Фронтальный очистной агрегат Российский патент 2004 года по МПК E21D23/00 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при отработке пластовых месторождений полезных ископаемых фронтальными агрегатами.

Известен выемочный фронтальный агрегат, включающий базу, связанную гидродомкратами передвижения с секциями крепи, содержащими основания, связанные гидростойками с перекрытиями, рукоятки исполнительного органа, на забойных концах которых закреплены резцовые головки, а на их завальных концах - гидродомкраты качания и подъема, причем каждая секция крепи снабжена стойкой, которая жестко закреплена на основании с завальной стороны по отношению к гидродомкрату подъема, и платформой, шарнирно закрепленной одним концом на стойке, а другим концом связанной с гидродомкратом подъема, каждая рукоять выполнена с двуплечим коромыслом на завальном конце и телескопической вдоль своей оси, при этом средняя часть коромысла закреплена на платформе посредством вертикальной оси, а концы коромысел связаны с платформой гидродомкрата качания (1).

Недостатком известного выемочного агрегата является низкая эксплуатационная надежность его в работе. Обусловлено это тем, что вследствие телескопичности рукоятей исполнительного органа и изменения их вылета во время выемки угля происходит уменьшение усилия резанию, т.к. усилия, развиваемые гидродомкратами качания, остаются постоянными, а плечо рукоятей увеличивается.

В результате этого агрегатом можно вынуть уголь не на заданную толщину стружки, а лишь на ее часть. Для выемки полного цикла угля агрегат практически становится не работоспособным из-за уменьшения усилия резания на резцовой головке.

С другой стороны, если вынимать уголь на заданную толщину стружки за несколько приемов, то это влечет за собой повышение энергоемкости процесса выемки угля и, как следствие, к уменьшению его сортности из-за появления в нем большого количества штыба.

Кроме того, исполнительный орган данного агрегата обслуживает малую зону угольного пласта, т.е. в пределах ширины одной секции, а это значительно снижает производительность агрегата в целом.

Все это приводит к снижению эффективности использования известного выемочного агрегата.

Известен механизированный комплекс для фронтальной отработки угольных пластов, включающий транспортное устройство (конвейер) с режущей цепью с забойной его стороны, секции механизированной крепи, связанные гидродомкратом передвижения с транспортным устройством и содержащие основания, гидростойки и перекрытия, и выемочные устройства, каждый из которых выполнен в виде многозвенного рычажного механизма, состоящего из двух рукоятей, на забойных концах которых закреплены резцовые головки, а их завальные концы через Г-образные коромысла соединены с гидродомкратами качания, платформы, внутри которой расположены гидродомкраты качания, и манипулятора, содержащего жесткий рычаг, выполненный в виде плоскостного элемента, гидродомкрат подачи и гидродомкрат подъема. При этом гидродомкрат подъема и гидродомкрат подачи ориентированы относительно жесткого рычага с его забойной стороны. Причем одни концы жесткого рычага и гидродомкрата подъема связаны с платформой, а гидродомкрата подачи - с жестким рычагом. Другой конец жесткого рычага закреплен на поперечном рычаге и относительно основания по его ширине, а другие концы гидродомкратов подъема и подачи также закреплены на этом рычаге, завальный конец которого посредством гидропатрона опирается на основание секции крепи. Выемочные устройства установлены с шагом, равным двум шагам установки секций крепи (2). Это механизированный комплекс принят в качестве прототипа.

Недостатком данного комплекса является недостаточная устойчивость выемочных устройств во время резания угля, обусловленная расположением элементов манипулятора (рычага и гидродомкратов подачи и подъема) на поперечном рычаге у основания секции крепи и приводящая к возможности их опрокидывания от воздействия на них сил реакции угольного забоя во время резания. При этом восстанавливающих сил недостаточно, поскольку таковыми являются лишь силы собственного веса этих устройств и става конвейера, а дополнительные средства, которые бы активно противодействовали опрокидывающему моменту, отсутствуют.

Причем упомянутое расположение элементов манипулятора выемочных устройств приводит к перекрытию рабочего пространства секции крепи, что ухудшает видимость обслуживающего персонала при управлении им работой выемочных устройств.

Кроме того, в данной конструкции комплекса не решен вопрос определения числа выемочных устройств в зависимости от сопротивляемости угля резанию, а установку упомянутых устройств осуществляют на каждой второй секции крепи без учета данного физико-механического свойства угля, что снижает эксплуатационные возможности комплекса, если сопротивляемость угля резанию не препятствует этому.

Нерационально расположены гидродомкраты подачи выемочных устройств относительно жестких рычагов, т.е. с их забойной стороны. Поэтому при проектировании агрегата необходимо использовать гидродомкраты подачи увеличенных по габаритам размеров, т.к. в конструкции выемочных устройств они работают лишь на сокращение, обеспечивая подачу последних на забой. В результате конструкция выемочных устройств получается не компактной и не удобной в эксплуатации.

Поскольку жесткий рычаг выполнен в виде плоскостного элемента с опорной базой, соответствующей ширине основания секции крепи, то он подвержен воздействию значительно скручивающего момента, нежели, если бы эта база соответствовала ширине перекрытия. В результате это приводит к снижению надежности работы агрегата.

Указанные недостатки в целом снижают эффективность применения известного комплекса.

В основу изобретения поставлена задача повысить эффективность использования фронтального агрегата за счет повышения надежности в работе и расширения его эксплуатационных возможностей.

Эта задача решается за счет технического результата, заключающегося в улучшении условий по обеспечению устойчивости выемочных устройств за счет предотвращения их опрокидывания во время резания угля, а также в более рациональной схеме расстановки выемочных устройств в агрегате.

Для достижения этого технического результата в фронтальном очистном агрегате, включающем транспортное устройство с режущей цепью с забойной его стороны, секции механизированной крепи, связанные гидродомкратом передвижения с транспортным устройством и содержащие основания, гидростойки и перекрытия, и выемочные устройства, каждое из которых выполнено в виде многозвенного рычажного механизма, состоящего из двух рукоятей, на забойных концах которых закреплены резцовые головки, а их завальные концы через Г-образные коромысла соединены с гидродомкратами качания, платформы, внутри которой расположены гидродомкраты качания, и манипулятора, содержащего жесткий рычаг, выполненный в виде плоскостного элемента, гидродомкрат подачи и гидродомкрат подъема, расположенный с забойной стороны жесткого рычага, причем одни концы жесткого рычага и гидродомкрата подъема связаны с платформой, а гидродомкрата подачи - с жестким рычагом, согласно изобретению, другие концы жесткого рычага, гидродомкрата подачи и гидродомкрата подъема каждого манипулятора закреплены на забойной стороне перекрытия секции механизированной крепи с ориентированием жесткого рычага между гидродомкратом подачи и гидродомкратом подъема и по ширине перекрытия, причем гидродомкрат подачи расположен с завальной стороны жесткого рычага, а выемочные устройства установлены в агрегате с шагом h, определяемым из выражения:

h = k·А_р,

где k - коэффициент пропорциональности, учитывающий физико-механические свойства угля, см²/кг, k = 0,4-0,6;

А_р - сопротивляемость угля резанию, кг/см.

Между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом имеется причинно-следственная связь.

Признак “другие концы жесткого рычага, гидродомкрата подачи и гидродомкрата подъема каждого манипулятора закреплены на забойной стороне перекрытия” позволяет расположить упомянутые элементы манипулятора у перекрытия секции крепи, а не у ее основания, как в прототипе (2), и закрепить на нем, что повышает устойчивость выемочного устройства во время резания угля и соответственно предотвращает его опрокидывание за счет того, что опрокидывающему моменту противодействует сопротивление распертых между кровлей и почвой пласта секций крепи. В результате повышается надежность работы агрегата в целом.

Кроме того, при таком расположении упомянутых элементов манипулятора стало возможным освободить рабочее пространство секции крепи у ее основания и таким образом улучшить условия обслуживающего персонала по управлению работой выемочного устройства.

Признак “...с ориентированием жесткого рычага между гидродомкратом подачи и гидродомкратом подъема” позволяет обеспечить такое взаимное положение, что их оси симметрии расположены в одной вертикальной плоскости, а это обеспечивает компактность манипулятора с одновременным увеличением прочности жесткого рычага от скучивающего момента, обусловленным тем, что опорная база этого рычага шире, чем опорная база у прототипа (2).

Признак “причем гидродомкрат подачи расположен с завальной стороны жесткого рычага” обеспечивает подачу выемочного устройства за счет раздвижки гидродомкрата подачи (т.е. работает поршневая полость), что более рационально с точки зрения уменьшения его габаритов, в то время, как в прототипе (2), этот гидродомкрат работает на сокращение во время выемки угля, то есть устранено отрицательное свойство прототипа (2).

Признак “а выемочные устройства установлены в агрегате с шагом h, определяемым из выражения:

h = k·А_р,

где k - коэффициент пропорциональности, учитывающий физико-механические свойства угля, см²/кг, k = 0,4-0,6;

А_р - сопротивляемость угля резанию, кг/см,

установлен изобретателями теоретически и проверен экспериментально на стенде в лабораторных условиях. Этот признак позволяет определить требуемое число выемочных устройств в зависимости от сопротивляемости угля резанию с расстановкой их на конкретном шаге установки секции крепи, т.е. либо на первом шаге установки секций крепи, как в аналоге (1), либо на втором шаге установки секций крепи, как в прототипе (2), либо на третьем шаге установки секции крепи и т.д. Из этого следует, что плотность установки выемочных устройств в агрегате соотносится с физико-механическими свойствами угля, что обеспечивает более рациональную расстановку выемочных устройств в агрегате, расширяя таким образом эксплуатационные возможности агрегата.

Таким образом, совокупность существенных признаков, характеризующая сущность заявляемого изобретения, обеспечивает повышение эффективности использования фронтального очистного агрегата за счет повышения надежности в работе путем улучшения условий по обеспечению устойчивости выемочных устройств, достигаемой за счет предотвращения их опрокидывания, расширения эксплуатационных возможностей агрегата путем обеспечения возможности расстановки выемочных устройств не только на первом либо на втором шаге установки секции крепи, но и на более в зависимости от сопротивляемости угля резанию, а также улучшения условий работы обслуживающего персонала за счет освобождения рабочего пространства секций крепи от технологического оборудования выемочных устройств.

Из изложенного следует, что существенные признаки заявляемого изобретения находятся в причинно-следственной связи с достигаемым техническим результатом и из анализа уровня техники в данной области не очевидны явным образом для специалиста, что характеризует изобретательский уровень заявляемого технического решения.

Промышленная применимость заявляемого изобретения обосновывается нижеприведенным описанием и чертежами.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где: на фиг. 1 изображена принципиальная схема фронтального очистного агрегата, общий вид; на фиг. 2 - то же, что на фиг. 1, вид в плане.

Фронтальный очистной агрегат включает транспортное устройство, роль которого может выполнять конвейер 1, с забойной стороны которого расположена режущая цепь 2, секции механизированной крепи 3, каждая из которых состоит из основания 4, перекрытия 5 и гидростоек 6 и связана с конвейером 1 посредством гидродомкрата передвижения 7, и выемочные устройства 8.

Каждое выемочное устройство 8 выполнено в виде многозвенного рычажного механизма, состоящего из двух рукоятей 9, на забойных концах которых закреплены резцовые головки 10, а их завальные концы через Г-образные коромысла 11 соединены с гидродомкратами качания 12, платформы 13, внутри которой расположены гидродомкраты качания 12, и манипулятора, содержащего жесткий рычаг 14, выполненный в виде плоскостного элемента, гидродомкрат подачи 15 и гидродомкрат подъема 16.

Причем упомянутые элементы манипулятора расположены в верхней части рабочего пространства секции крепи 3 и так, что жесткий рычаг 14 размещен между гидродомкратом подачи 15 и гидродомкратом подъема 16. В свою очередь, гидродомкрат подъема 16 расположен с забойной стороны жесткого рычага 14, а гидродомкрат подачи 15 - с завальной стороны жесткого рычага 14.

При этом одни концы жесткого рычага 14 и гидродомкрата подъема 16 соединены с платформой 13, а гидродомкрата подачи 15 - с жестким рычагом 14.

Другие концы жесткого рычага 14, гидродомкрата подачи 15 и гидродомкрата подъема 16 закреплены на перекрытии 5 секции крепи 3 с его забойной стороны.

При этом рабочую длину рукоятей 9 каждого выемочного устройства принимают дискретной, обратно пропорциональной сопротивляемости угля резанию и в соответствии с известным параметрическим рядом шага передвижения агрегата, т.е. 0,63 м или 0,8 м.

Исходя из данного свойства угля, выемочные устройства устанавливают в агрегате с шагом h, определяемым из выражения:

h = k·А_р,

где k - коэффициент пропорциональности, учитывающий физико-механические свойства угля, см²/кг, k = 0,4-0,6;

А_р - сопротивляемость угля резанию, кг/см.

Фронтальный очистной агрегат работает следующим образом.

При этом выбор коэффициента пропорциональности k осуществляют в зависимости от сопротивляемости угля резанию А_р. Так, значение коэффициента k, равное 0,4, принимают при сопротивляемости угля резанию Ар, равной 250 кг/см, значение коэффициента k, равное 0,5, принимают при сопротивляемости угля резанию Ар, равной 220 кг/см, а значение коэффициента k, равное 0,6, принимают при сопротивляемости угля резанию А_р, равной 200 кг/см.

После выемки очередного цикла угля технологическое оборудование агрегата приведено в исходное положение, а именно:

секция крепи 3 придвинута к конвейеру на полный ход гидродомкрата передвижения 7; конвейер 1 с режущей цепью 2 находится у забоя; гидродомкраты передвижения 7 сокращены; также сокращены гидродомкраты качания 12 и гидродомкраты подачи 15, а гидродомкраты подъема 16 раздвинуты и удерживают рукояти 9 выемочных устройств 8 в крайнем нижнем положении (показано пунктиром на фиг. 1), рукояти 9 разведены в разные стороны (показано пунктиром на фиг. 2).

Рассмотрим работу агрегата на примере выемки одного цикла угля несколькими стружками, имеющими заданную толщину. На фиг. 2 показана расстановка выемочных устройств 8 на каждой третьей секции крепи 3.

Выемку первой стружки угля осуществляют в следующем порядке.

Как отмечено выше, рукояти 9 выемочных устройств 8 находятся у забоя в крайнем нижнем положении. Чтобы начать отбойку угля резцовыми головками 10, подают рукояти 9 на забой включением гидродомкратов подачи 15 на раздвижку на часть хода, равную толщине стружки. После этого включают гидродомкраты качания 12 на раздвижку и рукояти 9 выемочных устройств 8 приводятся в движение навстречу друг другу до встречи у продольной оси секции крепи 3, производя при этом отбойку угля в виде полоски в плоскости пласта, который свободно падает на конвейер.

Затем рукояти 9 разводят в разные стороны к исходному (крайнему) положению сокращением гидродомкратов качания 12, совершая при этом холостой ход.

В крайнем положении производится подъем рукоятей 9 путем сокращения гидродомкратов подъема 16 на шаг, равный ширине резцовой головки 10.

Далее приступают к обработке поверхности угольного пласта на длину второй полоски, т.е. вновь приводят в движение рукояти 9 навстречу друг другу за счет раздвижки гидродомкратов качания 12, в то время, как гидродомкраты подачи 15 остаются в фиксированном положении и раздвинутыми на толщину первой стружки угля.

После отбойки второй полоски угля рукояти 9 вновь приводят к крайнему положению сокращением гидродомкратов качания 12. Далее технологические операции по отбойке третьей и последующих полосок угля повторяют до обработки забоя на полную мощность пласта на заданную толщину стружки. При этом рукояти 9 занимают крайнее верхнее положение.

Затем гидродомкраты подъема 16 раздвигают и рукояти 9 занимают крайнее нижнее положение для выемки второй стружки угля.

Аналогично описанному выполняют операции по выемке угля на второй и последующих стружках вплоть до обработки забоя на полный цикл, равный величине хода гидродомкрата передвижения 7.

После выемки угля на полный цикл рукояти 9 перемещают в разные стороны сокращением гидродомкратов качания 12, затем раздвижкой гидродомкратов подъема 16 их переводят в крайнее нижнее положение, а гидродомкраты подачи 15 сокращают. В результате технологическое оборудование выемочных устройств приведено в исходное состояние.

Причем при обработке забоя на толщину каждой стружки соответственно на эту величину раздвигают гидродомкрат подачи 15.

Одновременно во время выемки угля на полный цикл осуществляется перемещение конвейера 1 за счет раздвижки гидродомкратов передвижения 7 с подрубкой нижней части пласта режущей цепью 2, расположенной с забойной стороны конвейера 1.

После выемки угля на полный цикл перемещают секции крепи 3 к конвейеру 1. На этом полный цикл по выемке угля агрегатом завершен, его технологическое оборудование приведено в исходное положение и он готов к выполнению очередного цикла по обработке забоя.

Заявляемый фронтальный очистной агрегат обеспечивает преимущества по сравнению с прототипом (2).

В процессе выемки угля выемочные устройства не теряют свою устойчивость в плоскости пласта от воздействия на них сил реакции забоя, т.к. они связаны с перекрытиями секций крепи, распертых гидростойками между кровлей и почвой пласта. Это предотвращает смещение или опрокидывание выемочных устройств в сторону завала и соответственно повышает надежность работы агрегата в целом.

Принятая компоновка элементов манипуляторов выемочных устройств более рациональна с точки зрения расположения их в верхней части рабочего пространства секций крепи, а это создает определенные удобства обслуживающему персоналу при управлении работой этими устройствами.

Взаимосвязь физико-механических свойств угля - сопротивляемости его резанию с геометрическим параметром рукоятей 9, т.е. с их длиной, и шагом установки выемочных устройств в агрегате позволяет унифицировать конструкцию агрегата и рационально использовать его технические возможности.

Таким образом, использование заявляемого изобретения позволит за счет повышения надежности работы агрегата и расширения его эксплуатационных возможностей значительно эффективнее отрабатывать угольные пласты.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР № 1493793, кл. Е 21 D 23/00, 1987.

2. Загривный Э.А., Винников Е.И., Смирнов Ю.Н. и др. Механизированный комплекс для фронтальной отработки угольных пластов // журнал “Уголь”. - 1998. - № 7. - С. 22-23.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при отработке пластовых месторождений полезных ископаемых фронтальными агрегатами. Задачей изобретения является повышение надежности работы и расширение его эксплуатационных возможностей. Фронтальный очистной агрегат включает транспортное устройство с режущей цепью с забойной его стороны, секции механизированной крепи, связанные гидродомкратом передвижения с транспортным устройством и содержащие основания, гидростойки и перекрытия, и выемочные устройства. Каждое из последних выполнено в виде многозвенного рычажного механизма, состоящего из двух рукоятей, на забойных концах которых закреплены резцовые головки, а их завальные концы через Г-образные коромысла соединены с гидродомкратами качания, платформы, внутри которой расположены гидродомкраты качания, и манипулятора. Манипулятор содержит жесткий рычаг, выполненный в виде плоскостного элемента, гидродомкрат подачи и гидродомкрат подъема, расположенный с забойной стороны жесткого рычага. Одни концы жесткого рычага и гидродомкрата подъема связаны с платформой, а гидродомкрата подачи - с жестким рычагом. Другие концы жесткого рычага, гидродомкрата подачи и гидродомкрата подъема каждого манипулятора закреплены на забойной стороне перекрытия секции механизированной крепи с ориентированием жесткого рычага между гидродомкратом подачи и гидродомкратом подъема и по ширине перекрытия. Гидродомкрат подачи расположен с завальной стороны жесткого рычага, а выемочные устройства установлены в агрегате с шагом, определяемым из приведенного выражения. 2 ил.

Фронтальный очистной агрегат, включающий транспортное устройство с режущей цепью с забойной его стороны, секции механизированной крепи, связанные гидродомкратом передвижения с транспортным устройством и содержащие основания, гидростойки и перекрытия, и выемочные устройства, каждое из которых выполнено в виде многозвенного рычажного механизма, состоящего из двух рукоятей, на забойных концах которых закреплены резцовые головки, а их завальные концы через Г-образные коромысла соединены с гидродомкратами качания, платформы, внутри которой расположены гидродомкраты качания, и манипулятора, содержащего жесткий рычаг, выполненный в виде плоскостного элемента, гидродомкрат подачи и гидродомкрат подъема, расположенный с забойной стороны жесткого рычага, причем одни концы жесткого рычага и гидродомкрата подъема связаны с платформой, а гидродомкрата подачи - с жестким рычагом, отличающийся тем, что другие концы жесткого рычага, гидродомкрата подачи и гидродомкрата подъема каждого манипулятора закреплены на забойной стороне перекрытия секции механизированной крепи с ориентированием жесткого рычага между гидродомкратом подачи и гидродомкратом подъема и по ширине перекрытия, причем гидродомкрат подачи расположен с завальной стороны жесткого рычага, а выемочные устройства установлены в агрегате с шагом h, определяемым из выражения

h=k·A_p,

где k - коэффициент пропорциональности, учитывающий физико-механические свойства угля, cм²/кг, k=0,4-0,6;

А_р - сопротивляемость угля резанию, кг/см.