка, отличающееся тем, что удлиненная часть оснований выполнена жесткой, а ее свободный конец установлен с зазором, обеспечивающим проход исполнительного органа выемочной машины при ее передвижке. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что удлиненная часть оснований жестко соединена с забойной стороной забойного носка. 6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что удлиненная часть оснований соединена с забойной стороной забойного носка с возможностью управления гидроцилиндром. 7. Устройство по п.4, отличающееся тем, что транспортирующее устройство выполнено горизонтально замкнутым, его грузонесущая ветвь размещена на удлиненной части оснований, а холостая ветвь за направляющей. 8. Устройство по п.4, отличающееся тем, что транспортирующее устройство выполнено в виде балки. 9. Устройство по п.4, отличающееся тем, что удлиненная часть оснований снабжена опорой для взаимодействия с забойным опорным элементом выемочной машины. 10. Устройство по п.4, отличающееся тем, что забойная часть удлиненной части оснований имеет погрузочный лемех. 11. Устройство по п.4, отличающееся тем, что боковые торцы забойного носка имеют скосы. 12. Устройство по п.4, отличающееся тем, что направляющая выполнена с возможностью взаимодействия с завальным опорным элементом выемочной машины. 13. Устройство по п.8, отличающееся тем, что балка выполнена с лыжами, жестко связанными с ней с возможностью взаимодействия с боковыми торцами основания и почвой пласта. 14. Устройство по п.8, отличающееся тем, что балка имеет зачистной лемех для взаимодействия с основанием. 15. Устройство по п.13, отличающееся тем, что лыжи выполнены с погрузочными лемехами с возможностью взаимодействия с почвой пласта. 16. Устройство по п.4, отличающееся тем, что концы балки имеют проушины с ограничителями. 17. Устройство по п.4, отличающееся тем, что балки выполнены на длину нескольких секций.