ЩИТОВАЯ КРЕПЬ Российский патент 1996 года по МПК E21D19/02 

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для разработки мощных крутых и наклонных угольных пластов.

Для разработки мощных пластов крутонаклонного залегания известно достаточно большое количество щитовых крепей, передвигающихся вниз по падению пласта, как под действием гравитационных сил самой крепи и обрушенных пород, так и оснащенных средствами принудительной передвижки [1] [2] [3]
Наибольшее распространение в настоящее время получила щитовая крепь ЩРП с раздельной передвижкой щитового перекрытия и лыж основания, связанных между собой посредством гидродомкратов передвижки и объемной опоры, на которой свободно задним концом оперто щитовое перекрытие с возможностью перемещения [4] принятое за прототип.

Исследованиями установлено, что рациональное (оптимальное) положение щитового перекрытия с точки зрения устойчивости крепи и надежности угольного забоя близко к горизонтальному, что приводит к двум недостаткам:
ширина щитового перекрытия вкрест простирания пласта значительно больше мощности пласта; так для пласта мощностью 5 м с углом падения 50^o ширина щитового перекрытия составляет 6,5 м, т.е. на 30 а для угла падения α40^o 7,8 м, или на 56 больше мощности пласта; увеличение ширины щита ведет к повышенному расходу строительных материалов (древесины и металла) в квадратичной зависимости от ширины щита (длины пролета), а так же к более громоздкой конструкции щитового перекрытия;
отсутствие задней стенки снижает движущую силу со стороны обрушенных пород при передвижке основания крепи.

Кроме этого, при такой конструктивной завязке щитовой крепи при передвижке щитового перекрытия длина пролета его балок увеличивается на величину шага передвижки, что также требует повышения прочностных свойств щитового перекрытия.

Целью изобретения является устранение отмеченных недостатков прототипа.

Поставленная цель достигается тем, что щитовая крепь включающая секции, каждая из которых имеет щитовое перекрытие, основание в виде лыж, гидродомкраты передвижки и стойки, шарнирно установленные между щитовым перекрытием и основанием в передней забойной ее части, а в задней части крепи щитовое перекрытие с основанием шарнирно соединено задней стенкой, шарнирно связанной в верхней части с гидродомкратом передвижки, закрепленном на основании крепи.

Достижению поставленной цели также способствует и то, что задняя стенка секции крепи выполнена из деревянного накатника, а основание крепи и щитовое перекрытие снабжены металлическими карманами, в которые установлен своими концами деревянный накатник с возможностью его углового перемещения по отношению к основанию крепи и щитовому перекрытию, при этом металлические карманы на основании секции крепи и щитовом перекрытии выполнены с раструбами, направленными встречно вдоль деревянного накатника стенки.

Проведенные патентные исследования показывают, что ни в патентной, ни в научно-технической литературе не имеется сведений о щитовых крепях, характеризующихся вышеуказанной совокупностью существенных признаков, поэтому заявляемая щитовая крепь отвечает критерию патентоспособности изобретения - "новизна".

Сопоставительный анализ разработанной щитовой крепи с известными конструкциями крепей для отработки мощных крутых и наклонных пластов показывает, что патентуемая щитовая крепь имеет существенные преимущества, приведенные выше: ниже расход материалов за счет значительно уменьшения ширины щита по мощности пласта и расчетной длины пролета балок щитового перекрытия; выше коэффициент использования гравитационных сил при передвижении крепи, что очень важно для расширения диапазона применения в нижнем пределе наклонных пластов (до 25-30^o). На основании этого можно утверждать, что заявляемая щитовая крепь отвечает критерию патентоспособности изобретения "изобретательский уровень", что наглядно подтверждается кратким экскурсом в историю развития щитовых крепей для крутонаклонных пластов.

Так, для расширения диапазона применения щитовых крепей на наклонных пластах было разработано устройство для передвижки шахтной крепи, включающее вибратор направленного действия, закрепленный на лыжах основания крепи [5] Устройство не нашло применения в связи со сложностью разработки вибраторов большой мощности для шахтных условий.

Для этой же цели-повышения эффективности передвижки щитов при отработке наклонных пластов был разработан щит с пневмоотталкивателями, перекрытие которого выполнено в виде усеченного клина с окнами для размещения пневмоотталкивателей [6] Щит тоже не нашел распространения в виде высокой стоимости пневмоотталкивателей и компрессорного хозяйства.

Щитовая крепь, состоящая из отдельных секций с щитовым перекрытием, лыжами и стойками, соединенными между собой базовой балкой, гидродомкратов передвижки [7] по форме выполнения щитовой крепи ничем не отличается от прототипа (отличие прототипа от этой крепи заключается в раздельной передвижке).

Известная секция механизированной крепи, включающей основание, перекрытие с козырьком, рычаги и заднюю гидростойку, соединенные с перекрытием на одной оси и с основанием, переднюю гидростойку, установленную между основанием и перекрытием и гидродомкраты передвижки [8] в конструктивной завязке чем-то показалась нам очень близкой, аналогичной нашей секции крепи, но при детальном анализе это оказалась очень далекая аналогия. Во-первых, эта секция механизированной крепи, имеющая свои отдельные домкраты передвижки, во-вторых эта конструкция не обеспечивает раздельной передвижки основания крепи от щитового перекрытия и наоборот.

Щитовая крепь, состоящая из соединенных базовой балкой секций, каждая из которых включает перекрытие, лыжи, опорную стойку, связывающую перекрытие с лыжей и гидродомкрат передвижки [9] так же как и большинство предыдущих щитовых крепей выполнена по принципу перекрытия всего пространства от кровли до почвы пласта щитовым перекрытием, располагая его наклонно как и в прототипе с сохранением всех его недостатков, отмеченных в разделе "критика прототипа".

Тоже самое относится к щитовой крепи для отработки наклонных пластов по а.с. N 1016524 [10]
Для промышленной применимости заявляемой конструкции щитовой крепи большая область на шахтах Кузбасса по существу все мощные крутонаклонные угольные пласты.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 изображена принципиальная схема щитовой крепи: на фиг. 2 один из возможных рабочих вариантов с задней стенкой секции крепи из деревянного накатника; на фиг. 3 положение щитовой крепи в забое крутонаклонного пласта; на фиг. 4 то же при выдвинутом к забою основанию крепи; на фиг. 5 вид на заднюю стенку из-под крепи с разрезом основания; на фиг. 6 вариант крепления домкрата задней стенки к основанию крепи в комплексе с конвейеростругом; на фиг. 7 вариант исполнения щитовой крепи в комплексе с конвейеростругом; на фиг. 8 и 9 представлена кинетика секции крепи; на фиг. 10 и 11 в двух проекциях изображен вариант задней стенки, усиленной металлическими стойками.

Щитовая крепь состоит из отдельных взаимосвязанных секций шириной 2-3 м по простиранию пласта. Каждая секция крепи включает в себя следующие элементы: щитовое перекрытие 1, основание 2, выполненное в виде лыж, стойки 3, шарнирно установленные между основанием 2, выполненное в виде лыж, стойки 3, шарнирно установленные между основанием 2 и щитовым перекрытием 1 в передней забойной части крепи, гидродомкраты передвижки 4 и заднюю стенку 5, шарнирно закрепленную на основании 2 и щитовом перекрытии 1. При этом гидродомкраты передвижки 4, установленные на основании 2 секции крепи, другим концом шарнирно закреплены в верхней части стенки 5, которая имеет ограничитель 6 ее поворота, расположенный на основании 2.

Одним из рациональных вариантов крепи является такой вариант, когда задняя стенка выполняется из деревянного накатника 7, а основание 2 крепи и щитовое перекрытие 1 снабжены металлическими карманами 8 и 9, в которые установлен своими концами деревянный накатник 7 с возможностью его углового перемещения по отношению к основанию крепи и щитовому перекрытию. Металлические карманы 8 и 9 выполнены с раструбами, направленными встречно вдоль деревянного накатника стенки 5. Зауженная часть карманов 8 и 9 позволяет устанавливать деревянный накатник (стенку 5) под различным углом как к основанию крепи, так и к щитовому перекрытию.

В некоторых случаях для упрочнения задней стенки, выполненной из деревянного накатника, она дополнительно снабжается металлическими стойками 10, шарнирно закрепленными на основании 2 крепи и щитовом перекрытии 1.

Секция щитовой крепи передвигается следующим образом. В исходном положении (фиг. 8) гидродомкрат передвижки 4 находится со втянутым штоком, задняя стенка 5 занимает наклонное положение, щитовое перекрытие 1 выдвинуто вперед на забой, опирается на угольный забой, передняя стойка 3 находится в наклонном положении. В следующем цикле (фиг. 9) уголь в нижней части забоя вынимается (буровзрывным или механизированным способом), гидродомкрат 4 работает на выдвижение штока, основание 2 секции крепи передвигается вперед до упора в забой. При этом задняя стенка 5 приводится в положение близкое к вертикальному. Такое же положение занимает стенка 3. Пройдя путь равной величине "h" шагу передвижке крепи. После этого вынимается уголь в верхней части забоя (чаще буровзрывным способом), гидродомкрат 4 работает на втягивание штока, задняя стенка 5 наклоняется вперед; щитовое перекрытие 1 перемещается в переднее положение до упора в угольный забой, стойка 3 принимает наклонное положение.

Выполнение шарнирных соединений задней стенки с щитовым перекрытием и основанием секции крепи в виде металлических карманов с раструбами позволяет выполнить стенку из деревянного накатника (бруса) и значительно сократить затраты на ее изготовление.

Источники информации:
1. Горное дело. Энциклопедический словарь. том 5, Углетехиздат, 1958, с. 258-259.

2. А. с. СССР N 208621, кл. Е 21 D 19/02, 1963.

3. М. В. Курленя и др. Технология щитовой разработки угля, Наука, Новосибирск, 1988.

4. А. с. СССР N 612042 кл. Е 21 D 19/02, 1976.

5. А. с. СССР N 267552, кл. E 21 D 19/02, 1966.

6. А. с. СССР N 300624, кл. E 21 D 19/02, 1966.

7. А. с. СССР N 763601, кл. Е 21 D 19/02, 1974.

8. А. с. СССР N 989086, кл. Е 21 D 19/02, Е 21 D 23/00, 1981.

9. А. с. СССР N 1016523, кл. Е 21 D 19/02, 1981.

10. А. с. СССР N 1016524, кл. Е 21 D 19/02, 1981. ЫЫЫ2 ЫЫЫ4 ЫЫЫ6 ЫЫЫ8 ЫЫЫ10

Использование: для разработки мощных крутых и наклонных угольных пластов. Сущность изобретения: щитовая крепь состоит из отдельных взаимосвязанных секций, каждая из которых включает щитовое перекрытие, основание в виде лыж, гидродомкраты передвижки и стойки, шарнирно установленные между щитовым перекрытием и основанием. Основание каждой секции крепи в ее задней части снабжено стенкой, шарнирно связанной с основанием и щитовым перекрытием, а гидродомкрат передвижки установлен между основанием крепи и верхней частью задней стенки и шарнирно связан с ними. Задняя стенка секции крепи выполнена из деревянного накатника, а основание крепи и щитовое перекрытие снабжены металлическими карманами, в которые установлен своими концами деревянный накатник с возможностью его углового перемещения по отношению к основанию крепи и щитовому перекрытию. Металлические карманы на основании секции крепи и щитовом перекрытии выполнены с раструбами, направленными встречно вдоль деревянного накатника стенки, которая дополнительно снабжена металлическими шарнирно закрепленными на основании и щитовом перекрытии стойки. 11 ил.

Щитовая крепь для отработки крутонаклонных пластов столбами по падению, состоящая из отдельных взаимосвязанных секций, каждая из которых включает щитовое перекрытие, основание в виде пары лыж, гидродомкраты передвижки и стойки, шарнирно установленные между щитовыми перекрытием и основанием, отличающаяся тем, что каждая секция крепи снабжена задней стенкой, выполненной из деревянного бруса, установленного с возможностью углового перемещения в металлические карманы, жестко закрепленные на основании и перекрытии, при этом каждый металлический карман выполнен в виде поперечной балки с раструбной полостью для деревянной стенки, а гидродомкраты передвижки шарнирно закреплены одними концами на верхней части задней стенки, а другими на основании крепи впереди стенки.