КРЕПЬ ОЧИСТНОГО ЗАБОЯ МОЩНОГО КРУТОГО УГОЛЬНОГО ПЛАСТА Российский патент 2003 года по МПК E21D23/00 

Изобретение относится к горному делу, в частности к крепям для очистных забоев мощных крутых и круто-наклонных угольных пластов при отработке последних по системе разработки длинными столбами по простиранию.

Известен агрегат для разработки крутых угольных пластов средней мощности, содержащий различные элементы, обеспечивающие крепление кровли, подачу выемочной машины на забой, отделение угля от массива, фронтальную передвижку [1] . Недостатками агрегата являются повышенные чувствительность к изменению длины забоя вследствие отклонения в параллельности подготовительных выработок, металлоемкость добычи, загроможденность рабочего пространства забоя элементами агрегата.

За прототип принята секционная крепь, содержащая основание, выполненное в виде опорной балки, перекрытие с козырьком, гидравлические стойки, гидравлические домкраты передвижки, ограждения и устройства, удерживающие секцию от сползания по линии падения пласта во время передвижки. При этом перекрытие установлено параллельно опорной балке, которое в свою очередь ориентировано по нормали к ограждению [2].

Недостатком прототипа являются
- повышенная загроможденность поддерживаемого пространства элементами крепи, например забойным рядом стоек;
- повышенная удельная металлоемкость крепления забоя, приходящаяся на один метр вынимаемой мощности пласта;
- низкая эффективность средств удержания секции крепи от сползания по падению пласта во время передвижки;
- низкая устойчивость секции крепи при установке ее в забое крутого пласта.

Эти недостатки не позволяют использовать данную крепь при разработке мощных крутых и круто-наклонных угольных пластов. В связи с этим очень низка эффективность крепления очистного забоя при разработке мощных крутых пластов.

Цель предлагаемого изобретения - повышение эффективности крепления очистного забоя крутого угольного пласта за счет исключения сползания крепи по линии падения пласта, повышения устойчивости установки крепи путем привлечения для этого массива полезного ископаемого и снижения удельной металлоемкости крепления забоя.

Поставленная цель достигается тем, что в крепи очистного забоя мощного крутого угольного пласта, содержащей опорную балку, верхнее перекрытие, гидродомкраты передвижки, гидравлические стойки, установленные по нормали к опорной балке и верхнему перекрытию, и ограждения, опорная балка своим торцом жестко связана с гидравлической стойкой в средней ее части, во внутреннем пространстве опорной балки установлен буровой инструмент, кинематически связанный с балкой посредством гидродомкрата подачи, перекрытие имеет коробчатое сечение и в его внутреннем пространстве размещен выдвижной козырек, кинематически связанный с перекрытием посредством пружин и гидравлических домкратов, в нижних поверхностях козырька и перекрытия выполнены сквозные отверстия, к нижней поверхности перекрытия жестко прикреплен стопорный механизм, содержащий трубчатый телескопический вращатель, подпружиненный поворотный рычаг, двусторонний кулачок и подпружиненный стопорный палец, вставленный в совмещенные отверстия перекрытия и козырька, с нижней поверхностью опорной балки кинематически связан электрический вращатель бурового инструмента, а на гидравлической стойке ниже уровня опорной балки размещен блок электро- и гидрораспределителей, причем две опорные балки установлены горизонтально и параллельно друг другу, связаны жестко между собой рамой, а две гидравлические стойки связаны между собой рамой, ограждением, перекрытием и лежаном.

Предлагаемое изобретение поясняется фиг. 1-6. На фиг.1 показана секция крепи в очистном забое (вид сбоку), на фиг.2 - опорная балка (продольное сечение), на фиг.3 - опорная балка (поперечное сечение по линии А-А на фиг.2, на фиг.4 - то же (поперечное сечение по линии Б-Б на фиг.2), на фиг.5 - схема установки секций крепи в забое (разрез по линии опорных балок), на фиг.6 - верхнее перекрытие в сборе со стопорным механизмом.

Секция крепи очистного забоя мощного крутого угольного пласта содержит две опорные балки 1, две гидравлические стойки 2, одно телескопическое перекрытие 3, боковые 4 и торцовое 5 ограждения, гидродомкраты 6 передвижки секции крепи, гидравлический и электрический 7 распределители.

Опорная балка 1 имеет коробчатое сечение и может быть выполнена из двух швеллеров 8 и 9, установленных параллельно, ориентированных полками друг к другу и соединенных посредством накладок 10 методом сварки. При этом в своей нижней части балка 1 имеет технологическую щель 11. Завальный конец балки связан с гидравлической стойкой 2 в ее средней части и ориентирован по нормали к ней. Во внутреннем пространстве опорной балки 1 установлен буровой инструмент 12 и гидравлический домкрат 13 его подачи. Зазоры между внутренней поверхностью балки и наружной поверхностью трубы заполнены антифрикционным материалом 14. К боковой поверхности опорной балки приварены кронштейны 15 крепления гидравлических домкратов передвижки 6. При этом если на одной секции кронштейны 15 приварены к завальным концам опорных балок, то на соседней секции - ближе к середине. К нижней поверхности каждой опорной балки с возможностью линейного перемещения прикреплен вращатель 16 бурового инструмента 12.

Две опорные балки 1 установлены горизонтально параллельно друг другу и жестко связаны между собой рамой.

Гидравлическая стойка 2 связана с нормально ориентированным к ней телескопическим перекрытием 3 при помощи своего штока и гидравлической укосины 17 и обладает двойной раздвижностью: гидравлической и механической. Механическая раздвижность обеспечивается винтовым соединением стойки 2 с лежаном 18, связывающим гидравлические стойки данной секции крепи. Для обеспечения требуемой жесткости стойка 2 снабжена ребром жесткости 19, приваренным к наружной поверхности стойки с завальной стороны.

Две гидравлические стойки 2 данной секции крепи жестко связаны между собой ограждением 5, лежаном 18 и перекрытием 3. К одной из стоек (любой) на уровне ниже опорной балки прикреплен блок электро- и гидрораспределителей 7.

Перекрытие 3 имеет коробчатое сечение. Во внутреннем пространстве его установлен козырек 20, гидравлический домкрат 21 и пружина 22. В нижней поверхности перекрытия 3 выполнено сквозное отверстие 23, а в нижней поверхности козырька 20 - сквозные отверстие 24. К нижней поверхности перекрытия приварен стопорный механизм 25. Стопорный механизм 25 содержит подпружиненный палец 26, кулачок 27, телескопический вращатель 28 и подпружиненный рычаг 29. Домкратом 21 козырек 20 втянут во внутреннее пространство перекрытия 3 до совпадения отверстий 23 и 24, пружина 22 сжата, подпружиненный палец 26 вставлен в отверстия 23 и 24 и тем самым стопорит, т.е. удерживает, козырек в данном положении; подпружиненный рычаг 29 нормально направлен в сторону груди забоя.

Секции крепи устанавливают по всей длине почвоуступного очистного забоя ограждениями 4 вплотную друг к другу, перекрывая тем самым рабочее пространство очистного забоя от прорыва пород, расположенных за крепью. Для этого на уровне опорных балок 1 в пласте намечают ряд скважин. В каждое устье скважины вставляют опорную балку 1 и далее монтируют секцию крепи. Пространство за ограждениями 5 заполняют породой, например обрушением.

Крепь работает следующим образом. В исходном состоянии все секции крепи расперты между кровлей и почвой пласта, козырьки 20 утоплены в перекрытия. Сначала вынимается верхний слой. При этом выемочная машина, проходя мимо секции крепи, своим корпусом воздействует на рычаг 29, отклоняя его на определенный угол. Поворот рычага 29 передается вращателю 28 и далее кулачку 27. Кулачок 27 в свою очередь воздействует на подпружиненный палец 26 и, преодолевая сопротивление пружины, выводит палец 26 из совмещенных отверстий 23 и 24 в перекрытии 3 и козырьке 20. В результате пружина 22, преодолевая сопротивление домкрата 21, в котором под действием усилий, развиваемых пружиной 22, происходит переток рабочей жидкости из штоковой полости в поршневую, плавно выдвигает козырек 20, подхватывая тем самым обнажаемую кровлю пласта. После прохода комбайна стопорный механизм (кроме пальца 25) возвращается на место, а палец 25 под действием своей пружины упирается в нижнюю поверхность козырька 20.

При последующей выемке полосы угля в нижнем слое оператор крепи подключает гидравлическую и электрическую системы выемочной машины к секции крепи, требующей передвижки, посредством распределителей 7. После подключения энергосистем выемочной машины к секции крепи оператор включает в работу вращатель 16 бурового инструмента 12 и домкрат 13 его подачи на забой, т. е. производит бурение скважин данной секции крепи. Затем контролирует глубину бурения данных скважин по ходу вращателей 16 относительно опорных балок 1. По окончании бурения оператор сначала выключает подачу бурового инструмента, затем его вращение и приступает к передвижке секции крепи. Для этого сначала включает в работу домкраты 21, которые, преодолевая сопротивление пружин 22, втягивают козырек 20 в перекрытие 3. При этом в конце хода козырька 20 в момент совмещения отверстий 23 и 24 палец 25 входит в совмещенные отверстия, фиксируя тем самым козырек в перекрытии 3. Затем, выключив из работы домкраты козырька, снимает распор с обеих гидравлических стоек 2 и включает в работу гидравлические домкраты передвижки секции крепи 6 - секция крепи начинает передвигаться в сторону угольного массива. При этом опорные балки 1 углубляются в скважины на шаг передвижки. По окончании передвижки оператор выключает домкраты передвижки, а стойки 2 распирает между кровлей и почвой пласта в выработанном пространстве. Затем отключает энергосистемы крепи от выемочной машины и переводит работы по передвижке на следующую секцию.

Таким образом, за счет установки двух опорных балок в средней части крепи по ее высоте и внедрения их в массив полезного ископаемого исключается сползание крепи по линии падения пласта, повышается устойчивость крепи в условиях крутого падения и снижается металлоемкость крепления забоя, приходящаяся на один метр мощности пласта. Все это способствует повышению эффективности крепления очистного забоя мощного крутого пласта. Более того, появляется возможность эффективной добычи угля из мощных крутых и круто-наклонных пластов на всю мощность по системе разработки "Длинные столбы по простиранию.

Источники информации
1. Жигалов М.Л. Технология, механизация и организация подземных горных работ: Учеб. для вузов/ М.Л. Жигалов, С.А. Ярунин. - М.: Недра, 1990, с. 290, рис.3.16.

2. Там же, с. 284, рис.3.14 (прототип).

Изобретение предназначено для использования в горном деле при добыче угля и других полезных ископаемых из крутых пластов. Задачей изобретения является повышение эффективности крепления за счет исключения сползания крепи и повышение устойчивости установки путем привлечения для этого массива полезного ископаемого. Крепь очистного забоя мощного крутого угольного пласта содержит опорную балку, верхнее перекрытие, гидродомкраты передвижки, ограждения, гидравлические стойки, установленные по нормали к опорной балке и верхнему перекрытию, торцами жестко связанные с гидравлическими стойками. В опорной балке установлен буровой инструмент, кинематически связанный с балкой гидродомкратом подачи. В перекрытии коробчатого сечения размещен выдвижной козырек, кинематически связанный с перекрытием пружинами и гидравлическими домкратами. В нижних поверхностях козырька и перекрытия выполнены сквозные отверстия. К нижней поверхности перекрытия жестко прикреплен стопорный механизм, содержащий трубчатый телескопический вращатель, подпружиненный поворотный рычаг, двусторонний кулачок и подпружиненный стопорный палец, вставленный в совмещенные отверстия перекрытия и козырька. С нижней поверхностью опорной балки кинематически связан электрический вращатель бурового инструмента. На гидравлической стойке ниже уровня опорной балки размещен блок электро- и гидрораспределителей. Две опорные балки установлены горизонтально и параллельно друг другу, связаны жестко между собой рамой, а две гидравлические стойки связаны между собой рамой, ограждением, перекрытием и лежаном. 6 ил.

Крепь очистного забоя мощного крутого угольного пласта, содержащая опорную балку, верхнее перекрытие, гидродомкраты передвижки, гидравлические стойки, установленные по нормали к опорной балке и верхнему перекрытию, и ограждения, отличающаяся тем, что опорная балка своим торцом жестко связана с гидравлической стойкой в средней ее части, во внутреннем пространстве опорной балки установлен буровой инструмент, кинематически связанный с балкой посредством гидродомкрата подачи, перекрытие имеет коробчатое сечение и в его внутреннем пространстве размещен выдвижной козырек, кинематически связанный с перекрытием посредством пружин и гидравлических домкратов, в нижних поверхностях козырька и перекрытия выполнены сквозные отверстия, к нижней поверхности перекрытия жестко прикреплен стопорный механизм, содержащий трубчатый телескопический вращатель, подпружиненный поворотный рычаг, двусторонний кулачок и подпружиненный стопорный палец, вставленный в совмещенные отверстия перекрытия и козырька, с нижней поверхностью опорной балки кинематически связан электрический вращатель бурового инструмента, а на гидравлической стойке ниже уровня опорной балки размещен блок электро- и гидрораспределителей, причем две опорные балки установлены горизонтально и параллельно друг другу, связаны жестко между собой рамой, а две гидравлические стойки связаны между собой рамой, ограждением, перекрытием и лежаном.