КРЕПЬ СОПРЯЖЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК E21D23/00 E21D11/36 E21D13/04 

Изобретение относится к угольной промышленности и предназначено для подземной разработки угольных месторождений. Преимущественное применение изобретения для механизированных лав пологого, наклонного и крутого падения, штреков с металлической крепью арочного сечения, в том числе на сопряжении лавы со штреками, а также в лаве и на штреках при монтаже или демонтаже всего оборудования.

Известно деревянное крепление сопряжения механизированной лавы со штреком, имеющее поддерживающие костры в зоне кровли штрека и в зоне устья лавы или бермы [1] Достоинство такого крепления поддержание кровли без "топтания", что способствует ее сохранению. Недостатком является большая трудоемкость разведения костров и большая стоимость расходуемого леса.

Известна крепь сопряжения типа Т6К, включающая две штрековые секции поддерживающе-оградительного типа и секцию для поддержания бермы, примыкающую к штрековым секциям и имеющую телескопический борт [2] Недостатком такой крепи является "топтание" кровли и жесткая кинематическая увязка крепи сопряжения с лавным комплексом, снижающая надежность всего оборудования, а также недостаточная длина компенсатора затяжки кровли в зоне бермы.

Известна крепь сопряжения, имеющая одну секцию в направлении ширины штрека, закрепленного металлическими рамами, имеющая схему передвижки типа "тандем" с попеременным шаганием стоек полусекций [3] Недостатком крепи является загромождение площади почвы по обе стороны головки лавного конвейера, ограничивающее возможность раздельного функционирования штрекового и лавного оборудования и исключающее возможность колебания длины лавы из-за вероятности упора приводов лавного конвейера в стойки и полусекции крепи сопряжения, а также топтание кровли.

Известна также крепь сопряжения [4] имеющая отдельные стойки и верхняки для подхвата рам арочной крепи в зоне выхода лавы в штрек где удалены призабойные стойки арки и выполненная в виде однорядной конструкции с раздвоенными верхняками с попеременным перешагиванием верхняков по арочной крепи. Аналогичный способ передвижения имеет крепь сопряжения якорного типа [5] отличающаяся большим бесстоечным пространством под задней консолью за счет увеличения ее прочности. Эта консоль используется также для опоры вспомогательных монтажных домкратов.

Недостатком является шагающий способ передвижки, ухудшающий состояние кровли.

Известно устройство для выбойки рам арочной крепи, исключающее повреждение профиля и механизирующее все операции выбойки стоек и подъема и опускания верхняков арочной крепи. Недостатком устройства является необходимость иметь гусеничный ход, стрелу и клеммовое устройство на ее конце, что загромождает сечение штрека. Кроме того, не решены вопросы транспортировки элементов штрековой крепи [7]
Известно устройство для монтажа секций и оборудования очистного забоя, включающее монорельс на штреке с подвижным тельфером для транспортировки секций вдоль штрека до монтажной камеры и спуска их в лаву по одной или группами [6] Недостатком является необходимость большого количества ручного труда для последующей установки секций на место и невозможность оставить оборудование в рабочем состоянии после пуска комплекса в эксплуатацию.

Изобретение решает задачу повышения надежности поддержания кровли на сопряжении лавы со штреками без топтания кровли и почвы, расширения площади бесстоечного пространства и полной механизации монтажных работ при монтаже и эксплуатации очистных комплексов и штрековой крепи, включая самомонтаж самой крепи сопряжения. Частные формы выполнения направлены на увеличение тяговых характеристик, возможность транспортировки груза на пологих, наклонных и крутых пластах, захват в трех точках секций крепи, манипулирование грузом при монтаже и демонтаже секций на пологом и крутом падении, обеспечение самомонтажа вандрутной линии верхняков с отцеплением крайней балки, отвод ее в сторону вместе с одной самоходной тележкой, перемещение этой балки своей серединой до этой тележки, перемещение балки и обоих тележек вдоль всей вандрутной линии на другой конец ее и монтаж там балки в обратной последовательности, возврат двух тележек и манипулятора в исходное положение.

Для решения поставленной задачи крепь сопряжения, включающая верхняки и связи, перекрывающие бесстоечное пространство на сопряжении лавы со штреком в зоне расположения приводов и рештаков лавного и штрекового конвейеров, средства механизации монтажных, транспортных и вспомогательных операций, выполнена в виде цепи прямолинейных и криволинейных балок, связанных между собой пальцами, обеспечивающими силовое ограничение гибкости по гипсометрии пласта, причем на боковых поверхностях балок предусмотрены направляющие для самоходных тележек, а на нижней поверхности места для возможности установки стоек, а самоходные тележки установлены в направляющих, соединены попарно и несут манипулятор, обеспечивающий либо захват в трех точках секций крепи для их транспортировки и монтажа, либо самомонтаж балок крепи, либо извлечение, транспортировку и монтаж звеньев штрековой крепи, при этом в период монтажа секций крепи в монтажной камере цепь прямолинейных и криволинейных балок выставляется вдоль штрека, по сопряжению штрека с монтажной камерой и по монтажной камере с учетом фактического положения этих выработок. В частных случаях выполнения самоходные тележки выполнены с приводными роликами от гидродвигателя и снабжены домкратами перемещения роликов в направлении обжатия роликами напpавляющей. Манипулятор имеет одну раздвижную стрелу подъема груза с укосным домкратом под ней и две расположенные ниже дополнительные стрелы в виде домкратов также с укосными домкратами. Каждая самоходная тележка имеет раздельное гидроуправление, рычаг, соединяющий две тележки, снабжен механизмом-манипулятором самомонтажа, включающим параллельные рычаги с шарнирами, образующими параллелограмм для параллельного отвода крайней вандрутной балки, и гидропривод вращательного движения в шарнирах между балкой и самоходными тележками. Она может иметь средства распора, выполненные в виде вертикальных домкратов, закрепленных на верхняках шарнирно в плоскости симметрии верхняка с возможностью перемещения верхней части по высоте и вдоль штрека для захвата посредством клеммового устройства верхняка арочной крепи штрека независимо от его положения по высоте и по шагу вдоль штрека. Манипулятор для монтажных и транспортных операций выполнен из трех захватов, каждый из которых имеет домкрат управления, корпуса и стреля, состоящей из жестких стержней, шарнирно связанных между собой, с корпусом и с узлом соединения трех захватов, при этом каждый стержень снабжен силовым домкратом, а захваты имеют сменные наконечники или вставки, соответствующие гнездам на секциях крепи или свойствам транспортируемого груза.

На фиг.1 представлен общий вид крепи сопряжения (вариант выполнения для арочного профиля штрека и для гидравлического способа подвески балок вандрутной линии к аркам штрековой металлокрепи); на фиг.2 вид в плане крепи сопряжения, на фиг. 3 ее поперечное сечение, на фиг.4 общий вид крепи сопряжения и монтажной камеры при монтаже комплекса, вариант сборки с подвеской балок к деревянным верхнякам трапециевидных штреков с помощью обычных штрековых скоб, на фиг. 5 то же, вид в плане; на фиг.6 поперечное сечение штрека с размещением балки, манипулятора и монтируемой секции крепи.

Крепь сопряжения состоит из секционных балок 1 с направляющими 2, соединенных пальцами 3, прямолинейного типа и криволинейных балок 4, образующих общую вандрутную линию по штреку 5, по монтажной камере 6 и по закруглению 7 в зоне сопряжения штрека с монтажной камерой. На концах балок 1 имеется три втулки 8 (две вверху и одна внизу) для соединительных пальцев 3. На верхней полке профиля балки имеются отверстия 9 для скоб 10 подвески балки к верхнякам штрека. На нижней полке профиля имеется площадка 12 для возможности установки дополнительных стоек 13 усиления крепи в зоне, примыкающей к бесстоечному пространству сопряжений или в зоне транспортировки и монтажа тяжелых секций крепи. Площадка 12 окантурена двумя приваренными трубами для подачи по вандрутной линии эмульсии (напор и слив). На стыках балок эти трубы соединяются шлангами со штуцерами для оперативного подключения потребителей-манипуляторов.

Манипулятор 15 служит для монтажа секций крепи и другого тяжелого оборудования лавы. Манипулятор 16 служит для самомонтажа балок 1 и 4. Манипулятор 17 служит для извлечения, транспортировки и монтажа звеньев штрековых рам 18.

Для перемещения манипуляторов с соответствующим грузом служат самоходные тележки 19, по две на каждый манипулятор. Тележки фрикционного типа, т.е. перемещаются по направляющим 2 путем обжатия их приводными роликами 20 и опорными роликами 21, при этом создается гарантированное усилие подачи независимо от расположения тележки на пологом, наклонном или крутом падении пласта. Всего имеется 4 ролика в вертикальной плоскости для восприятия сил сопротивления и вертикальных реакций и 4 ролика 22 в горизонтальной плоскости для восприятия поперечных сил от изгибающих моментов, связанных с эксцентричным относительно направляющих 2 расположением груза.

Тележки 19 связаны попарно посредством рычага 23 или 24 посредством вертикальных шарниров (для рычагов 23) или вертикальных цапф 26 (для рычагов 24).

Рычаг 23 служит опорой для главного манипулятора 15 и 17, а рычаг 24 собственно и является манипулятором 16, т.к. он обеспечивает все операции по самомонтажу балок 1, выполняя параллельное боковое смещение одной тележки с балкой 1 относительно другой тележки расположенной на вандрутной линии всех балок 1 из положения "перед ней" в положение "за ней". Второй рычаг 27, поставленный дополнительно с рычагом 24 в виде параллелограмма, является лишь дополнительным устройством, облегчающим силовое сохранение параллельности. Аналогично и другое дополнение в виде поворотного гидропривода, встраиваемого в цапфы 26 (гидровращатель любого типа на чертеже не показан) служит лишь для облегчения работ оператора и стропальщика.

Манипулятор 15 включает два поворотных кронштейна 28 с раздвижной стрелой 29, например, двойной раздвижности и прямоугольного поперечного сечения, с укосным домкратом 30. Под стрелой 29 расположены две дополнительные стрелы в виде домкратов 31 с захватами-клеммами 32 и укосными домкратами 33. В комплект манипулятора входят также запас рым-болтов 34, по три на каждую монтируемую секцию или единицу лавного оборудования, подлежащую монтажу или демонтажу.

Второй кронштейн 28 со стрелой 29 служит аутригером, т.е. механизмом для создания опоры впереди манипулятора в зоне подъема груза с большим вылетом.

Манипулятор 17 включает удлинитель 35 манипулятора 15 и выполнен из трех захватов, каждый из которых имеет домкрат управления 39, корпуса и стрелы, состоящей из жестких стержней, шарниром 36 связанных между собой и шарнирно связанных с корпусом и с узлом соединения трех захватов. Каждый стержень имеет силовой домкрат управления 37, а захваты 38 имеют сменные наконечники 40 или сменные вставки, соответствующие гнездам на секциях крепи или свойствам транспортируемого груза. Наконечники могут быть сменными в зависимости от контура стоек, деревянных или из металлопроката.

Средства распора могут быть выполнены в виде вертикальных домкратов, закрепленных на верхняках шарнирно в плоскости симметрии верхняка с возможностью перемещения верхней части по высоте и вдоль штрека для захвата посредством клеммового устройства верхняка арочной крепи штрека независимо от его положения по высоте и по шагу вдоль штрека.

Крепь сопряжения работает следующим образом. Поддержание кровли штрека осуществляется рамами из дерева (для трапециевидного штрека) или из металлопроката (для арочных сечений штрека). В зоне подхода очистного забоя призабойные ножки рам, удаляемые обычно вручную, в данном случае захватываются захватами 38, разворачиваются вокруг оси ближайшего стержня, транспортируется в сторону завала, где устанавливается в обратной последовательности.

Пространство кровли штрека на всей длине сопряжения с лавой, где выбиты призабойные ножки штрековой крепи, но имеются все верхняки штрековых рам, поддерживается этими верхняками, опирающимися на балки крепи сопряжения, образующие одну вандрутную цепь. Сами балки передают вертикальную нагрузку через соседние балки 1, соединительные пальцы 3 на те участки вандрутной линии, где стойки штрековых рам не выбиты. Прочность пролета балок на длине 8 12 м обеспечивается соответствующей высотой профиля балки 1 и базой пальцев 3. Дополнительное усиление штрековой крепи за пределами бесстоечного пролета сопряжения обеспечивается возможностью установки дополнительных инвентарных стоек под площадками 12.

Благодаря такой конструкции достигается практически неограниченное бесстоечное пространство и полная независимость работы очистного забоя от ситуации и функционирования крепи сопряжения и полная механизация выбивки и установки призабойных стоек штрековой крепи.

Механизация передвижения крепи сопряжения по мере подвигания очистного забоя и полное отсутствие топтания кровли при передвижении достигается тем, что очередная балка 1 крепи сопряжения после выхода ее в зону против выработанного пространства переносится вперед вдоль вандрутной линии и заново там монтируется с применением манипулятора самомонтажа 16, который обеспечивает вначале растаскивание последнего стыка балок за счет того, что две тележки выезжают на этот стык по обе стороны от него, одна тележка затормаживается, а другая (со стороны завальной) включается, затем рычаг 24 поворачивается в положение, изображенное на чертеже 6, затем включается завальная тележка на ход длиной в полбалки и балка 1 становится в положение подхвата ее середины. Затем включается забойная тележка и манипулятор транспортирует балку вдоль вандрутной линии до ее начала; далее операции повторяются в обратной последовательности, балка монтируется впереди и тележки возвращаются за следующей балкой.

Работа крепи сопряжения в период монтажа комплекса в монтажной камере полностью решает задачу механизации, обеспечивая многократное снижение сроков монтажа и трудозатрат и обеспечивает выполнение всех работ по монтажу на пологих и крутых пластах с применением дистанционного управления монтажными работами с целью повышения безопасности и комфортности выполнения работ.

Манипулятор 15, управляемый оператором и его помощником, с помощью стрелы 29 захватывает очередную секцию крепи в трех точках, где заблаговременно установлены рым-болты. Секция поднимается вверх над уровнем специальной платформы и транспортируется до монтажной камеры по прямолинейным направляющим балок 1, затем по криволинейным балкам 4 и далее уже по камере по прямолинейным. Все балки помимо привязки к верхнякам штрека, сопряжения и монтажной камеры (с помощью скоб по отверстиям 9) раскреплены дополнительными инвентарными стойками (по площадкам 12). Кроме того, при подходе очередной секции к ранее смонтированным, когда секцию необходимо развернуть из положения "вдоль балок" в положение "поперек линии балок", в работу включается аутригер, который разворачивает свой кронштейн 28, выдвигает стрелу 29 в пространство над (или около) соседней секции и передает на нее реакцию от момента, возникающего при увеличении вылета от груза.

После разворота секции манипулятор, действуя через три пространственно разнесенные точки, выполняет все движения по кантованию в условиях наклонного пласта секции для ее соединения по месту.

Аналогично производятся операции демонтажа, для чего создается демонтажная камера, представленная на фиг.5, по.11.

Крепь сопряжения позволяет увеличить производительность труда и нагрузку на забой за счет полной механизации операций на штреках и сокращения затрат времени на перемонтажи комплексов при уменьшении численности обслуживающего персонала.

Использование: при подземной отработке угольных месторождений. Сущность изобретения: крепь сопряжения включает цепь прямолинейных и криволинейных балок, связанных между собой пальцами с ограничением гибкости по гипсометрии пласта, и самоходные тележки с манипуляторами. Балки имеют направляющие на боковых поверхностях и места для установки стоек - на нижней поверхности. Самоходные тележки установлены в направляющих, соединены попарно шарнирами и параллельными рычагами с образованием параллелограмма и несут манипулятор, обеспечивающий либо захват в трех точках секций крепи для их транспортировки и монтажа, либо самомонтаж балок крепи, либо извлечение, транспортировку и монтаж звеньев штрековой крепи. Самоходные тележки могут быть с приводными роликами от гидродвигателей и иметь домкраты перемещения роликов в направлении обжатия роликами направляющей. Манипулятор для транспортировки и монтажа секций крепи может иметь одну раздвижную стрелу подъема груза с укосным домкратом под ней и две расположенные ниже дополнительные стрелы в виде домкратов тоже с укосными домкратами. Он может иметь три захвата с домкратами управления, корпус и стрелу из жестких стержней, шарнирно связанных между собой, с корпусом и узлом соединения захватов, причем каждый стержень имеет силовой домкрат, а захваты - сменные наконечники или вставки. Каждая самоходная тележка может иметь отдельное гидроуправление, а манипулятор для самомонтажа штрековой крепи - гидропривод вращательного движения в шарнирах между балкой и самоходными тележками. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Крепь сопряжения, включающая верхняки и связи, перекрывающие бесстоечное пространство на сопряжении лавы со штреком в зоне расположения приводов и рештаков лавного и штрекового конвейеров, средства механизации монтажных, транспортных и вспомогательных операций, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности поддержания кровли на сопряжении лавы со штреками без топтания кровли и почвы, расширения площади бесстоечного пространства и полной механизации монтажных работ при монтаже и эксплуатации очистных комплексов и штрековой крепи, включая самомонтаж самой крепи сопряжения, она выполнена в виде цепи прямолинейных и криволинейных балок, связанных между собой пальцами, обеспечивающими силовое ограничение гибкости по гипсометрии пласта, причем на боковых поверхностях балок предусмотрены направляющие для самоходных тележек, а на нижней поверхности места для возможности установки стоек, а самоходные тележки установлены в направляющих, соединены попарно и несут манипулятор, обеспечивающий либо захват в трех точках секций крепи для их транспортировки и монтажа, либо самомонтаж балок крепи, либо извлечение, транспортировку и монтаж звеньев штрековой крепи, при этом в период монтажа секций крепи в монтажной камере цепь прямолинейных и криволинейных балок выставляется вдоль штрека, по сопряжению штрека с монтажной камерой и по монтажной камере с учетом фактического положения этих выработок. 2. Крепь по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью увеличения тяговых характеристик и возможности транспортировки груза напологих, наклонных и крутых пластах, самоходные тележки выполнены с приводными роликами от гидродвигателя и снабжены домкратами перемещения роликов в направлении обжатия роликами направляющей. 3. Крепь по п.1, отличающаяся тем, что, с целью захвата в трех точках секций крепи и манипулирования грузом при монтаже и демонтаже секции на пологом и крутом падении, манипулятор имеет одну раздвижную стрелу подъема груза с укосным домкратом под ней и две расположенные ниже дополнительные стрелы в виде домкратов, также с укосными домкратами. 4. Крепь по п.1, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения самомонтажа вандрутной линии верхняков с отцеплением крайней балки, отводу ее в сторону вместе с одной самоходной тележкой, перемещений этой балки своей серединой до этой тележки, перемещения балки и обеих тележек вдоль всей вандрутной линии на другой конец ее и монтажа там балки в обратной последовательности и возврата двух тележек и манипулятора в исходное положение, каждая самоходная тележка имеет раздельное гидроуправление, рычаг, соединяющий две тележки, снабжен механизмом-манипулятором самомонтажа, включающим параллельные рычаги с шарнирами, образующими параллелограмм для параллельного отвода крайней вандрутной балки, и гидропривод вращательного движения в шарнирах между балкой и самоходными тележками. 5. Крепь по п.1, отличающаяся тем, что она содержит средства распора, выполненные в виде вертикальных домкратов, закрепленных на верхняках шарнирно в плоскости симметрии верхняка с возможностью перемещения верхней части по высоте и вдоль штрека для захвата посредством клеммового устройства верхняка арочной крепи штрека независимо от его положения по высоте и шагу вдоль штрека. 6. Крепь по п.1, отличающаяся тем, что манипулятор для монтажных и транспортных операций выполнен из трех захватов, каждый из которых имеет домкрат управления, корпуса и стрелы, состоящей из жестких стержней, шарнирно связанных между собой, с корпусом и узлом соединения трех захватов, при этом каждый стержень снабжен силовым домкратом, а захваты имеют сменные наконечники или вставки, соответствующие гнездам на секциях крепи или свойствам транспортировки.