СЕКЦИЯ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ КРЕПИ Российский патент 2003 года по МПК E21D23/06 

Изобретение относится к горному делу, а именно к механизированному креплению очистных забоев при подземной добыче полезных ископаемых.

Известна секция механизированной крепи, включающая основание, ограждение, механизм перемещения, перекрытие с шарнирно прикрепленными к нему поджимными консолями и коромысла, установленные на перекрытии с возможностью поворота и шарнирно соединенные с завальной стороны с гидростойками, а с забойной - установленные с возможностью взаимодействия с поджимными консолями (патент Украины 11914. Приоритет от 02.08.83г. Бюллетень 4, публ. 25.12.96 г. , см. также а.с. СССР 1195727, кл. E 21 D 23/04, публ. 10.06.95 г.). Эти признаки совпадают с признаками изобретения.

Недостатками такой конструкции являются большая длина поджимной консоли, на поверхности которой собирается штыб, что приводит к неприлеганию ее переднего конца к кровле и снижению эффективности крепления забоя, а также значительные изгибающие моменты и усилия в элементах консолей и шарнирных соединений. При этом большая длина консоли обусловлена механизмом передачи усилия от коромысла к консоли при ограниченных прочностных параметрах как самого коромысла, так и взаимодействующего с ним завального хвостовика консоли.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является секция механизированной крепи, включающая основание, ограждение, механизм перемещения, перекрытие с шарнирно прицепленными к нему поджимными консолями, коромысла, установленные на перекрытии с возможностью поворота и шарнирно соединенные с завальной стороны с гидростойками, а с забойной стороны с завальными опорами штанг, забойные опоры которых шарнирно соединены с поджимными консолями (см. заявку 98094996 от 24.09.98, Е 21 D 23/00, 23/06, опубл. 29.03.2000).

Все признаки прототипа за исключением шарнирного соединения забойных опор штанг с поджимными консолями совпадают с признаками изобретения.

Конструкция прототипа имеет следующие недостатки.

Для обеспечения необходимых значений усилия прижатия консоли соединение ее со штангой должно размещаться ниже уровня шарнирного соединения перекрытия с консолью. Причем величина момента, прижимающего консоль к кровле, прямо пропорциональна смещению вниз места шарнирного соединения штанги с хвостовиком консоли. Одним из негативных последствий этого является увеличение высоты перекрытия в сборе с консолью и штангой в забойной зоне, что приводит к уменьшению прохода и затруднению перемещения людей и оборудования в призабойной зоне. Другим следствием является снижение прочностных параметров перекрытия в зоне размещения штанг, поскольку их положение препятствует выполнению поперечного сечения перекрытия в виде замкнутого короба.

Еще одним недостатком прототипа является необходимость плавного регулирования длины штанги для компенсации погрешностей изготовления элементов механизма и обеспечения требуемой величины подъема носка консоли. При этом необходимо учитывать, что ограничение опускания носка консоли относительно перекрытия должно обеспечиваться за счет непосредственного контакта завального хвостовика консоли с опорой на перекрытии. В случае, если это т.н. "жесткое замыкание" консоли осуществляется через штангу, в последней возникают перегрузки, приводящие к деформациям и поломкам. Таким образом, корректная регулировка параметров механизма посредством резьбового соединения, используемого в прототипе, является, с одной стороны, необходимой для его работоспособности, а с другой стороны, создает проблемы при монтаже и эксплуатации, требуя применения специальных приспособлений и процедур, трудноосуществимых в условиях шахты.

В основу изобретения поставлена задача создания секции механизированной крепи, в которой путем изменения механизма взаимодействия гидростойки с поджимной консолью обеспечивается:
- улучшение условий поддержания кровли у забоя посредством увеличения прижимающего момента на консоли;
- возможность отказа от плавного регулирования длины штанги и уменьшения нагрузок в штанге;
- возможность уменьшения высоты перекрытия секции крепи в сборе с консолью и облегчения перемещения людей и оборудования в призабойном пространстве за счет подъема забойного конца штанги на один уровень с завальным ее концом;
- возможность повышения прочности перекрытия за счет выполнения поперечного сечения перекрытия в зоне размещения штанги в виде замкнутого короба.

Поставленная задача решается за счет того, что в секции механизированной крепи, включающей основание, ограждение, механизм перемещения, перекрытие с шарнирно прицепленными к нему поджимными консолями, коромысла, установленные на перекрытии с возможностью поворота и шарнирно соединенные с завальной стороны с гидростойками, а с забойной - с завальными опорами штанг, согласно изобретению забойную опору каждой штанги шарнирно соединяют с рычагом, установленным на перекрытии с возможностью поворота и взаимодействия с поджимной консолью.

Отличительным от прототипа существенным признаком изобретения является рычаг, установленный на перекрытии с возможностью поворота и взаимодействия с поджимной консолью и шарнирно соединенный с забойной опорой штанги. В такой конструкции секции крепи (см. фиг.1, 2) наличие рычага позволяет поднять забойный конец штанги на один уровень с завальным ее концом и разместить штангу внутри перекрытия. Это уменьшает высоту перекрытия в сборе с консолью, что улучшает условия перемещения людей и оборудования в призабойном пространстве. Кроме того, это обеспечивает возможность в частных случаях применения изобретения выполнения поперечного сечения перекрытия в зоне размещения штанги в виде замкнутого короба, что повышает прочность перекрытия в забойной зоне.

Возможность варьирования величин плеч рычага и хвостовика поджимной консоли (см. фиг. 2) позволяет увеличить прижимающий момент, передаваемый на каждую консоль от гидростойки посредством коромысла, штанги и рычага, улучшив тем самым условия поддержания кровли у забоя. В то же время это позволяет снизить нагрузки в штангах и, соответственно, уменьшить их диаметр за счет изменения соотношения плеч рычагов и уменьшения длины штанг, улучшающего их продольную устойчивость. Кроме того, рычаг используется как элемент, передающий усилие "жесткого замыкания" хвостовика консоли непосредственно на перекрытие, предохраняя тем самым штанги от возникновения перегрузок, приводящих к деформациям и поломкам. Это позволяет отказаться от необходимости использования плавного регулирования длины штанги применяемого в конструкции прототипа прежде всего для предотвращения вышеуказанных перегрузок при "жестком замыкании".

На фиг.1 показан пример исполнения секции механизированной крепи.

На фиг. 2 показан местный вид А фиг.1 и схема действия сил в механизме передачи усилий гидростоек на поджимные консоли, где:
Т - усилие в гидростойке;
N₁ = Т*h₃₁/h₂₁ - усилие в штанге;
M₁= Т*h₃₁*h_ш*h_к/(h₂₁*h_p) - момент, прижимающий консоль к кровле пласта;
h₃₁, h₂₁, h₁₁, h_ш, h_к, h_p - плечи усилий.

Пример исполнения секции механизированной крепи включает основание 1, ограждение 2, механизм перемещения 3, перекрытие 4 с шарнирно прикрепленными к нему поджимными консолями 5, коромысла 6, установленные на перекрытии посредством шарниров 7 с возможностью поворота и шарнирно соединенные с завальной стороны с гидростойками 8, а с забойной - с завальными опорами штанг 9. Забойные опоры штанг шарнирно соединены рычагами 10. Рычаги установлены на перекрытии (в забойной его части) с возможностью поворота вокруг осей 11. Выступы 12 рычагов контактируют с хвостовиками 13 поджимных консолей. Поперечное сечение перекрытия в зоне размещения штанги выполнено в виде замкнутого короба.

Секция механизированной крепи при ее распоре работает следующим образом.

Распорное усилие Т (см. фиг.2) гидростоек 8 создает давление перекрытия 4 на кровлю пласта и приводит к повороту коромысла 6. Коромысла, поворачиваясь в шарнирах 7 перекрытия, толкают штанги 9, создавая в них усилие N₁ .

Штанги давят на рычаги 10, вследствие чего рычаги поворачиваются на осях 11 и выступами 12 создают давление на хвостовики 13 поджимных консолей 5.

Это приводит к повороту консолей 5 в шарнирах перекрытия 4 и прижатию консолей к кровле пласта с прижимающим моментом M₁.

Как видно из вышеприведенных силовых зависимостей и силовых схем (см. фиг. 2), величина прижимающего консоль момента M₁ не зависит от расстояния h₁₁ между шарниром крепления консоли 5 к перекрытию 4 и осью штанги 9, в то время как в конструкции прототипа величина прижимающего консоль момента М непосредственно зависит от расстояния h₁. Отсутствие указанной зависимости в конструкции согласно изобретению позволяет поднять забойный конец штанги на один уровень с завальным ее концом и разместить штангу внутри перекрытия, уменьшив тем самым высоту перекрытия в сборе с консолью. Кроме того, это позволяет в частных случаях применения изобретения выполнить поперечное сечение перекрытия в виде замкнутого короба (см. фиг.2), повышая этим его прочность.

Усилие N₁ в штанге 9 может быть снижено при уменьшении соотношения плеч h₃₁/h₂₁. При этом к снижению нагрузок в штанге приводят и такие факторы, как уменьшение ее длины в сравнении с прототипом вследствие наличия рычага и увеличения плеча h_k.

Увеличение соотношения h_ш*h_k/h_p, достигаемое изменением конструктивных параметров рычага 11 и консоли 5, позволяет увеличить момент M₁, прижимающий консоль к кровле пласта, улучшая тем самым условия поддержания кровли у забоя.

Изобретение относится к горному делу и может использоваться в механизированном креплении очистных забоев при подземной добыче полезных ископаемых. Задачами изобретения являются уменьшение нагрузок в элементах механизма подъема поджимной консоли, уменьшение габаритов крепи и облегчение передвижения людей в призабойном пространстве, высокая прочность коробчатой конструкции перекрытия, отказ от регулирования длины штанг и увеличение их прочности. Секция механизированной крепи включает основание, ограждение, механизм перемещения, перекрытие с шарнирно прикрепленными к нему поджимными консолями, штанги с забойными и завальными опорами и коромысла. Последние установлены на перекрытии с возможностью поворота и шарнирно соединены с завальной стороны с гидростойками, а с забойной - с завальными опорами штанг. Забойные опоры штанг шарнирно соединены с рычагами, установленными на перекрытии с возможностью поворота и взаимодействия с поджимной консолью. Штанги могут быть расположены внутри перекрытия, выполненного в виде замкнутого короба. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Секция механизированной крепи, включающая основание, ограждение, механизм перемещения, перекрытие с шарнирно прикрепленными к нему поджимными консолями, штанги с забойными и завальными опорами, коромысла, установленные на перекрытии с возможностью поворота и шарнирно соединенные с завальной стороны с гидростойками, а с забойной - с завальными опорами штанг, отличающаяся тем, что она снабжена рычагами, шарнирно соединенными с забойными опорами штанг и установленными на перекрытии с возможностью поворота и взаимодействия с поджимной консолью. 2. Секция по п. 1, отличающаяся тем, что штанги расположены внутри перекрытия, выполненного в виде замкнутого короба.