ИСКУССТВЕННЫЙ МЕХАНИЗИРОВАННЫЙ ЦЕЛИК Российский патент 1997 года по МПК E21D23/00 E21D11/36 E21D19/04 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к передвижным механизированным крепям, предназначенным для крепления очистных забоев и сопряжений очистных забоев с горными выработками на пологих пластах с устойчивой труднообрушающейся кровлей, преимущественно при длиннокамерной системе разработки полезных ископаемых подземным способом.

Известно устройство для поддержания выработок, включающее гидростойки, устанавливаемые под рамы штрековой крепи, и расположенное внутри замкнутого монорельса, который имеет направляющие, по которым перемещается каретка с механизмом захвата для гидростоек. Передвижение монорельса осуществляется домкратом, а каретка имеет привод, с которым она связана канатом, расположенным по периметру монорельса. Вслед за продвижением лавы гидростройка при помощи каретки с механизмом захвата перемещается по монорельсу вперед, после чего домкратом монорельса передвигается на шаг установки крепи [1]
К недостаткам известного устройства следует отнести узкую область применения, распространяющуюся на поддержание выработок, прилегающих к очистным забоям, при установке гидростоек под верхняки рам штрековой крепи и невысокую надежность устройства, использующего канат в качестве элемента приводного устройства.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является механизированная крепь для поддержания горных выработок, включающая роторное транспортное устройство с рамой, имеющей продольной паз, обоймы с размещенными в них гидроопорами, установленные с возможностью относительного перемещения вдоль продольного паза, направляющие, выполненные по замкнутому контуру роторного транспортного устройства и взаимодействующие с направляющими ролики, установленные на обоймах, тяговый орган роторного транспортного устройства с приводом, гидроцилиндры передвижения и секции крепи, связанные с рамой [2] принято за прототип.

Известная механизированная крепь не предназначена для работы в лавах в условиях труднообразующейся кровли, а служит для поддержания выработок с целью сохранения штрека для его повторного использования в качестве крепи усиления. Серьезным недостатком известного технического решения является перемещение секций крепи с помощью тягового каната лебедки, что не только вынуждает использовать ручные работы при сцеплении каната с секцией и отцеплении от нее, приводящие к снижению производительности труда, но и вызывает снижение надежности механизированной крепи и безопасность ведения работ в зоне действия тягового каната лебедки. Известные механизированные крепи не позволяют надежно поддерживать относительно широкую ( до 15 м) полосу труднообрушающейся кровли в лаве для выемки мощных ископаемых по технологии длиннокамерной системы разработки, обеспечивающей значительное снижение затрат по сравнению с существующей столбовой системой.

Сущность изобретения заключается в том, что роторное транспортное устройство снабжено отдельной передвижной опорной платформой и расположенными вдоль продольной оси опорной платформы забойной и посадочной секциями, связанными с рамой гидроцилиндрами через опорную платформу.

Кроме того, транспортное устройство искусственного целика снабжено расположенными в продольном пазу бесконечным тяговым органом с толкателем, продольный паз выполнен фигурным, а обоймы гидроопор, с возможностью взаимодействия толкателя тягового органа с упором на одних участках продольного паза и прекращение взаимодействия на других участках паза.

Кроме того, роторное транспортное устройство искусственного целика снабжено расположенными на одном валу ведущей звездочкой, кривошипами и управляющими копирами, причем кривошипы снабжены приводными цилиндрами, а управляющие копиры снабжены гидрораспределителями, механически связанными с копирами и гидравлически связанными с приводными цилиндрами.

Кроме того, транспортное устройство искусственного целика может быть снабжено управляющими на валу ведомой звездочкой.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом следующая.

Несмотря на внедрение последних достижений техники и технологии в подземную угледобычу в России в конце 80-х и начале 90-х годов существенного прогресса особенно в экономических показателях достигнуто не было, что привело к плачевным результатам падения добычи угля, закрытию ряда шахт, увольнению рабочих и безработице в отрасли. Даже в Кузбассе, характеризующемся громадными разведанными запасами угля, наличием в большом количестве высококачественных углей, добыча становится неэффективной. Одной из причин этого является наличие труднообрушающейся кровли, которая не позволяет использовать наиболее высокопроизводительную технику и технологии. Для выхода из создавшегося положения предлагаются новые технологии и техника, одной из которых является так называемая длиннокамерная система разработки, позволяющая поддерживать в очистном забое широкую от 8-10 до 15 м полосу труднообрушающейся кровли. Использование предложенной системы разработки позволяет разгрузить краевую часть пласта, снизить концентрацию напряжений в призабойной зоне, что облегчит поддержание кровли, уменьшит вероятность выброса угля и газа из забоя, снизит трудоемкость добычи.

Предложенная система разработки по предварительным расчетам позволит обеспечить значительное снижение затрат по сравнению с существующей столбовой системой. Однако для внедрения и использования предложенной системы необходимо в первую очередь создать технические средства, обеспечивающие поддержание и подвигание очистного забоя при столь широкой полосе, поддерживаемой труднообрушаемой кровли.

Для решения этой задачи и служит предлагаемый искусственный механизированный целик, включающий взоимоувязанную систему механизированной крепи, состоящую из забойной и посадочной секций и роторного транспортного устройства, обеспечивающего перестановку гидроопор при передвижении механизированого целика. Роторное транспортное устройство служит базой искусственного механизированного целика и для обеспечения устойчивости и управляемости снабжено отдельной передвижной опорной платформой, устанавливаемой на почве очистного забоя. Искусственный механизированный целик располагается продольной осью в направлении подвигания очистного забоя от забоя к обрушенным породам. В очистном забое располагается ряд искусственных целиков, устанавливаемых с необходимой частотой, определяемой эмпирическим путем в зависимости от тяжести проявлений горного давления. По мере выемки угля в забое передвигается и распирается забойная секция, к которой гидроцилиндром передвижения подтягивается роторное транспортное устройство, с помощью которого затем перемещают гидроопору в направлении от завальной части целика к забойной, а затем после распора к роторному устройству подтягивают посадочную секцию с необходимой корректировкой в поперечном вдоль очистного забоя направлении с помощью домкрата корректировки от сползания секции при наклоне очистного забоя.

Технический результат предложенного решения выражается в обеспечении надежного поддержания широкой от 8-10 до 15 м полосы труднообрушаемой кровли в очистном забое, разгрузке краевой части пласта от опасной концентрации напряжений у забоя и снижении вероятности отжима и выброса угля и газа из забоя, оперативно механизированное передвижение искусственных целиков от завала к забою с корректировкой поперечного сползания, повышение безопасности ведения работ, снижение затрат по добыче по сравнению с существующей столбовой системой разработки.

На фиг. 1 изображен искусственный механизированный целик, установленный на участке очистного забоя, вид сверху; на фиг.2 то же, вид сбоку; на фиг.3
роторное транспортное устройство, вид сверху; на фиг.4 отдельная передвижная опорная платформа, (вид А на фиг.3); на фиг.5 вид Б-Б на фиг.4; на фиг.6
узел В на фиг.3; на фиг.7 вид Г-Г на фиг.6; на фиг.8 кинематическая схема роторного транспортного устройство с расположенными на одном валу ведущей звездочкой, кривошипами; на фиг.9 то же, что на фиг.8, но управляющие копиры расположены на валу ведомой звездочки.

Искусственный механизированный целик состоит из роторного транспортного устройства 1, выполненного на раме 2, жестко установленной на отдельной передвижной опорной платформе 3. С забойной стороны передвижной опорной платформы 3 жестко закреплена траверса 4, с которой при помощи гидроцилиндров передвижения 5 связано основание 6 забойной секции крепи 7. На основании 6 забойной секции крепи 7 установлены гидростойки 8, поверху связанные с верхняком 9. С противоположной стороны передвижная опорная платформа 3 гидроцилиндрами передвижения 10 связана с основанием 11 посадочной секции крепи 12. На основании 11 посадочной секции крепи 12 установлены три гидростойки 13, которые в свою очередь связаны с верхняком 14. К верхняку 14 со стороны обрушенных пород шарнирно прикреплено ограждение 15, которое контактирует с нижним оградительным листом 16, поддерживаемым от прогиба со стороны обрушенных пород упором 17, шарнирно установленным между оградительным листом и основанием 11. Посадочная секция крепи 12 имеет домкрат корректировки 18 от сползания секции в сторону наклона очистного забоя.

Рама 2 роторного транспортного устройства 1 имеет выполненный криволинейным с двумя фигурными изгибами α и β продольный паз 19, размещенный внутри вдоль замкнутого контура рамы. Вдоль продольной оси рама 2 по противоположным сторонам продольного паза 19 размещены на валу 20 ведущая звездочка 21 и на валу 22 ведомая звездочка 23. В фигурном продольном пазу 19 расположен бесконечный тяговый орган 24, например, цепного типа, огибающий ведущую звездочку 21 и ведомую звездочку 23. В бесконечный тяговый орган 24 с помощью соединительных звеньев 25 встроен толкатель 26. По верхней и нижней наружным сторонам рамы 2, вдоль замкнутого контура роторного транспортного устройства 1 жестко закреплены направляющие 27, которые контактируют, например, с роликами 28, установленными на осях 29, жестко закрепленных на обоймах 30. Вместо роликов 28 на обоймах 30 могут быть жестко закреплены ползуны с выемкой для направляющих 27. В каждой из обойм 30 выполнена выемка 31, в которой с возможностью ограниченного осевого перемещения расположен выступ 32, жестко установленный на одинаковых по конструкции гидроопорах 33, например, с помощью винтов 34, с возможностью перестановки выступа по высоте гидроопоры. Гидроопора 33 понизу и поверху связана с одинаковыми по конструкции верхним и нижним опорными башмаками 35. Каждая из обойм 30 снаружи снабжена жестко установленным упором 36.

На одном валу 20 с ведущей звездочкой 21 установлены кривошипы 37 и 38, шарнирно связанные с соответствующими приводными цилиндрами 39 и 40, другая сторона которых шарнирно закреплена на раме 2. Кроме того, на этом же валу 20 с ведущей звездочкой 21 установлены управляющие копиры 41 и 42, механически связанные с толкателями 43 и 44 соответствующих гидрораспределителей 45 и 46 (фиг.4, фиг.8, 9). Управляющие копиры 41 и 42 роторного транспортного устройства 1 могут быть установлены и на валу 22 ведомой звездочки 23 (фиг.9). В этом случае гидрораспределители 45 и 46 переставляют таким образом, чтобы не нарушить механическую связь управляющих копиров с толкателями 43 и 44.

Передвижная опорная платформа 3 выполнена в виде пенала, состоящего из двух частей, наружной 47 и внутренней 48, в которых выполнены отверстия 49, через которые установлены фиксирующие пальцы 50.

Питание гидравлической системы искусственного механизированного целика осуществляется от магистралей, связанных с насосной станцией высокого давления (не показаны), а управление всеми рабочими операциями производится с пультом управления 51 и 52. Искусственный механизированный целик установлен на участке длиннокамерного очистного забоя 53 между забоем 54 и обрушенными породами 55.

Искусственный механизированный целик работает следующим образом.

В исходном положении искусственного механизированного целика забойная секция крепи 7, роторное транспортное устройство 1 и посадочная секция крепи 12 подвинуты к забою 54, гидростойки 8 и 13 секции крепи и гидроопоры расперты между кровлей и почвой. Выемочная машина (не показана) снимает очередную ленту полезного ископаемого. Передвижение к забою 54 искусственного механизированного целика начинают с передвижения забойной секции крепи 7. Для этого с пульта управления 51 сокращают гидростойки 8 забойной секции 7 до отрыва верхняка 9 от кровли и включают гидроцилиндры передвижения 5 на раздвижку. Забойная секция крепи 7 отталкивается от траверсы 4 передвижной опорной платформы 3 и передвигается вперед к забою. После передвижения забойной секции крепи 7 вновь распирают гидростойки 8.

Затем приступают к передвижению роторного устройства 1. Для этого гидроцилиндр передвижения 10 ставят на слив, а гидроцилиндр передвижения 5 включают на сокращение. Передвижная опорная платформа 3 совместно с расположенной на ней рамой 2 роторного транспортного устройства 1 передвигается вперед, подтягиваясь к распертой забойной секции крепи 7, при этом гидроцилиндр передвижения 10 раздвигается. При передвижении рамы 2 роторного устройства 1 ролики 28, установленные на обоймах 30 гидроопор 33 обкатываются вдоль направляющих 27, жестко закрепленных на раме 2, создавая возможность поступательного передвижения роторного устройства в направлении забоя 54. Если вместо роликов 28 на обоймах 30 установлены ползуны, они скользят вдоль направляющих 27 с тем же эффектом. Во время передвижения рамы 2 роторного устройства 1 компенсация изменения высоты установки рамы, а также стабилизация положения обойм 30 от вращения вокруг вертикальных осей гидроопор 33 осуществляется за счет выступов 32 на гидроопорах, находящихся в выемках 31, выполненных в обоймах. В случае, когда вынимаемая мощность пласта от цикла к циклу значительно изменяется (например, произведена поддирка кровли в лаве, или снят оставшийся земник) и запас хода выступов 32 в выемках 31 не хватает, производят перестановку высоты установки рамы 2 на передвижной опорной платформе 3. Для этого извлекают фиксирующие пальцы 50 из отверстий 49 и с помощью гидроопор изменяют высоту установки внутренней части 48 относительно наружной части 47 передвижной платформы 3. Совместив отверстия в наружной 47 и внутренней 48 частях опорной платформы 3, вновь вставляют фиксирующие пальцы 50 в отверстия 49.

Во время поступательного перемещения рамы 2 совместно с ней перемещаются в направлении забоя 54 и фигурный паз 19. Причем фигурный изгиб a паза 19 выходит из зоны взаимодействия толкателя 26 тягового органа 24 с упором 36 обоймы 30 ближайшей к забою гидроопоры 33, а фигурный изгиб b паза, наоборот входит в зону взоимодействия толкателя тягового органа с упором обоймы последней от забоя гидроопоры. По окончании передвижения роторного транспортного устройства 1 гидроцилиндры передвижения 5 и 10 запирают.

Далее осуществляют перестановку последней от забоя гидроопоры 33 вперед к забою 54. Вначале включают последнюю от забоя гидроопору 33 на сокращение. При этом верхний башмак 35 гидроопоры 33 при отрыве нижнего башмака от почвы выйдет из взаимодействия с кровлей под действием собственного веса гидроопоры до упора выступа 32 гидроопоры в нижний торец выемки 31 в обойме 30. Далее гидроопора 33 продолжает сокращаться до необходимой величины, после чего ее запирают. Следом подают напор с пульта управления 52 в гидрораспределители 45 и 46, которые обеспечивают автоматизированное управление процессом работы приводного механизма бесконечного тягового органа 24. Вначале напор рабочей жидкости поступает, например, в приводной цилиндр 39. При этом приводной цилиндр 39 через кривошип 37 поворачивает вал 20 ведущей звездочки 21 на некоторый угол, поворачивая в свою очередь и управляющие копиры 41 и 42, которые в свою очередь взоимодействуют с толкателями 43 и 44 гидрораспределителей 45 и 46. Гидрораспределители 45 и 46 выполнены таким образом, что по окончании раздвижки приводного цилиндра 39 включают его на сокращение или слив, и в то же время, когда следующий кривошип 38 перейдет мертвую зону, включают следующий приводной цилиндр 40 на распор. Вал 20 вновь повторяется на некоторый угол, поворачивая и кривошип 37, который также после прохода мертвой зоны вновь будет включен в работу за счет поворота управляющих копиров 41 и 42 и их взаимодействия с толкателями 42 и 44 гидрораспределителей 45 и 46, переключают приводной цилиндр 40 на сокращение или слив, а приводной цилиндр 39 будет вновь включен на распор. При этом циклы автоматически повторяются вплоть до снятия напора с гидрораспределителей 45 и 46. Во время работы кривошипно-шатунного механизма, шатунами которого являются приводные цилиндры 39 и 40, вращение вала 20 передается ведущей звездочке 21, а ведущая звездочка в свою очередь обеспечивает движение бесконечного тягового органа 24 с толкателем 26 (фиг.8).

Аналогична работа механизма роторного транспортного устройства 1 и при установке управляющих копиров 41 и 42 на валу 22 ведомой звездочки 23. Распределение подачи рабочей жидкости в приводные цилиндры 39 и 40 осуществляется также гидрораспределителями 45 и 46 через толкатели 43 и 44 и копиры 41 и 42, установленные на валу 22 ведомой звездочки 23, вращение которой передается бесконечным тяговым органом 24 от ведущей звездочки 21 (фиг.9).

При движении бесконечного тягового органа 24 в фигурном продольном пазе 19 в направлении, указанном на чертежах (фиг.3, фиг.8, фиг.9) стрелкой, толкатель 26 вступает во взаимодействие с упором 36 обоймы 30 последней от забоя гидроопоры 33, которая ранее была сокращена до отрыва нижнего башмака 35 от почвы и отрыва верхнего башмака от кровли. Обойма 30 совместно с находящейся в ней гидроопорной 33 перемещается вдоль замкнутого контура роторного транспортного устройства 1 роликами или ползунами 28 по направляющим 27 до тех пор пока толкатель 26 тягового органа 24 не войдет в фигурный изгиб a продольного паза 19, где упор 36 выйдет из взаимодействия с толкателем и обойма совместно с гидроопорой окажутся переставленными в ближайшее к забою 54 положение. Переставную в ближайшее к забою 54 положение гидроопору 33 распирают.

Далее приступают к передвижению посадочной секции крепи 12. С пульта управления 51 включают на сокращение три гидростойки 13 посадочной секции крепи 12 до отдыха верхняка 14 от кровли. Во время осадки секции крепи 12 ограждение 15 скользит по оградительному листву 16, предотвращая проникновение обрушенных пород в рабочее пространство крепи. По окончании осадки секции крепи 12 включают на сокращение гидроцилиндра передвижения 10. Посадочная секция крепи 12 подтягивается гидроцилиндром передвижения 10 к опорной платформе 3 рама 2 роторного транспортного устройства 1. Во время передвижения секции крепи 12 при наличии в очистном забое наклона в сторону одной из выемочных выработок производят корректировку положения секции от сползания путем включения домкрата 18 на распор с отталкиванием от соседней, распертой секции крепи аналогичного целика. Домкрат корректировки 18 в зависимости от направления наклона может быть установлен как с одной, так и с другой стороны секции крепи 12. По окончании передвижения посадочной секции крепи 12 гидростойки 13 распирают, а гидроцилиндр передвижения 10 запирают. Искусственный механизированный целик вновь находится в исходном положении.

Циклы передвижения искусственного механизированного целика и перестановки гидроопоры 33 в направлении забоя повторяются.

Использование: при креплении очистных забоев и сопряжений очистных забоев и спряжений очистных забоев с горными выработками на пологих пластах с устойчивой труднообразующейся кровлей, преимущественно при длиннокамерной системе разработки. Сущность изобретения: искусственный механизированный целик, включающий роторное транспортное устройство с рамой, имеющей продольный паз, обоймы с гидроопорами, установленные с возможностью относительного перемещения вдоль паза, направляющие по контуру транспортного устройства и взаимодействующие с направляющими роликами, установленные на обоймах. С рамой гидроцилиндрами передвижения связаны через опорную платформу забойная и посадочная секции крепи, расположенные вдоль продольной оси опорной платформы и установленной на ней рамы. Паз рамы может быть фигурным, тяговый орган может быть выполнен бесконечным и иметь толкатели, взаимодействующие на определенных участках с упорами, расположенными на обоймах. На одном валу с ведущей звездочкой могут быть расположены кривошипы и управляющие копиры с гидрораспределителями, механически связанными с копирами и гидравлически связанными с приводными цилиндрами кривошипов. Управляющие копиры могут быть установлены на валу ведомой звездочки. 3 з.п. ф.-лы, 9 ил.

1. Искусственный механизированный целик, включающий роторное транспортное устройство с рамой, имеющей продольный паз, обоймы с размещенными в них гидроопорами, установленные с возможностью относительного перемещения вдоль продольного паза, направляющие, выполненные по замкнутому контуру роторного транспортного устройства и взаимодействующие с направляющими ролики, установленные на обоймах, тяговый орган роторного транспортного устройства с приводом, гидроцилиндры передвижения, связанные с рамой, отличающийся тем, что роторное транспортное устройство снабжено отдельной передвижной опорной платформой и расположенными вдоль продольной оси опорной платформы забойной и посадочной секциями, связанными с рамой гидроцилиндрами передвижения через опорную платформу. 2. Целик по п. 1, отличающийся тем, что роторное транспортное устройство имеет расположенный в продольном пазу бесконечным тяговым органом с толкателем, продольный паз выполнен фигурным, а обоймы гидроопор снабжены упором с возможностью взаимодействия толкателя тягового органа с упором на одних участках продольного паза и прекращения взаимодействия на других участках паза. 3. Целик по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что роторное транспортное устройство снабжено расположенными на одном валу с ведущей звездочкой кривошипами и управляющими копирами, причем кривошипы снабжены приводными цилиндрами, а управляющие копиры гидрораспределителями, механически связанными с копирами и гидравлически связанными с приводными цилиндрами. 4. Целик по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что управляющие копиры, которыми снабжено роторное транспортное устройство, могут быть установлены на валу ведомой звездочки.