ПРОХОДЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС Российский патент 2001 года по МПК E21C27/24 E21D9/10 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности, к средствам механизации проведения и крепления горных выработок.

Известен проходческий комбайн с навесным бурильным оборудованием, которое состоит из телескопической бурильной головки, стреловидного универсального манипулятора, маслостанции, пульта управления с регулирующей и распределительной гидроаппаратурой и рукавов гидросистемы [1].

Недостатком такого комбайна является: невозможность выбора оптимального места крепления из-за фиксированного положения бурильного оборудования; работа бурильной установки возможна только при остановленном комбайне из-за динамических нагрузок, возникающих при его работе; последовательное выполнение операций по бурению скважин и установке элементов крепи как анкерной, так и рамной; бурильная головка только одна, продолжительное время настройки бурильной головки на точку бурения согласно паспорта крепления.

Известен проходческий комплекс, включающий проходческий комбайн на гусеничном ходу со стреловидным рабочим органом, поворотное устройство, грузчик с конвейером, пылеотсасывающую установку и крепильщик [2]. Крепильщик состоит из распорной балки, взаимосвязанной с корпусом комбайна, цилиндров распора с опорными лыжами, укосин, раздвижных опор, бурильных станков, расположенных с двух сторон относительно корпуса комбайна, манипуляторов, регулируемой тяги, индивидуальных пультов управления бурильными станками.

Недостатками такого комплекса являются: при слабой кровле или в зонах геологических нарушений невозможно применение бурильных станков непосредственно в забое без опережающего крепления анкерной крепью; форма сечения выработки определенная; при селективной выемке угля, когда невозможна обработка комбайном крепкой породы, требуется дополнительно буровая каретка или установка, что загромождает забой; и технология проведения выработки малоэффективна из-за попеременного расположения забойного оборудования в забое, что возможно только в выработках с соответствующим увеличенным сечением; ограниченное количество бурильных станков в линии крепления 2; индивидуальное управление бурстанками, распор балкой непосредственно в кровлю приводит к ее "топтанию" из-за значительных суммарных усилий при бурении скважин.

Задачей изобретения является повышение эффективности бурения скважин (шпуров) для анкерного крепления и буровзрывных работ при проведении горных выработок проходческими комбайнами в различных горно-геологических условиях, повышение производительности, увеличение скорости.

Для решения поставленной задачи проходческий комплекс включает проходческий комбайн с рабочим органом, распорной балкой с цилиндром распора, конвейером и манипуляторами со средствами бурения и анкерования, при этом манипуляторы связаны, например, с распорной балкой с возможностью поворота посредством вала, закрепленного на ней передним концом, задний конец которого закреплен с устройством поворота на раздвижных опорах, при этом вал связан с манипуляторами через подвижный стакан с неподвижным и подвижным шаблонами, имеющими регулируемые поперек оси, например, по окружности опоры для крепления манипуляторов, и с устройствами подачи стакана относительно вала и подвижного шаблона относительно стакана, выполняя функции одновременной общей подачи нескольких бурильных головок к точкам бурения по шаблону согласно паспорту крепления и БВР при проведении горных выработок.

Манипуляторы выполнены в виде параллелограммов, у которых одна общая сторона закреплена на подвижном шаблоне и соединена регулируемой тягой с подвижным шаблоном, стороны которых в исходном положении параллельны оси вала крепильщика и расположены в пределах его длины. Шаблоны снабжены регулируемыми опорами с фиксаторами. Вал выполнен полым и соединен с отсасывающей установкой посредством патрубка.

Такое выполнение позволяет: одновременную общую подачу по шаблону поворотно-захватных устройств с бурильными головками - к точкам бурения скважин, с элементами рамной крепи - к месту их установки; компактное размещение забойного оборудования; выбрать оптимальное место крепления выработки в зависимости от устойчивости кровли, исключить эффект "топтания" кровли, обеспечить самоцентрирование крепильщика относительно оси выработки.

На фиг. 1, 2 изображен предлагаемый проходческий комплекс, вид сбоку, А - в рабочем положении, Б - в транспортом положении, на фиг. 3, 4 то же, вид спереди; на фиг. 5 то же, вид сверху; фиг. 6 - вид сбоку; на фиг. 7, 8, 9 соответственно разрезы по А-А, Б-Б и С-С фиг. 6.

Проходческий комплекс состоит из комбайна и крепильщика. В комбайн входит рабочий орган 1, грузчик 2, поворотное устройство 3, рама конвейера 4, вентиляционный став пылеотсоса 5, пульт управления 6. Крепильщик, фиг. 4, состоит из полого вала 7, стакана 8, неподвижного на стакане шаблона 9, подвижного на стакане шаблона 10, цилиндров подачи 11, гидродвигателя с фиксатором 12, зубчатой рейки на валу 13, устройства поворота вала с цилиндром 14, букса 15, патрубка 16. Манипуляторы крепильщика состоят из сторон двух параллелограммов: основных 17, 18, 19, из которых 17 общая, фиг. 4, вспомогательной регулируемой стороны 20, регулируемой тяги 21 с цилиндром настройки 26, образуя в основании треугольник с изменяющейся стороной по длине вдоль оси вала за счет взаимосвязи подвижного шаблона с цилиндром подачи 11. Обеспечение манипулятора вспомогательной регулируемой стороной 20 обеспечивает автоматический разворот бурильной головки со штангой из параллельного положения относительно вала в положение под заданным углом к кровле выработки. Манипуляторы снабжены поворотно-захватными устройствами 22, которые взаимосвязаны с бурильными головками 23, или элементами рамной крепи 28, фиг. 2. Поворотно-захватные устройства 22 снабжены гидропатронами, поршневые полости которых соединены гидрошлангами для перетока жидкости, что обеспечивает с учетом неровностей бортов выработки необходимое автоматическое поджатие люнетов бурильных головок в точках бурения при перемещении подвижного шаблона. Подвижный и неподвижный шаблоны снабжены регулируемыми опорами 24 для крепления манипуляторов с фиксаторами 25, фиг. 5. Опоры взаимосвязаны с общими сторонами 17 параллелограммов манипуляторов шарнирно, настроены на определенное расположение бурильных головок согласно паспорта крепления выработки анкерной крепью, паспорта буровзрывных работ или элементов рамной крепи, что достигается возможностью перемещения опор 24 в направляющих 35, фиг. 5 по С-С, например по окружности к оси вала крепильщика с последующей фиксацией фиксаторами 25. Регулируемыми тягами 21 настраиваются путем сокращения или раздвижки цилиндров настройки 26 поворотно-захватные устройства на определенную форму сечения как выработки, так и забоя. Шаблоны снабжены кронштейнами 27 крепления цилиндров подачи, общих для всех манипуляторов (бурильных головок). Вал крепильщика имеет два варианта крепления: через буксы 15 закреплен спереди на поворотном устройстве 3 комбайна, сзади на раме конвейера 4, при этом возможно только последовательное выполнение операций по отбойке и креплению; или опирается на распорную балку 29, цилиндры распора 30 с опорными лыжами 31 и цилиндра регулировки 32 и сзади через дополнительно установленные раздвижные опоры 33, при этом обеспечивается совмещение операций по отбойке и креплению. Выбор варианта зависит от устойчивости кровли и принятой технологии проведения горной выработки. При втором варианте обеспечивается регулировка крепильщика относительно комбайна и оси выработки цилиндром регулировки 32 и снятие динамических нагрузок при работе комбайна на крепильщик. Свободное расположение вала на распорной опоре в необходимых пределах позволяет опорное устройство 34, выполненное в виде поверхности качения с двумя ребордами, компенсировать смещение вала крепильщика относительно осей выработки и комбайна, т.е. обеспечить самоцентрирование крепильщика относительно оси выработки при распоре захватно-поворотных устройств в борта и кровлю выработки. Вентиляционный став 5 пылеотсасывающей установки комбайна соединен с валом бурильной установки патрубком 16.

Проходческий комплекс работает следующим образом:
а) при проведении выработок в зонах с неустойчивой кровлей и горно-геологических нарушений (неблагоприятные условия). После обработки забоя рабочим органом 1 на величину шага крепления выработки и зарубки на следующую вынимаемую полосу бурильные головки 23 цилиндрами подачи 11 путем сокращения подаются (манипуляторы из транспортного положения раскрываются в рабочее одновременного) с пульта управления 6 к точкам бурения шпуров под анкерную крепь до их распора к бортам и кровле выработки по линии забоя. Бурильные головки 23 при этом расположены наклонно к забою и в зону действия рабочего органа не попадают (фиг. 1, 2), не препятствуют работе рабочего органа комбайна по отбойке, а погрузочному органу 2 по погрузке горной массы. Путем дистанционного включения с пульта управления 6 бурильных головок бурятся шпуры с наклоном на забой (фиг. 1A) и по окончании бурения обратным включением цилиндров подачи 11 подвижный шаблон 10 отодвигают от неподвижного 9, бурильные головки возвращаются одновременно в исходное положение (манипуляторы складываются). При этом траектории движения элементов конструкций крепильщика не препятствуют перемещению рабочего органа комбайна в его крайних положениях, что достигается взаимодействием двух шарнирно взаимосвязанных на каждом манипуляторе бурильных головок параллелограммов со сторонами 17, 18, 19, 20 и треугольника с неизменными сторонами в виде части стороны 17 параллелограмма от места крепления к неподвижному шаблону к месту крепления другой стороны треугольника из тяги 21 и цилиндра регулировки 26 (которые заранее построены на конкретную выработку) и переменной третьей стороны, образуемой стаканом 8 путем перемещения подвижного шаблона 10 цилиндром подачи 11. Складывание в исходное положение или раскрывание в рабочее положение манипуляторов с бурильными головками происходит одновременно за счет их расположения на общих шаблонах при общей подаче. Наклон шпуров на забой обусловлен необходимостью опережающего крепления анкерами при очень слабой кровле выработки. После бурения устанавливаются анкера или остается штанга-труба при одноразовых резцах с закреплением смолой, затем цикл повторяется;
б) при проведении выработки в зоне с устойчивой кровлей, когда бурение и установка анкеров возможна с отставанием от забоя. Гидродвигателем 12 стакан 8 крепильщика сдвигается по валу 7 назад на необходимую, допустимую по паспорту крепления выработки величину и фиксируется. Комплекс подается на забой с зарубкой, затем при обработке забоя распорной балкой 29, стойками 30 вал крепильщика приподнимается спереди с рамы комбайна, цилиндрами подачи 11 манипуляторы с бурильными головками раскрываются и одновременно подаются к точкам бурения согласно настроенных шаблонов по паспорту крепления и распираются в борта, самоцентрируясь через опорное устройство 34 относительно оси выработки. С пульта управления включаются одновременно все бурильные головки и процесс бурения, установка анкеров производится одновременно с работой комбайна. По окончании отбойки и крепления манипуляторы складываются и цикл повторяется.

Операции по креплению выработки совмещены с отбойкой и погрузкой горной массы комбайном, динамические нагрузки комбайна на крепильщик не передается. При установке бурильных головок 23 меньше, чем требуется анкеров в одном ряду, например две, бурильные головки смещаются поперек выработки на необходимую величину поворотом полого вала 7 крепильщика вокруг оси цилиндром поворота 14. При работе комплекса через полый вал крепильщика 7, патрубок 16, вентиляционный став 5 пылеотсоса обеспечивается отсос пыли из забоя;
в) при проведении выработки смешанным забоем с селективной выемкой угля комбайном и породы буровзрывным способом (когда крепость породы превышает возможности комбайна); после выемки угля на длину шпуров стакан 8 гидродвигателем 12 подается вперед до распора в забой бурильными головками настроенных на шаблонах 9, 10 (регулируемыми опорами 24) согласно расположения шпуров по паспорту буровзрывных работ в одном ряду. После окончания бурения шпуров первого ряда перестановка бурильных головок на новый ряд производится также с пульта управления 6 цилиндрами подачи 11, перемещающих подвижный шаблон 10. Перемещение бурильных головок в ряду производится цилиндром поворота 14. При перегоне комбайна крепильщик приводится в транспортное положение с пульта управления путем складывания его элементов конструкции параллельно оси вала 7, фиг. 1Б. При креплении выработок рамной крепью с применением захватно-поворотных устройств 22 устанавливаются элементы рамной крепи, причем установка производится одновременно путем подачи их к бортам выработки, фиг. 2Б, аналогично работе крепильщика при анкерном креплении.

При пятизвенной рамной крепи устанавливаются пять манипуляторов с поворотно-захватными устройствами, при трехзвенной - три и т.д.

Совмещение крепильщика, выполняющего функции буровой каретки, используемой при буровзрывных работах (БВР) в комплексе с погрузочной машиной, с проходческим комбайном позволяет компактно разместить забойное оборудование, применяемое при традиционном способе проведения горных выработок в крепких породах на БВР в едином проходческом комплексе. Возможность перемещения стакана 8 по валу крепильщика 7 гидродвигателем с фиксатором 12 позволяет место возведения постоянной анкерной крепи производить: с опережением линии забоя, путем установки в пробуренные скважины "проколот" или наклонных анкеров; с отставанием от линий забоя на необходимую величину, что обуславливается паспортом крепления с совмещением процесса крепления или без совмещения с отбойкой и погрузкой горной массы; немедленный выбор оптимального места крепления с изменением устойчивости крепи в процессе проведения горной выработки.

При распоре в борта и кровлю выработки в точках бурения люнетами бурильных головок осуществляется точечный распор, равный усилию подача при бурении, при этом распорная балка, имеющая суммарную нагрузку, с кровлей не контактирует, как имеет место на известных проходческих комплексах, где балка распирается непосредственно в кровлю, вызывая ее разрушение из-за большого усилия распора, названное как эффект "топтания" кровли.

Проходческий комплекс позволяет совместить процесс анкерного крепления с отбойкой и погрузкой горной массы без присутствия людей у точки бурения и установки анкера одновременно по всему периметру крепления выработки. При незначительных перемещениях подвижного шаблона обеспечивается быстродействие от положения бурильных головок в исходном положении, когда вставляются штанги-анкера к рабочему положению, когда бурятся скважины, например, с одновременной установкой анкера при одноразовых резцах и дистанционно.

Крепильщик может быть выполнен автономным на шасси любой буровой каретки на колесном, рельсовом и гусеничном ходу, выполняя роль анкеровальной буровой машины в комплексе с погрузочной машиной в забое.

Источники информации
1. Проспект. Универсальное навесное бурильное оборудование проходческих комбайнов. Разработчики: КУЗНИУИ, г. Прокопьевск, и Копейский машзавод им. С.И. Кирова, г. Копейск.

2. Авт. св. N 617592 кл. E 21 C 27/24, 1978.

Изобретение относится к горному делу и может использоваться в средствах механизации проведения и крепления горных выработок, задачей изобретения является одновременная подача по шаблону поворотно-захватных устройств с бурильными головками к точкам бурения скважин, а элементов рамной крепи - к месту их установки, компактное размещение забойного оборудования; выбор оптимального места крепления выработки в зависимости от устойчивости кровли; исключение эффекта "топтания" кровли; обеспечение самоцентрирования крепильщика относительно оси выработки. Проходчесй комплекс включает проходческий комбайн с рабочим органом, распорной балкой с цилиндрами распора, конвейером и манипуляторами со средствами бурения и анкерования. Манипуляторы связаны с распорной балкой с возможностью поворота посредством вала, закрепленного на ней передним концом. Задний конец вала закреплен с устройством поворота на раздвижных опорах. Вал связан с манипуляторами через подвижный стакан с неподвижным и подвижным шаблонами, имеющими регулируемые опоры для крепления манипуляторов, и с устройствами подачи стакана относительно вала и подвижного шаблона относительно стакана, выполняя функции одновременной общей подачи нескольких бурильных головок к точкам бурения по шаблону согласно паспорту крепления и БВР при проведении горных выработок. Регулируемые опоры могут иметь фиксаторы. Манипуляторы могут быть выполнены в виде параллелограммов, у которых одна общая сторона закреплена на неподвижном шаблоне, соединена регулируемой тягой с подвижным шаблоном, стороны которых в исходном положении параллельны оси вала крепильщика и расположены в пределах его длины. Вал крепильщика может быть выполнен полым и соединен с отсасывающей установкой посредством патрубка. 3 з.п.ф-лы, 9 ил.

1. Проходческий комплекс, включающий проходческий комбайн с рабочим органом, распорной балкой с цилиндрами распора, конвейером и манипуляторами со средствами бурения и анкерования, отличающийся тем, что манипуляторы связаны с распорной балкой с возможностью поворота посредством вала, закрепленного на ней передним концом, задний конец которого закреплен с устройством поворота на раздвижных опорах, при этом вал связан с манипуляторами через подвижный стакан с неподвижным и подвижным шаблонами, имеющими регулируемые опоры для крепления манипуляторов, и с устройствами подачи относительно вала и подвижного шаблона относительно стакана, выполняя функции одновременной общей подачи нескольких бурильных головок к точкам бурения по шаблону согласно паспорту крепления и БВР при проведении горных выработок. 2. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что регулируемые опоры выполнены с фиксаторами. 3. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что манипуляторы выполнены в виде параллелограммов, у которых одна общая сторона закреплена на неподвижном шаблоне, соединена регулируемой тягой с подвижным шаблоном, стороны которых в исходном положении параллельны оси вала крепильщика, и расположенных в пределах его длины. 4. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что вал крепильщика выполнен полым и соединен с отсасывающей установкой посредствам патрубка.