ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ОРГАН ГОРНОЙ МАШИНЫ Российский патент 1999 года по МПК E21C25/10 E21C35/22 E21F5/00 

Изобретение относится к горной промышленности, преимущественно к угольной, и может быть использовано в горных машинах, в основном очистных комбайнах, предназначенных для выемки угля с обеспечением безопасных и здоровых условий труда шахтеров.

Известен очистной комбайн с эжекторной системой пылеподавления (А.с. СССР N1214918, E 21 C 27/02, 35/22, опубл. 1990 г.), включающий исполнительные органы, систему орошения и дополнительное устройство для пылеподавления, состоящее из эжектора со всасывающими и выходными отверстиями, расположенными по его концам, и оросителя, при этом эжектор установлен своей продольной осью параллельно оси комбайна на механизме подачи между исполнительными органами.

Недостатком этого комбайна является большие удаление эжектора от источников метановыделения и пыле- и искрообразования, что снижает эффективность проветривания, пылеподавления и пылевзрывозащиты кутковой зоны в процессе разрушения горного массива исполнительными органами (шнеками).

Известно также устройство для удаления и улавливания пыли и газов, образующихся при работе очистного комбайна (а.с. СССР N1810533 A1, E 21 C 35/22, опубл. 1993 г.), включающее концентрично расположенную в полости приводного вала каждого шнека полую державку для подачи воды, на одном конце которой установлен коллектор с оросителями, и кольцевую полость, образованную обечайкой и ступицей шнека, при этом державка неподвижно закреплена другим концом в поворотном редукторе, причем оросители размещены в кольцевой полости, а обечайка и ступица шнека соединены между собой посредством ребер.

Несмотря на то что в этом устройстве по сравнению с вышеприведенным аналогом эжекторы приближены к источникам метановыделения и пыле- и искрообразования, проветривание, пылеподавление и пылевзрывозащита кутковой зоны все же недостаточны для обеспечения безопасных и здоровых условий труда шахтеров.

Наиболее близким по технической сущности является исполнительный орган горной машины (патент Германии DE 4230678 A1, E 21 C 25/10, 35/22 и E 21 F 5/00, опубл. 1994 г.), включающий корпус с закрепленными на нем резцедержателями, в каждом из которых выполнен продольный канал с размещенной в нем державкой с резцом, приспособления для фиксации резцов в резцедержателях, лобовину корпуса, в которой выполнены поперечные каналы для эжекции воздуха, оросители, каждый из которых расположен позади соответствующего резца и направлен в сторону его режущей кромки, каналы для подвода орошающей жидкости.

Этому исполнительному органу присуща слабая эжекция воздуха через поперечные каналы, поскольку сечение каналов для подачи орошающей жидкости к режущей кромке резца заужено, что препятствует необходимому подсосу вышеуказанного воздуха и достаточно свободному его истечению.

Технической задачей, решаемой данным изобретением, является повышение эффективности проветривания, пылеподавления и пылевзрывозащиты в зоне разрушения за счет создания вихревого вращения орошающей жидкости и необходимого подсоса свежего воздуха, подаваемого в зону разрушения.

Задача решается тем, что исполнительный орган горной машины содержит корпус с закрепленными на нем резцедержателями, в каждом из которых выполнен продольный канал с размещенной в нем державкой с резцом, приспособления для фиксации резцов в резцедержателях, лобовину корпуса, в которой выполнены поперечные каналы для эжекции воздуха, оросители, каждый из которых расположен позади соответствующего резца и направлен в сторону его режущей кромки, каналы для подвода орошающей жидкости, снабжен полыми вставками, каждая из которых размещена внутри соответствующего поперечного канала, сообщенного с тангенциальным каналом, выполненным в лобовине, причем наружная поверхность вставки имеет ступенчатую форму, при этом часть вставки с большим наружным диаметром жестко установлена в поперечном канале, а часть вставки с меньшим наружным диаметром расположена со стороны выхлопной части поперечного канала и образует с его стенками кольцевой канал, соединенный с каналом для подвода орошающей жидкости посредством тангенциального канала, причем длина вставки короче длины поперечного канала, длина кольцевого канала определена местоположением сопряжения тангенциального и поперечного каналов, а указанное сопряжение выполнено с возможностью создания вращения орошающей жидкости сонаправлено с вращением корпуса.

Кроме того, наружная поверхность части вставки с меньшим диаметром выполнена в виде усеченного конуса, обращенного в сторону выхлопной части поперечного канала, а вставка снабжена решетчатым ограждением, размещенным на торцевой поверхности со стороны, противоположной выхлопной части поперечного канала, при этом решетчатое ограждение выполнено из упругого материала и имеет, по крайней мере, одну перегородку.

Обоснование для достижения положительного эффекта от изобретения с помощью отличительных признаков следующее.

1. Снабжение поперечного канала вставкой с внутренней полостью (при этом поперечный канал имеет тангенциальный канал для подвода орошающей жидкости) позволит создать вихревое спиральное вращение орошающей жидкости вокруг продольной оси поперечного канала. Такое вращение обеспечит необходимый подсос свежего воздуха через внутреннюю полость вставки и подачу его в труднопроветриваемую застойную (кутковую) зону разрушения газоносного угольного пласта с целью разжижения повышенной концентрации опасного по взрывам газа, например, метана.

2. Выполнение наружной поверхности вставки ступенчатой формы и жесткая установка в поперечном канале той части вставки, которая имеет больший диаметр, позволит образовать со стенками поперечного канала кольцевой канал. Длина кольцевого канала определится расстоянием от ступени (местоположения сопряжения тангенциального и поперечного каналов) до конца вставки. Длина кольцевого канала играет важное значение в создании вихревого спирального вращения орошающей жидкости и необходимого подсоса свежего воздуха.

3. Выполнение вставки с длиной короче длины поперечного канала, а также выполнение наружной поверхности части вставки с меньшим диаметром в виде усеченного конуса, обращенного в сторону выхлопной части поперечного канала, обусловлены необходимостью создания вихревой воронки и факела диспергированной орошающей жидкости в пределах поперечного канала или в непосредственной близости от него (на его выходе) с целью необходимого подсоса свежего воздуха для разжижения повышенной концентрации метана и подавления пыли водовоздушной смесью в кутковой зоне разрушения пласта - в зоне с ограниченным объемом (пространством) между лобовиной корпуса и линией забоя, т.е. поверхность обнажения пласта. Расстояние между лобовиной и поверхностью обнажения определено условиями расположения резцов и режущих кромок и колеблется в пределах 30-60 мм в зависимости от диаметра исполнительного органа. Диаметр исполнительного органа влияет и на соотношение диаметра и длины поперечного канала. Если это соотношение находится в пределах более 0,5-0,6, то наружная поверхность части вставки с меньшим диаметром должна иметь усеченный конус, обращенный в сторону выхлопной части поперечного канала. Усеченный конус способствует образованию вихревой воронки на более коротком расстоянии от вставки.

Более эффективное подавление пыли в зоне с ограниченным объемом достигается за счет гравитационной и тепловой коагуляции (слипания), при этом грубые фракции пыли осаждаются в основном благодаря гравитационной коагуляции, а тонкодисперсные, в том числе и респирабельные фракции - благодаря тепловой коагуляции. Скорость слипания тонкодисперсных частиц пыли зависит главным образом от концентрации тумана, т.е. его пересыщения. Если эта концентрация достаточно велика - эффект будет значительным, поэтому в дополнение к орошению кромки резцов в процессе разрушения пласта предлагается новое техническое решение как с целью разжижения метана, так и с целью повышения эффективности пылеподавления с использованием конденсационного метода для осаждения рудничной пыли.

4. Выполнение сопряжения тангенциального и поперечного каналов с возможностью создания вращения орошающей жидкости сонаправлено с вращением корпуса и позволит увеличить вихревое спиральное вращение орошающей жидкости вокруг продольной оси поперечного канала и повысить эффективность как подсоса свежего воздуха, так и подавления пыли.

Решетчатое ограждение предотвратит попадание крупных кусков горной породы в полость вставки. Выполнение ограждения из упругого материала, например, проволоки пружинной или проволоки спицевой, позволит придать ему податливость (пружинность).

5. В известных технических решениях отличительные признаки в таком сочетании и взаимосвязи не обнаружены.

Сущность исполнительного органа горной машины поясняется графическими изображениями, где на фиг.1 показана часть исполнительного органа с лобовиной и лопостями; на фиг. 2 - часть лобовины с поперечными каналами; на фиг.3 - принципиальная схема устройства системы подсоса свежего воздуха и орошения кромки резца; на фиг. 4 - узел А фиг.1 (разрез вставки в поперечном канале); на фиг.5 - узел Б фиг.2 (вид А-А фиг.4); на фиг.6 - вариант выполнения поперечных каналов в лобовине исполнительного органа большого диаметра; на фиг.7 - вариант выполнения устройства подсоса свежего воздуха в резцедержателе с круглой державкой; на фиг.8 - вариант выполнения устройства подсоса свежего воздуха в резцедержателе с прямоугольной державкой; на фиг.9 - вид В-В фиг. 8.

Исполнительный орган горной машины включает корпус 1 с закрепленными на нем резцедержателями 2, в каждом из которых выполнен продольный канал 3 с размещенной в нем державкой 4 с резцом 5, приспособления 6 для фиксации резцов в резцедержателях, лобовину 7 корпуса, в которой выполнены поперечные каналы 8 для эжекции воздуха, оросители 9, каждый из которых расположен позади соответствующего резца и направлен в сторону его режущей кромки 10, каналы 11 и 12 для подвода орошающей жидкости. При этом исполнительный орган снабжен полыми кольцевыми вставками 13, каждая из которых размещена внутри соответствующего поперечного канала, сообщенного с тангенциальным каналом, выполненным в лобовине. Наружная поверхность 14 вставки имеет ступенчатую форму 15 (см. фиг. 4 и 9). Часть 16 вставки с большим наружным диаметром жестко установлена в поперечном канале, а часть 17 вставки с меньшим наружным диаметром расположена со стороны выхлопной части 18 поперечного канала и образует с его стенками кольцевой канал 19, соединенный с каналом 11 для подвода орошающей жидкости посредством тангенциального канала 20. Длина l₁ (см. фиг. 9) вставки короче длины l₂ поперечного канала. Длина l₃ кольцевого канала определена местоположением сопряжения 21 тангенциального и поперечного каналов. Сопряжение расположено рядом со ступенью 15. Указанное сопряжение выполнено с возможностью создания вращения орошающей жидкости (направление вращения жидкости обозначено стрелкой 22) и сонаправлено с вращением корпуса (направление вращения корпуса обозначено стрелкой 23) (см. фиг.3 и 6). Наружная поверхность части вставки с меньшим диаметром может быть выполнена в виде усеченного конуса 24, обращенного в сторону выхлопной части 18 поперечного канала. Вставка снабжена решетчатым ограждением 25 (см. фиг. 4, 5 и 9), размещенным на торцевой поверхности 26 со стороны 27, противоположной выхлопной части 18 поперечного канала (со стороны входа в полость 28 вставки). Для придания податливости решетчатое ограждение может быть выполнено из упругого материала, например пружинной проволоки, и имеет одну или несколько перегородок 29. Исполнительный орган имеет лопасти 30, а своей лобовиной 7 образует с поверхностью обнажения пласта, т.е. линией забоя, ограниченный объем (ограниченное пространство) 31 (см. фиг. 1).

Исполнительный орган горной машины работает следующим образом.

В процессе работы исполнительного органа орошающая жидкость поступает в канал 11 (см. фиг. 1, 3, 4, 5 и 6) и далее по тангенциальному каналу 20 и каналу 12 соответственно в поперечный канал 8 и к оросителю 9. Поскольку в поперечный канал орошающая жидкость поступает по тангенциальному каналу, то в кольцевом канале 19 (см. фиг. 4 и 9) создается спиральное вращение жидкости в направлении к выхлопной части 18 поперечного канала. На выходе или в пределах поперечного канала 8 образуется вихревая воронка, благодаря которой создается на входе полости 28 вставки 13 в пределах ограждения 25 подсос свежего воздуха и обеспечивается подача его в труднопроветриваемую кутковую зону разрушения газоносного угольного пласта с целью разжижения повышенной концентрации опасного по взрывам газа, например метана. В процессе смешения орошающей жидкости и свежего воздуха образуется водовоздушная смесь, которая, ударяясь о поверхность обнажения пласта, в ограниченном объеме 31 превращается в пересыщенный туман. Эффективность подавления пыли таким туманом очень высокая, поскольку не зависит от природы поверхности тонкодисперсных частиц пыли.

Экспериментальная проверка системы эжекции воздуха в лабораторных условиях, а также анализ экспериментальных данных литературных источников по данному вопросу показали, что по сравнению с ближайшим аналогом предлагаемое изобретение за счет конструктивного выполнения, сочетания и взаимосвязи отличительных признаков имеет преимущества, выражающиеся:
1) в эффективном проветривании кутковой зоны разрушения и обнажения пласта, которая является основным источником их воспламенения и взрыва;
2) в эффективном подавлении пыли путем создания в ограниченном пространстве плотного пересыщенного тумана. Процесс конденсации рудничной влаги на взвешенных частицах пыли в условиях пересыщенного тумана протекает сам собой, поскольку в ограниченном пространстве между лобовиной исполнительного органа и поверхностью обнажения пласта относительная влажность воздуха составляет 100%, а критическое пересыщение (минимальное пересыщение), с наступлением которого начинается неограниченный рост капельки на пылинке, достигается для некоторых видов пыли уже при относительной влажности 78%. Критическое пересыщение для нерастворимых ядер конденсации, какими являются пылинки, определяется их размерами, и в первую очередь конденсация происходит на тонкодисперсных фракциях пыли, особенно респирабельных, наиболее пневмоконизоопасных для здоровья шахтеров частицах пыли менее 5 мкм. Система эжекции воздуха работоспособна при напоре орошающей жидкости (воды) 0,5 МПа и более.

Базовый объект (журнал "Уголь", 1996 г., N5, с.30) содержит исполнительные органы очистных комбайнов К-800 и К-900 с системой высоконапорного орошения с применением оросителей и насадок. Система эжекционного проветривания кутковой зоны отсутствует, поэтому концентрация метана и тонкодисперсных фракций пыли в процессе разрушения горного массива относительно велика.

Предлагаемый исполнительный орган горной машины устраняет недостатки ближайшего аналога и тем более базового объекта. Выполнение в лобовине корпуса шнека поперечных каналов с вставками и тангенциальными каналами для подвода орошающей жидкости позволит осуществить одновременно эффективное проветривание кутковой зоны и эффективное подавление пыли с обеспечением безопасных и здоровых условий труда шахтеров.

Изобретение относится к горному делу и может использоваться в очистных комбайнах для выемки угля. Оно обеспечивает повышение эффективности проветривания, пылеподавления и пылезащиты в зоне разрушения. Исполнительный орган горной машины имеет корпус с закрепленными на нем резцедержателями, в каждом из которых выполнен продольный канал с размещенной в нем державкой с резцом, приспособления для фиксации резцов в резцедержателях, лобовину корпуса, в которой выполнены поперечные каналы для эжекции воздуха, оросители, каждый из которых расположен позади соответствующего резца и направлен в сторону его режущей кромки, каналы для подвода орошающей жидкости, полые вставки, каждая из которых размещена внутри соответствующего поперечного канала, сообщенного с тангенциальным каналом, выполненным в лобовине. Наружная поверхность вставки имеет ступенчатую форму. Часть вставки с большим наружным диаметром жестко установлена в поперечном канале, а часть вставки с меньшим наружным диаметром расположена со стороны выхлопной части поперечного канала и образует с его стенками кольцевой канал, соединенный с каналом для подвода орошающей жидкости посредством тангенциального канала с возможностью вращения орошающей жидкости. 3 з.п.ф-лы, 9 ил.

1. Исполнительный орган горной машины, включающий корпус с закрепленными на нем резцедержателями, в каждом из которых выполнен продольный канал с размещенной в нем державкой с резцом, приспособления для фиксации резцов в резцедержателях, лобовину корпуса, в которой выполнены поперечные каналы для эжекции воздуха, оросители, каждый из которых расположен позади соответствующего резца и направлен в сторону его режущей кромки, каналы для подвода орошающей жидкости, отличающийся тем, что он снабжен полыми вставками, каждая из которых размещена внутри соответствующего поперечного канала, сообщенного с тангенциальным каналом, выполненным в лобовине, причем наружная поверхность вставки имеет ступенчатую форму, при этом часть вставки с большим наружным диаметром жестко установлена в поперечном канале, а часть вставки с меньшим наружным диаметром расположена со стороны выходной части поперечного канала и образует с его стенками кольцевой канал, соединенный с каналом для подвода орошающей жидкости посредством тангенциального канала, причем длина вставки короче длины поперечного канала, длина кольцевого канала определена местоположением сопряжения тангенциального и поперечного каналов, а указанное сопряжение выполнено с возможностью создания вращения орошающей жидкости сонаправлено с вращением корпуса. 2. Исполнительный орган горной машины по п.1, отличающийся тем, что наружная поверхность части вставки с меньшим диаметром выполнена в виде усеченного конуса, обращенного в сторону выхлопной части поперечного канала. 3. Исполнительный орган горной машины по п.1, отличающийся тем, что вставка снабжена решетчатым ограждением, размещенным на торцевой поверхности со стороны, противоположной выхлопной части поперечного канала. 4. Исполнительный орган горной машины по пп.1 - 3, отличающийся тем, что решетчатое ограждение выполнено из упругого материала и имеет по крайней мере одну перегородку.