СЕКЦИЯ КРЕПИ ДЛЯ ПОДДЕРЖАНИЯ ОЧИСТНОГО ЗАБОЯ МОЩНОГО КРУТОНАКЛОННОГО УГОЛЬНОГО ПЛАСТА Российский патент 2004 года по МПК E21D23/00 

Изобретение относится к горному делу, в частности, к крепям для очистных забоев мощных крутонаклонных угольных пластов при отработке по системе разработки длинными столбами по простиранию.

Известен агрегат для разработки крутых и крутонаклонных 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, резко снижающая эффективность проветривания очистного забоя.

За прототип принята секционная крепь, содержащая основание, перекрытие, гидравлические стойки, гидравлические домкраты передвижки, ограждения и опорные балки. Особенностью крепи является кинематическая связь гидравлических стоек верхнего слоя через основание с опорными балками, которые во время работы крепи вводятся в скважины, пробуренные в угольном массиве. За счет этой особенности данная крепь может быть использована при выемке угля из крутонаклонных пластов по системе разработки длинными столбами по простиранию [2].

Недостатками прототипа являются:

- повышенная площадь поддержания кровли в верхнем слое;

- повышенная нагрузка на опорные балки в средней части их длины, обусловленная давлением горных пород, передаваемым гидравлическими стойками в верхнем слое, провоцирующая отжим угля в нижнем слое;

- опасность эксплуатации крепи из-за отсутствия средств гашения скорости отбитого угля, транспортируемого вдоль забоя;

- низкая ремонтопригодность крепи, в частности опорной балки, связанная с отсутствием свободного пространства для извлечения балки из скважины и жесткой связи опорной балки с нижней гидравлической стойкой.

Эти недостатки снижают надежность крепления очистного забоя при выемке крутонаклонного угольного пласта.

Цель предлагаемого изобретения - повышение надежности крепления очистного забоя крутонаклонного угольного пласта и ремонтопригодности крепи за счет перераспределения свободного пространства в рабочей зоне и возникающих нагрузок по элементам крепи и снабжения крепи гасителями скорости самотечного транспорта угля.

Поставленная цель достигается тем, что в секции крепи для поддержания очистного забоя мощного крутонаклонного угольного пласта, содержащей основание, верхнее перекрытие, гидродомкраты передвижки, опорные балки с буровым инструментом, установленные параллельно основанию и перекрытию, гидравлические стойки, установленные по нормали к опорной балке и верхнему перекрытию, и ограждения, своим завальным концом каждая опорная балка связана с соответствующей гидравлической стойкой в средней ее части по касательной с возможностью перемещения в направлении оси опорной балки, ограниченного перемещения в направлении оси гидравлической стойки, без перемещения в направлении по нормали к стойке и опорной балке, перекрытие имеет коробчатое сечение, и в его внутреннем пространстве размещен выдвижной козырек, кинематически связанный с перекрытием посредством гидравлических домкратов, нижняя поверхность козырька жестко связана с телескопическим гасителем скорости, на корпусе которого установлен кран управления гидравлической системы козырька, с верхней поверхностью каждой опорной балки кинематически связан электрический вращатель бурового инструмента, ограждение выполнено из двух щитов, верхнего и нижнего, установленных под углом друг к другу, с вершиной угла, направленной в сторону завала, и связанных между собой осью с возможностью поворота вокруг оси, причем верхний щит связан с гидравлической стойкой и перекрытием, а нижний - с гидравлической стойкой и основанием, забойный торец основания снабжен гасителем скорости, ориентированным соосно основанию в сторону забоя, на одной из гидравлических стоек, ниже уровня опорной балки, установлен электрический разъем, на другой - кран управления гидравлической системой секции крепи, при этом опорная балка расположена ниже гидравлической стойки по линии предполагаемого падения пласта.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 показана секция крепи в очистном забое (вид сбоку), на фиг.2 - то же (вид со стороны очистного забоя), на фиг.3 - крепление гасителя скорости к основанию секции крепи, на фиг.4 - то же (вид в плане), на фиг.5 - перекрытие (продольный разрез), на фиг.6 - схема установки секций крепи в очистном забое (вид в плане).

Секция крепи для поддержания очистного забоя мощного крутонаклонного угольного пласта содержит основание 1, две гидравлические стойки 2, ограждение 3, перекрытие 4, две опорные балки 5, два гидравлических домкрата передвижки 6, электроразъем и кран-гидрораспределитель.

Основание 1 связано с ограждением 3 с возможностью поворота вокруг оси 8. С забойной стороны к основанию шарнирно, с возможностью поворота в плоскости основания, крепится гаситель скорости 9 посредством пальца 10 и пружины 11, ориентированный вдоль оси основания в сторону забоя. Гаситель скорости предназначен для снижения скорости движения отбитого угля вдоль забоя и состоит из полой штанги 12 и решетчатой лопасти 13.

Перекрытие 4 имеет коробчатое сечение и связано с ограждением 3 с возможностью поворота вокруг оси 14. Во внутренней полости перекрытия 4 установлен козырек 15, который посредством гидравлического домкрата 16 через кронштейн 17 с возможностью телескопического перемещения связан с завальной стенкой перекрытия 4.

Опорные балки 5 установлены параллельно друг другу в плоскости, параллельной основанию 1 и перекрытию 4, и жестко связаны между собой стяжкой 18. Завальный конец опорной балки 5 посредством хомута 19 связан с ближайшей стойкой 2, установленной выше по предполагаемой линии падения пласта, по касательной с возможностью свободного перемещения опорной балки относительно стойки в направлении оси опорной балки, ограниченного перемещения стойки относительно опорной балки в направлении оси стойки. При этом хомут 19 не допускает перемещения балки относительно стойки в направлении, перпендикулярном оси стойки и оси балки. Сверху и снизу к стяжке 18 приварены кронштейны 20 и 21, к которым шарнирно присоединены струбцины 22 и 23, связывающие опорную балку со стойкой 2, основанием 1 и ограждением 3. Наружная боковая сторона опорной балки 5 снабжена кронштейном 24 или 25 крепления домкратов передвижки, разница между которыми состоит в том, что один из них, например 24, длинный, а другой - короткий. На одной секции крепи кронштейны домкратов передвижки 24 и 25 приварены к опорным балкам ближе к завальному краю, а на другой - дальше от завального края.

На стяжке 18 в пространстве между опорными балками закреплен гаситель 26, выполненный аналогично гасителю 9.

Во внутреннем пространстве каждой опорной балки 5 установлен буровой снаряд 27, электропривод 28 которого размещен сверху на завальном конце опорной балки с возможностью телескопического перемещения относительно балки.

Ограждение 3 каждой секции крепи выполнено из двух щитов коробчатого сечения: верхнего и нижнего, связанных между собой посредством оси 29 и установленных под углом друг к другу, вершина которого направлена в сторону завала.

Секции крепи устанавливают по всей длине очистного забоя, наклоненного в сторону последующего подвигания на угол 75...80 градусов, вплотную друг к другу, чередуя последовательно секции с кронштейнами для крепления домкратов передвижки, установленными ближе к завальному краю опорной балки, с секциями крепи с кронштейнами, установленными дальше от завального края. Соседние секции крепи связывают домкратами передвижки. В исходном состоянии стойки крепи расперты, опорные балки вставлены в неглубокие скважины, пробуренные в угольном массиве в сторону предполагаемой отработки выемочного столба, а козырек каждой секции крепи спрятан во внутреннем пространстве перекрытия.

Секции крепи работают следующим образом. Во время выемки верхней полосы угля очистной комбайн движется по комбайновой дорожке на уровне чуть выше опорных балок 5 секций крепи. При этом машинист комбайна управляет исполнительными органами комбайна, регулируя высоту их установки над уровнем слоя, а машинист крепи, располагающийся на специальной площадке сбоку от корпуса комбайна, управляет козырьками секций крепи и гасителями скорости. Сразу после отбойки угля в зоне поддержания кровли текущей секции крепи машинист крепи включает гидрораспределитель 30. Под действием гидравлического домкрата 16 козырек 15 данной секции крепи выдвигается в сторону очистного забоя, подхватывая тем самым обнаженную кровлю, и увлекает за собой гаситель скорости 26. Отбитый уголь под действием силы тяжести устремляется вниз по лаве и попадает на лопасть гасителя скорости 26. Так как лопасть выполнена в виде решетки, то куски угля, размер которых меньше ячейки решетки лопасти гасителя, проходят сквозь лопасть и далее попадают на наклонный забой, который несколько снижает скорость движения мелкого угля за счет сил трения. Более крупные куски угля остаются на решетке до тех пор, пока масса угля на решетке не превысит сопротивление пружин 11 гасителя 26. Под действием массы угля не решетке лопасть начнет поворачиваться вокруг оси 10. При дальнейшем наполнении лопасти угол ее поворота будет увеличиваться и в какой-то момент времени превысит угол естественного откоса угля - отбитый уголь свалится с лопасти и попадет на забой или на лопасть гасителя ниже установленной секции крепи и т.д., а лопасть гасителя данной секции вернется в исходное положение.

После выхода комбайна на вентиляционный штрек козырьки всех секций будут выдвинуты. Начинают выемку полосы угля в нижнем слое при движении комбайна от конвейерного штрека к вентиляционному, т.е. в слое ниже опорных балок 5. При этом машинист комбайна управляет исполнительными органами комбайна по высоте, не допуская опасного приближения одного из них к опорным балкам, а машинист крепи управляет секцией крепи, в зоне которой ведется выемка угля. Для этого машинист крепи подключает специальный кабель от комбайна к электрическому разъему на секции крепи и включает в работу буровые исполнительные органы, размещенные в опорных балках, и подачу буровых инструментов на забой. После окончания бурения скважин на глубину, равную величине захвата исполнительного органа комбайна, машинист крепи выключает гидравлические домкраты подачи, выключает приводы буровых инструментов и отсоединяет кабель электропитания от секции крепи. Затем, управляя краном-гидрораспределителем, включает домкраты 16, обеспечивая тем самым обратный ход козырька текущей секции крепи во внутреннее пространство перекрытия 4. После этого снимает распор гидравлических стоек 2 и включает в работу гидравлические домкраты передвижки данной секции крепи. Опорные балки 5 секции крепи вдвигаются в пробуренные скважины и через струбцины 22 и 23 увлекают за собой стойки 2, основание 1, ограждение 3 и все остальные составляющие данной секции крепи. По окончании передвижки секцию крепи опять распирают, а работы переносят на следующую секцию крепи.

Во время выемки полосы угля в нижнем слое на противоположном конце лавы, в верхнем слое ведут работы по зарубке комбайна в угольный массив.

После выхода комбайна нижнего слоя на вентиляционный штрек и передвижки всех секций крепи начинают выемку полосы в верхнем слое при движении комбайна от вентиляционного штрека к конвейерному. Во время выемки полосы угля в верхнем слое в нижнем слое ведут подготовку к выемке очередной полосы угля.

При выемке полосы угля в нижнем слое при движении комбайна от вентиляционного штрека к конвейерному передвижку секций крепи осуществляют следующим образом. Очистной комбайн, спускаясь по лаве, отбивает уголь, и в это же время машинист крепи по ходу комбайна подключает к энергосистеме комбайна последовательно три секции крепи, т.е. обеспечивает бурение скважин для трех секций. Затем комбайн останавливают и осуществляют передвижку самой нижней из трех секции крепи, за ней - вторую и третью в восходящем порядке. После этого опять включают в работу очистной комбайн и выполняют все работы в зоне следующих трех секций и т.д., т.е. бурение скважин осуществляют в нисходящем порядке, а передвижку секций крепи - в восходящем по три секции.

В случае, когда необходимо заменить зубки исполнительного органа бурового инструмента, обычно это делают в ремонтную смену, порядок работ следующий. После снятия полосы угля в верхнем слое и выдвижения козырьков секций крепи приступают к обеспечению доступа к буровому инструмента обслуживаемой секции. Для этого сначала отсоединяют от опорных балок струбцины 22 и 23 и снимают хомуты 19, потом домкратами передвижки данной секции вытаскивают опорные балки из скважин на величину возможного хода штоков домкратов передвижки, затем отсоединяют от опорной балки домкраты передвижки и для дальнейшего выдвижения обслуживаемой балки используют переносной гидравлический домкрат. После выхода бурового инструмента за линию забоя верхнего слоя устанавливают хомут 19 для удержания опорной балки в данном положении, осуществляют доступ к буровому инструменту с почвы верхнего слоя и производят замену зубков.

При необходимости замены опорной балки ремонтные работы производят после снятия полосы угля в нижнем слое. Опорную балку выдвигают из скважины до соприкосновения с ограждением 3, после чего она может быть извлечена из массива и удалена из рабочего пространства очистного забоя. Новую балку устанавливают в обратном порядке.

Таким образом, установка гасителей скорости транспортируемого угля в верхней и нижней частях секции крепи снижает вероятность отрицательного динамического воздействия крупных кусков отбитого угля на секции крепи, что повышает надежность поддержания очистного забоя. Подвижное соединение гидравлических стоек с опорными балками снимает отрицательное воздействие горного давления на опорную балку, т.е. способствует повышению надежности крепления очистного забоя. Использование в составе крепи верхнего перекрытия с выдвижным козырьком способствует снижению площади постоянного обнажения кровли. Разделение крепи на два этажа установкой опорных балок способствует тому, что выемка угля может быть осуществлена последовательно то в верхнем, то в нижнем слое, а для проветривания очистного забоя одновременно используется пространство и ниже опорных балок, и выше них, что способствует повышению эффективности разработки крутонаклонного пласта. Использование в крепи ограждения, выполненного из щитов, установленных под углом друг к другу, направленным вершиной в сторону завала, обеспечивает необходимый объем рабочего пространства не только для проветривания очистного забоя, но и для производства ремонтных работ и технического обслуживания. Все это способствует повышению эффективности крепления очистного забоя мощного крутонаклонного пласта. Более того, появляется возможность эффективной добычи угля из мощных крутонаклонных 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. Патент РФ №2168629 (прототип).

Изобретение предназначено для использования в горном деле при добыче угля и других полезных ископаемых из крутонаклонных пластов. Задачей изобретения является повышение надежности крепления и ремонтопригодности крепи. Секция крепи содержит основание, горизонтально ориентированные опорные балки коробчатого сечения, гидродомкраты передвижки, гидравлические стойки, телескопическое перекрытие, ограждение, гасители скорости, кран-гидрораспределитель и электрический разъем. Во внутреннем пространстве каждой опорной балки установлен буровой инструмент, связанный с вращателем и гидродомкратом подачи. Опорные балки нормально ориентированы к гидравлическим стойкам и связаны с ними в их средней части с возможностью перемещения в направлении оси опорной балки и ограниченного перемещения в направлении оси стойки. Между собой опорные балки связаны стяжкой. Телескопическое перекрытие имеет коробчатое сечение, в его внутреннем пространстве размещен выдвижной козырек, кинематически связанный с перекрытием посредством гидравлических домкратов. Нижняя поверхность козырька жестко связана с телескопическим гасителем скорости, на корпусе которого установлен кран управления гидравлической системы козырька. С верхней поверхностью каждой опорной балки кинематически связан электрический вращатель бурового инструмента. Ограждение выполнено из верхнего и нижнего щитов, установленных под углом друг к другу, с вершиной угла, направленной в сторону завала, и связанных между собой осью с возможностью поворота вокруг оси. Верхний щит связан с гидравлической стойкой и перекрытием, а нижний - с гидравлической стойкой и основанием. На одной из гидравлических стоек ниже уровня опорной балки установлен электрический разъем, на другой - кран управления гидравлической системой секции крепи. Опорная балка расположена ниже гидравлической стойки по линии предполагаемого падения пласта. 6 ил.

Секция крепи для поддержания очистного забоя мощного крутонаклонного угольного пласта, содержащая основание, верхнее перекрытие, гидродомкраты передвижки, опорные балки с буровым инструментом, установленные параллельно основанию и перекрытию, гидравлические стойки, установленные по нормали к опорной балке и верхнему перекрытию, и ограждение, отличающаяся тем, что своим завальным концом каждая опорная балка связана с соответствующей гидравлической стойкой в средней ее части по касательной с возможностью перемещения в направлении оси опорной балки, ограниченного перемещения в направлении оси гидравлической стойки, без перемещения в направлении нормали к стойке и опорной балке, перекрытие имеет коробчатое сечение и в его внутреннем пространстве размещен выдвижной козырек, кинематически связанный с перекрытием посредством гидравлических домкратов, нижняя поверхность козырька жестко связана с телескопическим гасителем скорости, на корпусе которого установлен кран управления гидравлической системы козырька, с верхней поверхностью каждой опорной балки кинематически связан электрический вращатель бурового инструмента, ограждение выполнено из двух щитов, верхнего и нижнего, установленных под углом друг к другу, с вершиной угла, направленной в сторону завала, и связанных между собой осью с возможностью поворота вокруг оси, причем верхний щит связан с гидравлической стойкой и перекрытием, а нижний - с гидравлической стойкой и основанием, на одной из гидравлических стоек ниже уровня опорной балки установлен электрический разъем, на другой - кран управления гидравлической системой секции крепи, при этом опорная балка расположена ниже гидравлической стойки по линии предполагаемого падения пласта.