ЩИТОВАЯ КРЕПЬ Российский патент 1997 года по МПК E21D19/02 E21D23/04 

Изобретение относится к горному делу, а именно к области создания передвижных крепей и может найти применение при разработке крутонаклонных и крутых пластов мощностью 1,0-2,5 м.

Известна щитовая крепь, включающая отдельные секции, содержащие щитовые перекрытия, связанные опорными стойками с передними частями лыж и домкратами передвижения с задними частями лыж, последние снабжены объемными опорами, на которые уложены задние концы щитовых перекрытий (см. А.с.N 612042).

Недостатком известной крепи является ограниченная область использования по углам падения, которые составляют 35-60^o. При углах падения пластов свыше 60^o крепь опрокидывается на забой за счет давления на щитовое перекрытие перепускающихся пород. Кроме того крепь не может быть использована при отработке пластов со слабоустойчивой кровлей, т.к. при ее обнажении происходят вывалы пород и перепуск породы из-за щитового перекрытия в призабойное пространство.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому результату является щитовая крепь, включающая секции крепи, содержащие криволинейные ограждения, связанные стойками с основаниями, домкраты передвижения, связывающие основания с базовыми опорами (см. а.с.N 1065619).

Недостатком известной крепи является ограниченная область применения по устойчивости кровли, включая участки пластов с мелкоамплитудными геологическими нарушениями. Это обусловлено тем, что для перемещения крепи необходимо снимать давление с распорных стоек, а при опускании козырьков и криволинейных ограждений пространство между ними и кровлей будет подбучиваться обрушающимися и перепускающимися породами, что приведет в конечном итоге к исчерпыванию раздвижности крепи и невозможности ее дальнейшего перемещения. Кроме того криволинейные ограждения с козырьками и основания перемещают одновременно или раздельно различными группами домкратов. Вследствие различного сопротивления перемещению козырьков с криволинейными ограждениями и оснований они будут двигаться с различной скоростью и, таким образом, распорные гидравлические стойки будут отклонятся от нормали в ту или иную сторону. Для вывода крепи в нормальное рабочее положение в любом случае необходимо снятие распора с гидравлических стоек, связывающих козырьки с основаниями. При этом обязательно будет происходить подбучивание кровли и уменьшение высоты крепи, восстановить которую при слабоустойчивой и легкообразующейся кровле не представляется возможным. В том случае, когда гидравлические стойки исчерпают свою раздвижность, произойдет заклинивание или опрокидывание крепи и ее дальнейшее перемещение станет невозможным.

Целью изобретения является расширение эксплутационных возможностей крепи при отработке угольных пластов с легкообразующейся кровлей за счет исключения обнажения боковых пород, а также их влияния на работоспособность щитовой крепи.

Поставленная цель достигается тем, что основания соседних секций соединены между собой шарнирно и каждое из них жестко связано с криволинейными ограждениями передними и задними стойками, равномерно распределяющими нагрузку от криволинейных ограждений на основании, базовые опоры в поперечном сечении коробчатой, прямоугольной формы выполнены на ширину секций и расположены в завальной части крепи под завальным концом криволинейных ограждений с возможностью перемещения одна относительно другой, причем каждая секция снабжена жестко соединенными с основанием направляющими штангами, вторые концы которых размещены с возможностью перемещения в полостях, образованных по краям базовых опор.

Таким образом автор претендует на следующие отличительные признаки:
основания соседних секций соединены между собой шарнирно. Такое соединение оснований известно из уровня техники и используется в ряде передвижных крепей. Оно позволяет учесть гипсометрию почвы пласта. По отношению к прототипу данный признак является новым.

основание каждой секции жестко связано с криволинейными ограждениями передними и задними стойками. Жесткая связь между щитовыми ограждениями и основаниями используется в ряде известных щитовых крепей. Такая связь обеспечивает одновременное перемещение криволинейных ограждений и оснований, используя одну группу домкратов. При этом представляется возможность полностью исключить обнажение боковых пород за счет непрерывного перемещения секций вслед за подвиганием забоя. Обеспечение жесткой связи оснований с криволинейными ограждениями передними и задними стойками позволяет равномерно распределить нагрузку на основание и повысить устойчивость секций крепи. По отношению к прототипу этот признак является новым.

базовые опоры выполнены в поперечном сечении коробчатой прямоугольной формы. Автору не известно из уровня техники такое исполнение базовых опор. Оно позволяет создать достаточную площадь для отпора от обрушенных пород при включении домкратов передвижения. Прямоугольной форме соответствуют параллельные стенки базовой опоры и следовательно постоянные зазоры между ними и концами криволинейных ограждений, что имеет существенное значение при перемещении базовых опор относительно криволинейных ограждений. Это способствует защите рабочего пространства от просыпания перепускающих пород.

базовые опоры выполнены на ширину секций. Автору неизвестно такое исполнение базовых опор. Оно позволяет полностью перекрыть рабочее пространство от обрушенных пород и создать достаточную площадь для отталкивания при передвижении секций.

базовые опоры расположены в завальной части крепи под завальным концом криволинейных ограждений. Автору неизвестно из уровня техники такое расположение базовых опор. Оно позволяет базовых опор. Оно позволяет базовым опорам находится в постоянном контакте с перепускающимися породами и, таким образом, всегда иметь возможность отталкиваться от них независимо от того, в каком состоянии находится кровля и почва пласта. Расположение базовых опор под завальным концом криволинейных ограждений позволяет им перемещаться относительно друг друга, не допуская попадания пород в рабочее пространство крепи.

базовые опоры имеют возможность перемещаться одна относительно другой. Автору не известно из уровня техники такое исполнение базовых опор. Оно позволяет перемещать базовую опору любой секции независимо от других по мере необходимости.

каждая секция снабжена жестко соединенными с основанием направляющими штангами. Автору не известно из уровня техники подсоединение к основаниям направляющих штанг. Направляющие штанги служат для направленного перемещения секций, исключения их перекосов, т.к. домкраты передвижения в каждой отдельной секции могут перемещаться с различной скоростью, создавая условия для перекосов секций.

вторые концы направляющих штанг размещены с возможностью перемещения в плоскостях, образованных по краям базовых опор. Автору не известно из уровня техники такое расположение направляющих штанг в базовых опорах. Оно позволяет передвигать основания секций, а также базовые опоры без перекосов вследствии различной скорости перемещения домкратов передвижения.

Совокупность отличительных признаков, характеризующих крепь, позволяет использовать ее при отработке угольных пластов с боковыми породами любой устойчивости, в том числе при наличии мелкоамплитудных нарушений, т.к. состояние боковых пород не влияет на работоспособность крепи, а ее перемещение осуществляют за счет отталкивания от базовых опор, которые при наклонном и крутом залегании угольных пластов всегда подбучены обрушенными породами.

Дополнительный эффект от использования крепи выражается в снижении трудоемкости демонтажных работ. При демонтаже большинства известных щитовых крепей требуется крепление демонтажной камеры или возведение специальной защитной крепи, обеспечивающей безопасность демонтажных работ. В предлагаемой конструкции щитовой крепи все элементы демонтируют под защитой криволинейного ограждения, срок службы которого расчитан на один столб и которое не демонтируют.

На фиг. 1 представлена щитовая крепь в поперечном сечении после отбойки угля в очистном забое;
На фиг. 2 щитовая крепь без криволинейных ограждений;
На фиг. 3 поперечный разрез криволинейных ограждений, вдоль крепи.

Щитовая крепь состоит из отдельных секций, включающих криволинейные ограждения 1 и основания 2, которые соединены между собой передними 3 и задними 4 стойками. Для обеспечения жесткости секций передняя стойка 3 соединена с основанием укосной стойкой 5. Стойки соединены с криволинейными ограждениями и основанием при помощи кронштейнов 6 и пальцев 7. Криволинейные ограждения усилены по концам башмаками 8, а на завальном конце укреплены также фартуки 9. Основания 2 связаны с базовыми опорами 10 домкратами передвижения 11 двустороннего действия. При этом базовые опоры расположены в завальной части крепи под завальными концами криволинейных ограждений. Базовые опоры 10 коробчатой, прямоугольной формы по краям имеют полости 12, в которых размещены с возможностью перемещения направляющие штанги 13. Все концы направляющих штанг жестко соединены при помощи пальцев 14 с задними концами оснований 2. Основания секций соединены между собой шарнирно при помощи пальцев 15, размещенных в отверстиях кронштейнов 16. На секциях крепи укреплена скрепная установка, состоящая из приводов 17 и скреперов 18. Криволинейные ограждения 1 состоят из металлических листов 19 и балок из спецпрофиля 20, соединенных между собой хомутами 21. Кромки криволинейных ограждений соседних секций установлены внахлестку, т.е. перекрывают одна другую. Этим исключается образование межсекционных зазоров.

Щитовая крепь работает следующим образом.

В исходном положении щитовая крепь основаниями 2 опирается на почву пласта и одновременно передними концами оснований и криволинейных ограждений 1 на поверхность забоя. Домкраты передвижения 11 находятся в сдвинутом положении и базовые опоры 10 примыкают к задним концам криволинейных ограждений. Очистную выемку начинают с ведения буровзрывных работ. Призабойную часть угольного массива взрывают на всю мощность пласта и на глубину, например, 1 м. Затем начинают скреперование угля во фланговые печи скреперной установкой 17, 18. Одновременно со скреперованием угля включают на раздвижку все домкраты передвижения 11. Одни концы домкратов передвижения, соединенные с базовыми опорами 10, остаются неподвижными, т.к. базовые опоры задними стенками упираются в обрушенные породы. Вторые концы домкратов передвижения, соединенные с основаниями, перемещаются по падению пласта. Поскольку основания 2 жестко соединены с криволинейными ограждениями 1 стойками 3, 4, 5, при включении домкратов передвижения все секции крепи перемещаются по падению пласта одновременно с подвиганием забоя. Т.е. передвижение секций крепи осуществляют при постоянном контакте крепи с поверхностью забоя. Одновременная выемка угля и перемещение крепи по всей длине очистного забоя позволяют полностью исключить обнажение боковых пород и возможность их обрушения в призабойное пространство. При перемещении секций по падению пласта фартуки 9, закрепленные на завальных концах криволинейных ограждений, скользят по поверхности базовых опор, предотвращая просыпание породы в рабочее пространство. Силы сопротивления перемещению, возникающие на поверхности криволинейных ограждений, создают опрокидывающий момент, действующий в обратном перемещению направлении. Использование передних 3 и задних 4 стоек позволяет равномерно распределить на основания 2 нагрузку от криволинейных ограждений, а также нейтрализовать воздействие опрокидывающих моментов, возникающих при передвижении секций. При передвижении оснований 2 направляющие штанги 13, жестко с ними связанные, выходят из полостей 12 в базовых опорах 10. При этом направляющие штанги не дают возможности перекашиваться секциям крепи. Поскольку перемещение крепи осуществляют за счет отталкивания от базовых опор, которые упирают в обрушенные породы, состояние кровли, ее устойчивость не влияют на работоспособность крепи. Тем самым достигают существенного расширения ее эксплуатационных возможностей. Поскольку щитовая крепь представляет собой жесткую конструкцию, ее высоту выбирают примерно на 10% меньше мощности пласта. Разрушение же угольного массива производят на всю мощность. Благодаря этому над криволинейным ограждением всегда сохраняется слой разрушенного угля и пород, выполняющий роль амортизатора. Выбранная форма крепи в поперечном сечении в виде обратного клина исключает возможность ее зажима боковыми породами. Таким образом не только состояние боковых пород, но и состояние угольного массива не могут оказывать влияние на работоспособность щитовой крепи.

После передвижения оснований с криволинейными ограждениями на величину раздвижки домкратов передвижения последние переключают на обратный ход и производят подтягивание базовых опор 10. Базовые опоры скользят по направляющим штангами 13, благодаря чему исключается их перекос. При подтягивании базовых опор фартуки 9 скользят по поверхности базовых опор, препятствуя проникновению перепускающихся пород в рабочее пространство. По времени подтягивание базовых опор у разных секций крепи может не совпадать, т.к. плотность перепускающихся пород на отдельных участках крепи может быть разной. Поэтому базовые опоры выполнены на ширину секций и не связаны между собой. Для предотвращения просыпания породы в зазоры между базовыми опорами их задние стенки снабжены фартуками, например из конвейерной ленты (на фиг. 1 показаны штриховкой). Возможность независимой передвижки каждой секции позволяет корректировать их положение по мере необходимости и чему не препятствуют шарнирные соединения 15 между секциями. Шаг раздвижки домкратов передвижения 11 может быть меньше шага отбойки угля. В этом случае на один шаг отбойки угля может быть произведено два или более шагов передвижения крепи.

После выемки угля и передвижения щитовой крепи на шаг отбойки угля весь цикл работ повторяют.

Основным преимуществом предлагаемой конструкции щитовой крепи является возможность ее использования при любой устойчивости угольного массива и боковых пород, что существенно расширяет ее эксплуатационные возможности.

Использование предлагаемой конструкции щитовой крепи позволяет получить дополнительный эффект за счет снижения трудоемкости демонтажных работ. Демонтаж крепи осуществляют под защитой криволинейных ограждений, которые обеспечивают безопасность работ и достаточное рабочее пространство для транспортировки всех элементов конструкции.

Использование: при разработке крутонаклонных и крутых пластов мощностью 1,0-2,5 м. Сущность изобретения: щитовая крепь включает секции крепи, содержащие криволинейные ограждения, связанные передними стойками и домкраты передвижения, связывающие основания с базовыми опорами, располагающимися под криволинейными ограждениями. Основания соседних секций соединены между собой шарнирно и каждое из них жестко связано с криволинейными ограждениями передними и задними стойками. Базовые опоры выполнены в поперечном сечении коробчатой прямоугольной формы на ширину секций с возможностью перемещения одна относительно другой. Каждая секция снабжена жестко соединенными одними концами с основаниями направляющими штангами, другие концы которых размещены с возможностью перемещения в полостях, образованных в базовых опорах. 3 ил.

Щитовая крепь, включающая секции крепи, содержащие криволинейные ограждения, связанные передними стойками с основаниями, домкраты передвижения, связывающие основания с базовыми опорами, располагающимися под криволинейными ограждениями, отличающаяся тем, что основания соседних секций соединены между собой шарнирно и каждое из них жестко связано с криволинейными ограждениями передними и дополнительно снабженными задними стойками, базовые опоры выполнены в поперечном сечении коробчатой прямоугольной формы на ширину секций с возможностью перемещения одна относительно другой, причем каждая секция снабжена жестко соединенными одними концами с основаниями направляющими штангами, другие концы которых размещены с возможностью перемещения в полостях, образованных в базовых опорах.