КРЕПЬ АГРЕГАТНАЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1999 года по МПК E21D23/00 E21D23/04 E21D23/06 E21D23/14 

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для подземной разработки угольных и других пластовых месторождений.

Известны щитовые крепи типа ОМКТ и МК, разработанные впервые в мире в пятидесятых годах в СССР и включающие секции крепи состоящие из оснований и верхняков, соединенных стойками и балансирами, и став конвейера, соединенный с секциями крепи посредством двигательных домкратов [1]. Эти крепи работали с угледобывающими комбайнами шнекового типа, движущимися по ставу конвейера с расположением центра тяжести комбайна, с учетом сил резания, в зоне между завальным и забойный бортом конвейера.

Недостатком таких крепей является полная разобщенность крепи и става в поперечном сечении лавы, исключающая передачу на крепь опрокидного момента, действующего на став от сил резания, и передачу на став опрокидного момента, действующего на секции крени при их передвижке. В результате этого развитие угледобывающих комбайнов пошло по пути создания шнековых исполнительных органов с очень малыми сечениями среза угля при больших скоростях резания, что привело к снижению сортности добываемого угля, повышению запыленности атмосферы забоя и к повышению энергоемкости отбойки. Развитие крепи по этой причине привело к созданию у основания крепи сильно вытянутого к забою носка, подпускаемого под став конвейера, что привело к увеличению высоты погрузки, или к переходу на двухрядные крепи с увеличением ширины поддерживаемой площади кровли и соответственно массы крепи.

Известны современные щитовые крепи, работающие в комплексах со шнековыми комбайнами или стругами быстроходного типа, например, фирмы Хемшайдт или Вестфалия [2, 3] и в частности отечественная крепь Гипроуглемаша MI46, принятая в качестве наиболее близкого аналога (прототипа) [4].

Эти крепи состоят из секций крепи, включающих верхняки с поворотными консолями, ограждения на всю ширину секции, два основания, правое и левое, соединенные между собой двумя серьгами: передней и задней, обеспечивающими постоянное пространство между левым и правым основанием по ширине, две наклонные стойки и балансиры, соединяющие оба основания с верхняком секции и ограждением.

В состав крепи также входит став конвейера с передним и задним бортом, опирающимся на почву, и секционные балки, шарнирно соединенные со ставом, с шагом, равным шагу крепи, и расположенные на почве в пространстве каждой секции между правым и левым основанием, под передней серьгой, между завальным концом балки и задней серьгой располагается двигательный домкрат, передний забойные конец домкрата соединен через балку со ставом крепи, а задний завальный конец домкрата соединен с секцией крепи, обеспечивая таким образом подачу става на забой при раздвижке домкрата и выдвижку секции крепи - при сокращении домкрата, Для приподъема носовой часта оснований секции в процессе выдвижки крепи в передней серьге оснований встроен вертикальный плунжер, выдвижная часть которого взаимодействует с верхней поверхностью балки, опирающейся на почву.

Недостатком прототипа также является малая устойчивость става с движущимся по нему комбайном или стругом с точки зрения воспринятия опрокидывающего момента от реакции забоя на резцы. Причиной этому является недостаточная ширина базы между передней и задней опорой става на почву, в результате чего восстанавливающий момент от веса база и комбайна, равный произведению массы на расстояние от центра тяжести комбайна (и части рештаков) до задней опоры става, оказывается недостаточным для более активного резания. По этой причине комбайн вынужден работать при стружках 10...20 мм, а струг со стружками 30. . . 50 мм при скоростях движения 2...3 м/сек, т.е. в 3...5 раз хуже, чем оптимальные режимы.

Вторым недостатком прототипа является нерациональное использование домкрата передвижки секции крени с помощью штоковой полости двигательного домкрата, передний конец которого взаимодействует со ставом, а задний - с секцией крепи. В результате этого при выдвижке крепи создается малое усилие и насосная станция перенапрягается, а при подаче става, когда работает одновременно большое количество домкратов, подключены все поршневые полости домкратов, давление падает и насосная станция работает практически без нагрузки с чрезмерным расходом. Таким образом, в период выдвижки крепи не хватает давления, а в период подачи става - не хватает литража и объема бака.

Третьим недостатком прототипа является чрезмерно низкое расположение двигательного домкрата за балкой у почвы пласта. В результате этого при подаче става на забой возникает эффект "всплывания" базы, особенно при струговом исполнительном органе, а при выдвижке секции крепи ухудшаются условия выдвижки с подпором кровли, в особенности при работе на верхней раздвижке крепи по мощности пласта, т.к. равнодействующая сопротивления крепи при ее передвижке располагается в средней части высоты крепи, т.е. с существенным плечом по отношению к оси двигательного домкрата.

Четвертым недостатком прототипа является повышенное обнажение призабойной полосы кровли в случае стругового исполнительного органа. Подача става на забой и соответственно выемка угля производится фронтально на всю длину лавы и обнажение кровли соответственно растет одновременно по всей длине лавы, а выдвижка крепи производится только после выбора всего хода двигательных домкратов.

Естественно, что перед выдвижкой крепи по всей длине лавы образуется обнажение крепи, равное 300 мм, первоначальное, плюс 700 мм - ход домкратов, т. е. всего 1000 мм. В лучшем случае, при разбивке крепи на три группы по выдвижке, это обнажение может быть разбито на участки, но максимальное обнажение, равное тем же 1000 мм, при этом не уменьшается. При слабых кровлях такое обнажение может оказаться недопустимым.

Решаемая задача - повышение эффективности отбойки крепких углей крупными стружками, повышение эффективности выдвижки крепи и подачи става, органическое объединение крепи, става и исполнительного органа для совместного выполнения выемки и крепления кровли и управляемого движения по гипсометрии и мощности пласта.

Для решения поставленной задачи в крепи агрегатной, включающей секции, состоящие из верхняка с поворотной консолью, ограждение двух оснований с окном между ними, соединенных между собой передней серьгой с гидравлическим плунжером и задней серьгой, двух стоек и двух комплектов балансиров, став с передним и задним бортом и скребковым конвейером, секционные балки, соединенные с задним бортом става с шагом, равным шагу крепи, домкраты передвижения, соединяющие секции со ставом, секционные балки соединены с задним бортом става жестко, приподняты вместе с задним бортом выше поверхности почвы на величину клиренса по расчетной гипсометрии пласта и снабжены опорной лыжей до почвы с завального конца, образуя вместе со ставом единую опорную базу на всю ширину от переднего борта става, выполненного с опорной передней лыжей до заднего конца балки, снабженного задней опорной лыжей, домкраты передвижения соединены с секцией своим передним забойным концом, выполненным с передней серьгой и гидравлическим плунжером, а со ставом соединены своим задним, завальным концом через кронштейн хвостовой части балки, располагаясь над секционной балкой так, что выдвижка секции осуществляется поршневой полостью домкрата передвижения, а подача става на забой - с помощью штоковой полости, а линия действия усилия выдвижки крепи и подачи става, располагаясь выше балки, существенно удалена от почвы пласта.

Известны современные щитовые крепи работающие в комплексах со стругами челнокового типа, например, крепи MI46 или MI43 (51, имеющие одинаковую привязку к стругу.

Особенностью привязки крепи к стругу является необходимость выемки пласта с учетом изменения гипсометрии почвы пласта и изменения мощности пласта по длине очистного забоя, В комбайновых комплексах эта задача решается тем, что комбайн сопровождается машинистом, который, воздействуя на пульт управления комбайна, поднимает или опускает рукоять нижнего шнека, обрабатывающего почву пласта, или верхнего шнека, обрабатывающего кровлю.

Струговый исполнительный орган, движущийся с большой скоростью, не имеет на себе ни пульта управления, ни средств дифференцированной раздвижки почвенных и провельных резцов во время движения вдоль очистного забой. Для решения задачи дифференцированного управления по длине лавы процессом обработки почвы в струговых комплексах применяются так называемые угловые домкраты, расположенные между верхней частью заднего борта конвейера и балкой секции, которая шарнирно присоединена к нижней части заднего борта конвейера.

Недостатком схемы с угловым домкратом является необходимость большого пространства для его размещения, недостаточная жесткость и прочность этого чисто гидравлического замыкания, имеющего чрезмерную упругость в момент прохода струга с большими отжимающими усилиями, и трудность решения шарнирности присоединения балки к конвейеру в горизонтальной плоскости, когда необходимо работать с наклонной формой забоя в плане.

Решаемой задачей является уменьшение пространства для размещения механизма изменения утла наклона става относительно балки, обеспечение жесткости и прочности этого соединения в момент прохода струга и обеспечение одновременно шарнирности и присоединения балки к конвейеру в горизонтальной плоскости.

Для решения поставленной задачи в крепи агрегатной, включающей секции, состоящий из верхняка, ограждения, двух оснований с окном между ними, соединенных между собой передней серьгой с гидравлическим плунжером и задней серьгой, двух стоек и двух комплектов балансиров, став с передним и задним бортами и скребковым конвейером, секционные балки, соединенные с задним бортом става с шагом, равным шагу крепи, домкраты передвижения, соединяющие секции со ставом, секционная балка выполнена коробчатой формы, внутри которой размещен домкрат с клином, взаимодействующим с хвостовиком заднего борта става с возможностью перестановки угла наклона става относительно балки.

Благодаря такой конструкции достигается жесткость соединения балки со ставом в момент прохода струга, т.к. клиновое соединение не имеет упругости в обратном направлении (аспект самоторможения), не занимается призабойное пространство, так необходимое для размещения человека, осуществляющего управление ставом на "паевом" участке лавы, и сохраняется обычное соединение передней части балки к конвейеру с помощью вертикального шарнира для осуществления наклонной формы лавы в горизонтальной плоскости.

Известны современные щитовые крепи, работающие в комплексах со стругами, раздвигающимися по мощности пласта за счет телескопичности самого струга [6] .

Однако такие крепи не обеспечивают управление направлением выдвижки скалывателя, т.к. после распора верхняка и подхвата кровли направление выдвижки скалывателя не зависит от оператора.

Решаемой задачей является обеспечение активной отбойки угля крепью в зоне у кровли с учетом изменения (перемены) мощности пласта как в направлении подвигания забоя так и вдоль лавы.

Для решения поставленной задачи в крепи агрегатной, включающей секции, состоящие из верхняка, ограждения, оснований, стоек, став с направляющими для струга или комбайна, секционные балки и двигательные домкраты, согласно изобретению верхняк крепи выполнен с выдвижной управляемой консолью, снабженной скалывающими ножами, расположенными выше кровельных резцов струга в зависимости от изменения мощности пласта по длине лавы и в направлении подвигания забоя, верхняк снабжен поворотной консолью, которая крепится с помощью пальцев и поднимается к кровле с помощью двух домкратов, расположенных по бокам верхняка, при этом корпус выдвижной части установлен с возможностью перемещения в средней части поворотной консоли.

Благодаря такой конструкции достигается выемка верхней части пласта переменной мощности, которая не может быть обработана кровельными резцами струга, движущегося с большой скоростью и не имеющего средств оперативной раздвижности.

На фиг. 1 представлен общий вид крепи агрегатной, поперечное сечение, на фиг. 2 - вид в плане, на фиг. 3 - вариант выдвижной консоли со скалывающими ножами, на фиг. 4 - вариант балки с самотормозящим механизмом. Крепь представлена в сборе с исполнительным многоструговым органом АСБ в варианте с завальным расположением домкратов привода стругов, которые не имеют собственных средств изменения высоты резания почвенных и кровельных резцов по длине очистного забоя.

Крепь агрегатная состоит из секций крепи 1, става 2, секционных балок 3, соединенных с задним бортом става с постоянным шагом и двигательных домкратов 4. Крепь агрегатная имеет органическое соединение с исполнительным органом 5 комбайнового или стругового типа. На чертеже представлен исполнительный орган многостругового типа АСБ, включающий челноковые портальные струги 6, передний портал которого движется по переднему борту 7 става 2, а задний портал - по заднему (завальному) борту 8, внутри которого размещены двигательные домкраты 9 с тягами 10 привода струга.

Каждая секция крепи состоит из верхняка 11 с поворотной консолью 13, ограждения 13 на всю ширину секции, двух оснований 14 с шириной менее полусекции разнесенных вправо и влево на ширину окна между основаниями, определяемого двумя серьгами: передней 15 и задней 16, двух стоек 17 и двух комплектов балансиров 18, соединяющих каждое из оснований с общим верхняком и ограждением 13. Передняя серьга 15 соединена с каждым основанием 14 пальцами 19 и имеет в средней своей часта гидравлический плунжер 20, выдвижная часть которого 21 направлена вниз и взаимодействует с верхней плоскостью балки 3, располагающейся в окне между основаниями 14. С задней стороны серьги, на цилиндре 28 имеются поушины 22 с горизонтальным пальцем 23, на котором крепится двигательный домкрат 4 своим передним забойным концом (цилиндром, например). Задний завальный конец домкрата 4 (штоковый, например) крепится к заднему завальному концу балки 3, на котором предусмотрен специальный кронштейн 24, обеспечивающий облегченную оборку в труднодоступной зоне и задающий повышенное от почвы расположение двигательного домкрата и обеспечивающий схему, при которой выдвижка крепи к забою осуществляется поршневой полостью домкрата при его раздвижке. Поворотная консоль 12 верхняка 11 крепится с помощью двух пальцев 25 и поджимается к кровле с помощью двух угловых домкратов 26, расположенных по бокам верхняка 11 (по оси полусекций). В средней части поворотной консоли 12 образовано продольное окно 27, внутри которого движется корпус выдвижной консоли 28, приводимой в в движение с помощью домкрата 29 выдвижки консоли, расположенного за выдвижным пеналом в зоне основного верхняка 11. При этом палец 30 крепления домкрата 29 на выдвижной консоли 28 и на основном верхняке выполнен в горизонтальной плоскости, что обеспечивает выдвижку консоли независимо от угла поворота консоли 12.

В качестве варианта исполнения выдвижная консоль 28 может быть снабжена скалывающими ножами 31 для скола подкровельной пачки угля при переменной мощности пласта по длине очистного забоя в том случае, если выемочный орган не имеет средств выемки пласта с переменной мощностью.

Став крепи 2 имеет передний борт 7, выполненный в виде передней лыжи 32, опирающийся на почву и задний борт 8, приподнятый над почвой и имеющий две мощные, разнесенные по высоте проушины 33 и 34, обеспечивающие жесткое в поперечном сечении (шарнирное в плане) соединение става с балкой 3 с помощью вертикального пальца 35. Балка 3 также приподнята над почвой на размер расчетного (по условиям заданной гипсометрии почвы) клиренса, заданного высотой лыжи 36, расположенной на хвостовой части балки 3. Таким образом обеспечивается предельное расширение длины опорной базы на почву для увеличения восстанавливаемого момента для резания по груди забоя с форсированными режимами при крепких углях и крупной стружке. Для передачи больших зигибающих моментов от резания и от прижимного усилия на балку со стороны гидравлического плунжера 20 сечение балки 3 принято коробчатым, с возможностью встройки в нее механизма для варианта использования стругов не имеющих собственных средств регулирования высоты почвенных резцов для отработки пластов с переменной гипсометрией почвы по длине очистного забоя.

В качестве варианта исполнения балки внутри нее встраивается домкрат 37, закрепленный пальцем 38, клин 39 и 40, связанные со штоком пальцем 41, а обойма 42 пальца 35 снабжена хвостовиком 43, обеспечивающим самотормозящую перестановку угла наклона заднего борта става 2 относительно балки 3.

Крепь агрегатная работает следующим образом.

Исполнительный орган интенсивного скола снимает стружку угля большого сечения и грузит уголь на конвейер. Отжимающее усилие от работающих резцов создает на ставе опрокидной момент, существенно превышающий традиционный восстанавливающий момент, равный весу режущего органа, с учетом нескольких рештаков, помноженному на расстояние до задней опоры става (примерно 0,5 м).

Согласно изобретению этот восстанавливающий момент существенно увеличен (плечо до задней опоры балки примерно до 3,5 м т.е. в семь раз, и дополнительный прижим балки гидравлическим плунжером 20 примерно 60 т на плече 1,5 м, т.е. дополнительно в 3 раза) в общей сложности, примерно в 20 раз.

При исполнительном органе типа АСБ со стружкой порядка 200 мм после выемки цикла на 200 мм передвигается став на забой. При этом одновременно на 200 мм передвигаются выдвижные консоли 28. Величина подачи жидкости в штоковые полости домкратов 4 задается оператором, например, с применением порционеров на входе в штоковые полости. Выдвижка консолей может быть синхронизирована за счет последовательного питания поршневой полости домкратов 29 от поршневой полости домкрата 4 или вручную при работе со сколом ножами 31.

После передвижки става и подхвата обнажившейся кровли цикл выемки повторяется, и так три раза до выбора ходов двигательных домкратов 4. В варианте отбойки угля исполнительным органом УСБ, который не имеет средств перестановки почвенных резцов по гипсометрии почвы, в нужных местах по длине лавы производится перестановка механизмов самоторможения угла наклона става с применением системы дистанционного управления положением домкратов 37, в результате чего став скручивается по длине лавы в пределах межсекционных лифтов по программе в соответствии с изменением гипсометрии пласта по длине лавы, и по мере подвигания соответственно искривляется поверхность почвы, обрабатываемая стругом.

Преимущества, достигаемые применением изобретения, заключаются в том, что увеличивается активность удержания крепью системы става с направляющими и исполнительного органа примерно в 20 раз, что снимает ограничения с режимов отбойки угля при крепких породах и позволяет снимать стружу угля большого сечения с меньшей энергоемкостью, с меньшими скоростями резания, меньшим пылеобразованием, шумом и с улучшенной сортностью добываемого угля.

Улучшаются условия выдвижки крепи за счет работы поршневыми полостями домкратов и уменьшается литраж для подачи става всем фронтом за счет использования штоковых полостей домкратов.

Улучшается положение равнодействующей при выдвижке крепи с подпором кровли и при подаче става.

Обеспечивается стопроцентная затяжка кровли при выемке угля за счет применения выдвижных верхняков.

Обеспечивается струговая выемка угля по гипсометрии и мощности пласта, переменной на длине очистного забоя.

Согласно изобретению получаемый эффект легко может быть распространен на существующие серийные крепи без изменения основных конструктивных узлов этих крепей.

Источники информации принятые во внимание
1. Оборудование для механизации очистных работы в угольных шахтах. Недра, М, 1972, стр. 97, рис. 11-I9.

2. А. А. Орлов, С. Г. Бабанов, Б.К. Мышляев "Крепление и управление кровлей в комплексно-механизированных забоях" стр. 219, рис. 9.1, стр. 234, рис. 9.2.

3. Там же, стр. 251, рис. 9.3
4. Секция крепи MI46.05.00.000, М., Гипроуглемаш, Арх. N 3105-120, 1993
5. См. п. 2, стр. 265, рис. 9.4-б
6. Авторское свидетельство СССР N 1654586, кл. E 21 D 23/06, 07.06.91т

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для подземной разработки угольных и других пластовых месторождений. Крепь агрегатная включает секции, состоящие из верхняка с поворотной консолью, ограждения, двух оснований с окном между ними, соединенных между собой передней и задней серьгами, двух стоек и двух комплектов балансиров, став с передним и задним бортами, секционные балки, соединенные с задним бортом става с шагом, равным шагу крепи, домкраты передвижения, соединяющие секции со ставом. Секционные балки соединены с задним бортом жестко, приподняты вместе с задним бортом выше поверхности почвы на величину клиренса для расчетной гипсометрии пласта и снабжены лыжей на завальном конце балки, образуя вместе со ставом единую опорную базу на всю ширину от переднего борта става, выполненного с опорной передней лыжей до заднего конца балки, снабженного задней лыжей. Домкраты передвижения своим передним концом соединены с секцией, а задним завальным концом связаны с кронштейном секционной балки, располагаясь над балкой так, что выдвижка секции осуществляется поршневой полостью домкрата передвижения, а подача става на забой - с помощью штоковой полости, а равнодействующая усилия выдвижки крепи и подачи става располагается выше балки и существенно удалена от почвы пласта. При другом варианте выполнения короб секционной балки использован для размещения в нем домкрата и клиньев, взаимодействующих с хвостовиком заднего борта става, обеспечивающих самотормозящую перестановку угла наклона става. При третьем варианте выполнения выдвижные консоли верхняков снабжены скалывающими ножами, а кровельные резцы струга расположены ниже скалывающих ножей, причем верхняк имеет поворотную консоль, которая крепится пальцами и поджимается к кровле домкратами, расположенными по бокам верхняка, а корпус выдвижной части установлен с возможностью перемещения в средней части поворотной консоли. Благодаря такому устройству достигается повышение эффективности выемки и крепления, увеличение режимов резания, степени затяжки кровли, органическое объединение крепи, става и рабочего органа для совместного выполнения операций добычи, крепления и движения по гипсометрии и мощности пласта. 3 с.п.ф-лы, 4 ил.

1. Крепь агрегатная, включающая секции, состоящие из верхняка, с поворотной консолью, ограждения, двух оснований с окном между ними, соединенных между собой передней серьгой с гидравлическим плунжером, и задней серьгой, двух стоек и двух комплектов балансиров, став с передним и задним бортами и скребковым конвейером, секционные балки, соединенные с задним бортом става с шагом, равным шагу крепи, домкраты передвижения, соединяющие секции со ставом, отличающаяся тем, что секционные балки соединены с задним бортом става жестко, приподняты вместе с задним бортом выше поверхности почвы на величину клиренса по расчетной гипсометрии пласта и снабжены опорной лыжей до почвы с завального конца, образуя вместе со ставом единую опорную базу на всю ширину от переднего борта става, выполненного с опорной передней лыжей, до заднего конца балки с задней опорной лыжей, а домкраты передвижения соединены своим передним забойным концом с секцией крепи с передней серьгой и гидравлическим плунжером, а со ставом соединены своим задним, завальным концом через кронштейн на хвостовой части балки, располагаясь над секционной балкой так, что выдвижка секции осуществляется поршневой полостью домкрата передвижения, а подача става на забой - с помощью штоковой полости, а линия действия усилия выдвижки крепи и подачи става, располагаясь выше балки, удалена от почвы пласта. 2. Крепь агрегатная, включающая секции, состоящие из верхняка, ограждения, двух оснований с окном между ними, соединенных между собой передней серьгой с гидравлическим плунжером и задней серьгой, двух стоек и двух комплектов балансиров, став с передним и задним бортами и скребковым конвейером, секционные балки, соединенные с задним бортом става с шагом, равным шагу крепи, домкраты передвижения, соединяющие секции со ставом, отличающаяся тем, что секционная балка выполнена коробчатой формы, внутри которой размещен домкрат с клином, взаимодействующий с хвостовиком заднего борта става с возможностью перестановки угла наклона става относительно балки. 3. Крепь агрегатная, включающая секции, состоящие из верхняка, выполненного с выдвижной консолью, снабженной скалывающими ножами, ограждения, основания, стоек, став с направляющими для струга или комбайна, секционные балки и двигательные домкраты, отличающаяся тем, что верхняк снабжен поворотной консолью, которая крепится с помощью пальцев и поджимается к кровле с помощью двух домкратов, расположенных по бокам верхняка, при этом корпус выдвижной части установлен с возможностью перемещения в передней части поворотной консоли.