МЕХАНИЗИРОВАННАЯ КРЕПЬ ДЛЯ КРУТЫХ ПЛАСТОВ Российский патент 2008 года по МПК E21D23/00 

Изобретение относится к горной промышленности, к средствам механизации добычи полезного ископаемого, в частности к механизированным крепям очистных агрегатов для добычи угля крутых пластов средней мощности подземным способом.

Известна механизированная крепь агрегата АК-3 для пластов крутого падения оградительно-поддерживающего типа с фронтальным выемочным органом, принятая в качестве прототипа [1]. Она включает базовый став и линейные секции, каждая из которых состоит из гидростойки с верхняком, башмака и гидродомкрата передвижки. Базовый став этой механизированной крепи является прочным и жестким. Это обеспечивает прямолинейность агрегата и возможность управления его движением путем поворотов става относительно элементов залегания пласта. Конструктивная связь последовательно передвигаемых линейных секций крепи с передним и задним поясами базового става обеспечивает небольшие величины сползания агрегата по падению при его передвижке и устойчивость секций. Наличие домкратов передвижения у почвы и кровли пласта в каждой линейной секции крепи обеспечивает передвижение базового става и линейных секций, а также управляемость агрегата по пласту. Короткие жесткие верхняки шарнирно соединены с криволинейной ограждающей спинкой и обеспечивают при последовательной передвижке секций снизу вверх хорошую защиту рабочего пространства от обрушения кровли и проникновения обрушенных пород. Передняя стенка базового става является опорой и направляющей фронтального выемочно-доставочного органа, обеспечивающей защиту рабочего пространства от отбитого угля.

Недостатками данной механизированной крепи являются:

1. Для движения агрегата без сползания его нижний конец должен опережать верхний при угле разворота забоя 2-2,5 градуса [2]. Фактически же угол поворота линии забоя изменялся в пределах +5-6 град. В результате чего агрегат сползал по падению на 0,9-1,0 м, а с учетом уклона штрека общее сползание составило около 1,9 м. Отставание забоя по вентиляционному штреку и сползание крепи приводили к аварийному состоянию кровли верхнего сопряжения лавы со штреком. Разворот жесткой базовой балки агрегата с помощью домкратов передвижения путем отключения одних при подаче давления в другие малоэффективен, длителен и трудоемок.

2. Неудовлетворительная управляемость агрегата в пределах пласта определяется жесткой пространственной связью базового става агрегата на всю его длину, в результате чего стрела прогиба агрегата как в плоскости пласта, так и в плоскости падения не превышает 0,5 м, т.е. агрегат является практически прямолинейным. Поэтому в условиях разработки пласта с переменным углом падения наблюдается присечка породы до 0,9-1,0 м или оставляется пачка угля до 1,2-1,3 м. И это при том, что путем изменения высоты выемочного органа, а также передвижения агрегата только нижними или верхними домкратами удавалось оперативно поднимать или опускать агрегат относительно боковых пород на 35-50 мм за цикл, что делать тоже хлопотно.

3. Оставление пачки угля у кровли толщиной до 0,3-0,4 м было предусмотрено проектом отработки участка в связи с наличием в кровле слоя очень слабых неустойчивых пород. К тому же прямолинейность агрегата при волнистом залегании пласта приводит тоже к оставлению пачки угля в кровле или почве пласта. Было замечено, что на отдельных участках лавы угольная пачка систематически разрушалась, что приводило к раздвижке гидростоек, находящихся под распором, уменьшению их сопротивления, а над секциями образовывалась куполообразная зона обрушения. Также в этих местах наблюдался активный отжим угля из забоя [3].

Разрушение предохранительной пачки угля не может происходить только под действием статической нагрузки. При максимально достигнутом сопротивлении крепи, равном 45 тс на гидростойку, усадка угольной пачки составляла 0,6 мм. Расчеты и наблюдения подтвердили предположение, что разрушение угольной пачки происходило в результате вибраций, передающихся от выемочного органа через жесткую базовую балку на крепь. Источником возмущающей силы являются движущиеся каретки струга и сила энерции неуравновешенных частей приводов. Кроме этого, особенности кинематики цепной передачи выемочного органа обуславливают колебания линейной скорости цепи и момента на валу звездочки вследствие периодического изменения радиуса приложения окружного усилия.

Собственная частота колебаний гидростойки секции под распором, вычисленная по формуле Бусенеску, изменяется от 4,8 Гц в начале цикла до 1,7 Гц при полной нагрузке крепи. При этом частота на валу двигателя равна 150 Гц, а частота на валу звездочки при скорости резания 1,09 м/сек равна 2,5 Гц. Известно, что в области, близкой к резонансу, когда частота собственных колебаний опоры отличается от частоты вынужденных колебаний не более 30%, появляются неупругие деформации горных пород. В данном случае собственные колебания секции крепи могут резонировать с колебаниями, обусловленными кинематикой цепной передачи выемочного органа, возникающими на валу звездочки в диапазоне 1,75-3,25 Гц, что соответствует сопротивлению крепи 30 тс и выше, вплоть до номинала. Такое давление гидростойки создавали лишь в 10-15 м от вентиляционного штрека. В средней лаве оно не превышало 17 тс/секц., а в 0-10 м от конвейерного штрека вновь возрастала до 25 тс/секц.

То есть неупругие деформации боковых пород могли возникнуть лишь в верхней 1/3 части лавы, где и действительно наблюдалось высыпание предохранительной пачки угля и внедрение башмаков гидростоек в слабую, склонную к вспучиванию почву пласта.

Поэтому в целях устранения динамических нагрузок кинематические связи секций крепи с выемочным органом должны иметь специальные виброизолирующие устройства.

4. Для удержания гидростойки от заваливания при разгрузке верхний гидродомкрат передвижки расположен в проеме (окне) гидростойки, что приводит к искривлению штока гидродомкрата и потере работоспособности.

Цель изобретения - повышение устойчивости и вписываемости крепи в пласт крутого падения, способной в перспективе работать с устройствами физического разрушения угля (лазер, ультрозвук, струя воды) и автоматизированным управлением всех производственных процессов, улучшение передвигаемости и устранение сползаемости.

Поставленная цель достигается тем, что в механизированной крепи для крутых пластов, включающей базовый став и линейные секции, каждая из которых состоит из гидростойки с верхняком, башмака и гидродомкрата передвижки, согласно изобретению базовый став разделен на базовые секции, каждая из которых состоит из передней и завальной стенок с гидростойками распора и верхняком базовой секции и хвостовиков, соединяющих переднюю и завальную стенки по почве пласта, при этом гидростойка линейной секции снабжена опорной плитой и крепится на арочной конструкции с роликовыми опорами, установленными с возможностью перемещения внутри хвостовиков базовой секции для фиксации линейной секции в строго нормальном к пласту положении при ее разгрузке и передвижке, а в основании каждой базовой секции расположены гидродомкраты коррекции с возможностью распирания в нижерасположенную загруженную базовую секцию для подачи данной секции по восстанию пласта по очереди, начиная с верхней.

Перемещение гидростойки, установленной на арочной конструкции с роликовыми опорами, внутри хвостовиков базового става обеспечивает строго нормальное положение крепи при ее передвижке. Снабжение каждой базовой секции крепи собственными гидростойками распора, гидродомкратами передвижки и гидродомкратами коррекции позволяет каждой секции индивидуально вписываться в пласт и перемещаться по восстанию пласта.

Кроме того, башмак может быть установлен на роликовых опорах с гидроамортизаторами с возможностью подъема его над почвой при передвижке секции крепи для предотвращения его зарывания в слабую почву и опускания башмака при загрузке крепи для снятия нагрузки с роликовых опор и передачи ее на башмак.

Верхняк линейной секции может иметь клиновидную форму с волнистой линией стыковки. В этом случае верхняк базовой секции имеет сквозную выемку, имеющую форму, конгруэнтную форме верхняка линейной секции.

В созданном пространстве под арочной конструкцией может быть расположен аппаратный отсек шаровой или любой другой формы на вибропоглощающих растяжках для аппаратуры автоматизированного управления как выемочным органом с использованием лазера, ультразвука, режущей струи воды, так и всеми устройствами секции крепи. На крутом падении наблюдаются значительные динамические воздействия на завальное ограждение обрушенных и перепущенных с верхних горизонтов породных масс. Проникшие под крепь куски породы рекошетят и производят ударные нагрузки на забойное оборудование. Поэтому управляющая электроника должна быть ограждена от вибро-ударных воздействий, например, сетью растяжек.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен вертикальный разрез секции крепи; на фиг.2 - вид на секцию крепи сбоку и вертикальный разрез секции базового става; на фиг.3 - вид на секцию крепи сверху; на фиг.4 - вид на секцию крепи сверху в случае выполнения верхняков волнистой формы.

Базовый став разделен на базовые секции, каждая из которых состоит из передней стенки 12 с гидростойками распора 13 и гидродомкратами коррекции 14 секции по восстанию-падению пласта и завальной стенки 15 с аналогичными гидростойками распора 13 и гидродомкратами коррекции 14. Завальная 15 и передняя 12 стенки базовой секции соединены хвостовиками 7. На гидростойках распора 13 установлен верхняк базовой секции 16, выполненный со сквозной выемкой, имеющей форму, конгруэнтную форме верхняка линейной секции.

Линейная секция крепи состоит из гидростойки распора 2 с верхняком 1 и опорной плитой 3. Она расположена на арочной конструкции 4 с роликовыми опорами 5 и гидроамортизаторами (рессорами) 6. Роликовые опоры 5 перемещаются внутри хвостовиков 7 базовой секции. Башмак 8 секции крепи крепится на тех же роликовых опорах 5 с гидроамортизаторами (рессорами) 6, что позволяет при распоре гидростойки распора 2 распираться в почву пласта, а при ее разгрузке и передвижке крепи - отрываться от почвы и облегчать передвижку крепи гидродомкратами передвижки 11.

В созданном пространстве под арочной конструкцией может располагаться аппаратный отсек 9 шаровой или любой другой формы на вибропоглощающих растяжках 10, в котором может находиться аппаратура автоматизированного управления выемочным органом физического разрушения и всем другим оборудованием секции крепи (маслостанция, гидростойки, гидродомкраты).

Предлагаемая крепь может работать с обычным угольным комбайном, а также с выемочным органом физического разрушения типа лазера, ультразвука или струи воды высокого давления.

Доставка угля по лаве на крутом падении осуществляется самотеком. Поэтому абсолютная прямолинейность забоя и жесткость базового става не требуются.

Передвижку базовой секции на забой осуществляют гидродомкратами передвижки 11 по мере выемки угля с созданием подпора в гидростойках распора 13 или же после выемки полоски угля и разгрузки гидростоек распора 13.

Затем эти гидростойки распора 13 распираются на полную мощность, а гидростойка 2 линейной секции крепи разгружается. Гидроамортизаторы (рессоры) 6 приподнимают башмак 8 от почвы пласта и линейная секция крепи на роликовых опорах 5, находящихся внутри хвостовиков 7 базовой секции, гидродомкратами передвижки 11 подтягивается к забою. При этом неровности почвы, ее склонность к вспучиванию не мешают передвижке крепи.

Не мешают и любые перегибы пласта и его волнистость. Каждая линейная секция, объединенная с базовой секцией в единое целое, вписывается в трассу, проложенную выемочным органом, индивидуально.

Периодически для компенсации сползания на миг разгружаются все гидростойки самой верхней линейной секции (при возможном сохранении подпора гидростоек распора 13 базовой секции) и гидродомкратами коррекции 14, которые опираются на распертую нижележащую секцию, самая верхняя секция крепи подается вверх по восстанию на нужную величину и секция крепи вновь распирается на полную мощность.

Аналогичный процесс повторяется со всеми секциями от верха до низа лавы.

При изменении длины лавы возможен обратный процесс - опускание секций крепи, начиная с самой нижней.

Дополнительно можно указать следующее.

При разгрузке секции крепи на крутом падении иногда верхняк перекашивается, что приводит к его заклиниванию. Для уменьшения перекосов и заклинивания верхняка возможно заменить гидростойку 2 на пневмостойку, а верхняк линейной и верхняк базовой секции выполнять клинообразной «мягкой» волнистой формы (фиг.4). Для работы электроники в условиях шахт, опасных по газу и пыли, аппаратный отсек желательно заполнять негорючим газом с некоторым подпором в целях защиты от пыли пожаробезопасности.

Общий строй секций вдоль забоя должен осуществляться автоматически по лазерному лучу.

В каждой секции под арочной конструкцией целесообразно располагать локальную маслостанцию, что ускорит распор и передвижку секций.

При решении проблемы доставки разрушенного физическим способом угля по лаве предложенная крепь может быть использована на наклонном падении. Техническая и экономическая польза от внедрения данного изобретения очевидна.

Источники информации

1. Докт. техн. наук К.А.Ардашев, канд. техн. наук В.М.Шик, инж. А.А.Перфилов (ВНИМИ), канд. техн. наук Н.И.Яковлев, инженеры В.А.Аксенов, А.В.Вансию (комбинат «кузбассуголь»), А.М.Долинский (Гипроуглемаш). Результаты испытаний агрегата АК. М., «Горные машины и автоматика», 3, 1972.

2. Проф., докт. техн. наук К.А.Ардашев, канд. техн. наук В.М.Шик, аспирант А.А.Перфилов. Исследование взаимодействия с боковыми породами и управляемости агрегата АК на крутом пласте. Ленинград, Труды ВНИМИ, сб 85, 1972.

3. А.А.Перфилов. Особенности взаимодействия механизированной крепи с предохранительной угольной пачкой Кемерово, Труды КузПИ, сб. 43,1980.

Изобретение относится к угольной промышленности, в частности к области механизированного крепления очистных выработок при выемке полезных ископаемых. Обеспечивает повышение устойчивости и вписываемости крепи в пласт крутого падения. Крепь включает базовый став и линейные секции. Каждая линейная секция состоит из гидростойки 2 с верхняком 1, башмака 8 и гидродомкрата передвижки 11. Базовый став разделен на базовые секции, каждая из которых состоит из передней 12 и завальной 15 стенок с гидростойками распора 13 и верхняком базовой секции 16 и хвостовиков 7, соединяющих переднюю 12 и завальную 15 стенки по почве пласта. Гидростойка 2 линейной секции снабжена опорной плитой 3 и крепится на арочной конструкции 4 с роликовыми опорами 5. Роликовые опоры 5 установлены с возможностью перемещения внутри хвостовиков 7 базовой секции для фиксации линейной секции в строго нормальном к пласту положении при ее разгрузке и передвижке. В основании каждой базовой секции расположены гидродомкраты коррекции 14 с возможностью распирания в нижерасположенную загруженную базовую секцию для подачи данной секции по восстанию пласта по очереди, начиная с верхней. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Механизированная крепь для крутых пластов, включающая базовый став и линейные секции, каждая из которых состоит из гидростойки с верхняком, башмака и гидродомкрата, передвижки, отличающаяся тем, что базовый став разделен на базовые секции, каждая из которых состоит из передней и завальной стенок с гидростойками распора и верхняком базовой секции и хвостовиков, соединяющих переднюю и завальную стенки по почве пласта, при этом гидростойка линейной секции снабжена опорной плитой и крепится на арочной конструкции с роликовыми опорами, установленными с возможностью перемещения внутри хвостовиков базовой секции для фиксации линейной секции в строго нормальном к пласту положении при ее разгрузке и передвижке, а в основании каждой базовой секции расположены гидродомкраты коррекции с возможностью распирания в нижерасположенную загруженную базовую секцию для подачи данной секции по восстанию пласта по очереди, начиная с верхней.2. Механизированная крепь по п.1, отличающаяся тем, что башмак установлен на роликовых опорах с гидроамортизаторами с возможностью подъема его над почвой при передвижке секции крепи для предотвращения его зарывания в слабую почву, и опускания башмака при загрузке крепи для снятия нагрузки с роликовых опор и передачи ее на башмак.3. Механизированная крепь по п.1, отличающаяся тем, что верхняк линейной секции имеет клиновидную форму с волнистой линией стыковки.4. Механизированная крепь по п.1, отличающаяся тем, что внутри арочной конструкции располагается аппаратный отсек на вибропоглощающих растяжках для аппаратуры автоматизированного управления как выемочным органом с использованием лазера, ультразвука, режущей струи воды, так и всеми устройствами секции крепи.