МЕХАНИЗИРОВАННАЯ КРЕПЬ ДЛЯ КРУТЫХ ПЛАСТОВ Российский патент 2011 года по МПК E21D23/04 

Изобретение относится к угольной промышленности и в частности к области механизированного крепления очистных выработок при выемке угля из средней мощности крутых пластов с физическим способом разрушения угля (лазером, ультразвуком, режущей струей воды). Крутые пласты отличаются высокой геологической нарушенностью выемочных полей и большой изменчивостью гипсометрии, при этом нагрузки на крепь не велики, так как 3/4 части лавы самоподбучивается породами, перепускаемыми с верхних ранее отработанных горизонтов. Основная нагрузка ложится на завальный, органный ряд гидростоек в периоды осадки основной кровли. В пределах же рабочего пространства лавы нагрузки в 1.5-2 раза ниже[5-8].

До настоящего времени не создано эффективной техники и безопасной технологии для отработки крутых пластов. Поэтому во многих угледобывающих странах такие пласты не отрабатываются, консервируются.

Известны очистные комплексы типа КМ87, КМ88, КМТ, ОКП, КМ 103, включающие секции крепи, направляющие секционные балки, соединяющие став конвейера с секциями крепи, БАЗУ комплекса в виде конвейерного става и выемочного органа [1].Эти мощные, высокопроизводительные комплексы с устойчивыми механизированными крепями работают при углах падения пласта до 10-15°. Известны современные унифицированные комплексы нового технического уровня типа КМ137, КМ138, КМ142, КМ143, КМ144, рассчитанные на пологие угольные пласты с углом падения до 35° [2].

Все указанные комплексы невозможно применять на наклонных и крутых пластах с углом залегания свыше 35° и при безлюдной выемке угля. На крутом падении крепь склонна к сползанию и опрокидыванию в сторону падения. Поиски механизма стабилизации крепи ведутся в различных направлениях.

Известен комплекс Долинского МКД с механизированной крепью [3]. Комплекс для наклонных и крутых пластов МКД, включающий став комплекса, очистной комбайн, систему управления и секции крепи, каждая из которых содержит перекрытие с козырьком, имеющим возможность поворачиваться в сторону забоя на 180°, ограждение, стойки и основание, связанное со ставом двигательным домкратом и секционной направляющей, отличающийся тем, что основание секции крепи выполнено единым для секции и снабжено вертикальным кронштейном и проушинами, расположенным в плоскости симметрии основания, секционная направляющая состоит из двух шарнирно соединенных балок с тремя взаимно параллельными шарнирами.

Недостатки крепи комплекса МКД следующие. Система стабилизации секций в плоскости, перпендикулярной плоскости става, двумя направляющими балками с вертикальным кронштейном по башмаку и со стабилизирующим домкратом по верхняку устраняет или уменьшает стремление к наклону секций на забой или от забоя, но мало препятствует развороту, наклону и сползанию в сторону падения пласта. Сползанию, перекосам и опрокидыванию способствует и неприжатость базовой балки к почве пласта особенно при обводненности почвы (естественная или при орошение), при вибрации выемочного органа при слабых боковых породах (купола над верхняками и зарывание башмака в почву пласта).

Известна механизированная крепь для пластов крутого падения [4], принятая в качестве прототипа.

Она включает базовый став, разделенный на базовые секции, каждая из которых состоит из передней и завальной стенок с гидростойками распора и хвостовиков, соединяющих переднюю и завальную стенки по почве пласта, и линейные секции, каждая из которых состоит из гидростойки с верхняком и опорной плитой, которые крепятся на роликовых опорах, установленных с возможностью перемещения внутри хвостовиков базовой секции, отличающаяся тем, что линейные секции содержат капсулу аппаратного отсека с ребрами жесткости и покрытую пористой резиной или полимером, на которую опираются гидростойка с верхняком и опорной плитой, а роликовые опоры прикреплены к капсуле, причем капсула выполнена с утолщением днища в виде башмака. Для удобства обслуживания аппаратуры управления, расположенной в капсуле, вдоль передней стенки базовой секции проложен людской ходок с воздухопроводом, создающим подпор чистого воздуха как внутри ходка, так и внутри капсулы-аппаратного отсека.

Недостатком данной механизированной крепи является размещение роликовых опор внутри хвостовиков, что может привести к их заштыбовке и заклиниванию особенно на пластах со слабыми боковыми породами и почвами, склонными к вспучиванию. Заклинивание роликовых опор может значительно снизить работоспособность крепи.

Для выемочного органа с физическим способом разрушения угля не требуется ни мощной базовой балки вдоль забоя, ни базовых секций.

В-третьих, существующая кинематическая схема передвижки данной крепи включает множество гидравлических элементов, которые обладают низкими показателями наработки на отказ, что понижает работоспособность крепи в целом.

Цель изобретения - дальнейшее повышение работоспособности крепи, улучшение ее устойчивости и способа передвижки. Для реализации поставленных задач и с учетом того, что вблизи забоя горное давление незначительное, для крепления рабочего пространства лавы достаточно иметь две органных (завальных) гидростойки и гидростойку линейной секции. Для корректировки секции крепи при ее сползании боковые поверхности капсулы линейной секции имеют пневматические подушки с опорными щитами. Аппаратура выемочного органа размещена в аппаратном отсеке, а компактный исполнительный орган может перемещаться по заданной траектории очистного забоя (в пределах секции крепи) роботом-манипулятором с механической рукой.

Задача повышения работоспособности, устойчивости и улучшения передвижки крепи решается за счет улучшения компоновки и кинематической схемы передвижки. Другие компоненты крепи идентичны аналогу [4].Управляющая электроника ограждена от горного давления силовым каркасом, а от виброударных воздействий - покрытием корпуса капсулы слоем пористой резины или полимером. Наблюдение за процессом выемки угля и работой устройств ведется дистанционно с применением видиокамер.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 представлены вид на секцию крепи сбоку и вертикальный разрез секции, на фиг.2 - вид на секцию крепи сверху и горизонтальный разрез секции, на фиг.3 - вид сзади.

Предлагаемая крепь состоит из однотипных линейных секций, каждая из которых состоит из верхняка 1, гидростойки распора 2, вставленной в стакан 3 и опирающейся на опорную плиту 4, далее опорное давление горных пород передается на силовой каркас 5, внутри которого находится капсула аппаратного отсека 6, и далее на башмак секции крепи 19. Устройства коррекции, расположенные с обеих боковых поверхностей капсулы 6, состоят из опорных щитов 8 и пневмоподушек 17.

Сзади капсулы 6 расположены гидростойки распора 9, домкрат передвижки 10 и поддерживающий домкрат 11. К гидростойкам распора 9 крепится завальное ограждение 18. Между гидростойками распора находятся гидродомкраты коррекции 8.

Спереди капсулы 6 на башмаке 19 секции крепи установлен робот-манипулятор, состоящий из поворотной платформы 13 с серводвигателем, механической руки 14, выполняющей сложные движения с помощью пошаговых электродвигателей, и захвата 15 для смены исполнительного органа. Сигналы датчиков, контроллеров и видиокамер обрабатываются центральным компьютером, вырабатываются управляющие команды, которые корректируются человеком и подаются в цепь управления. Управляющая электроника должна быть ограждена от виброударных воздействий, например, покрытием корпуса капсулы слоем пористой резины или полимером. В капсулы линейных секций по воздухопроводу подается чистый воздух и создается подпор воздуха, припятствующий попаданию внутрь пыли.

Для профилактических и ремонтных работ служит люк 7. Для ограждения рабочего пространства лавы от попадания угля служит оградительная сетка 16.

Ход работ.

Выемочный цикл начинается с разрушения угля физическим способом: захват робота 15 берет исполнительный орган лазерного устройства и, перемещаясь по заданной траектории, разрезает угольный массив на блоки. Затем используется исполнительный орган струи воды высокого давления, которым разрушается угольный массив. После скачивания угля на откаточный штрек, устройством ультразвука подрезается « присуха» угля по кровле пласта и выравнивается почва. Смена инструментов и режимов работы, а также траекторий движения механической руки по площади забоя осуществляется автоматически под управлением контроллеров внутри капсулы и центральным компьютером. Доставка угля по лаве на крутом падении осуществляется самотеком.

После выемки полоски угля, по-видимому, толщиной не более 25-30 см разгружается верхняя линейная секция: гидростойка 2 сокращается и гидродомкрат передвижки 10 подает секцию на забой, при этом боковые пневмоподушки 17 с опорным шитом 17 препятствуют наклону и опрокидыванию секции по падению пласта. После распора линейной секции на новом месте разгружаются две гидростойки органного ряда 9, которые вместе с завальным ограждением 12 подтягиваются домкратом 10 к линейной секции и вновь распираются.

Периодически для компенсации сползания выше расположенная органная гидростойка 9 подается вверх по восстанию пласта на необходимую величину и распирается. Затем на миг разгружается гидростойка распора 2 линейной секции и ниже расположенная органная гидростойка 9, и с помощью домкратов коррекции 8 и пневмоподушек 17 с опорным щитом 8, которые распираются в соседнюю ниже расположенную распертую секцию, верхняя линейная секция подается вверх по восстанию пласта на необходимую величину. 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.

Техническая и экономическая польза от внедрения данного изобретения очевидна: из-за отсутствия работоспособных крепей огромные запасы угля в крутых пластах консервируются.

Источники информации

1. Хорин В.Н.Развитие техники для подземной добычи угля, калийных и марганцевых руд. - М.:Недра, 1985, с.148-167).

2. Орлов А.А.и др. Крепление и управление кровлей в комплексно механизированных очистных забоях. - М.:Недра, 1993, с.217-279.

3. Патент RU 2276729 C1, E21D 23/00, Бюл. №14.

4. Патент RU 2372483 C1, E21D 23/00, Бюл. №31, 2009.

5. Совершенствование разработки угольных пластов Прокопьевско-Киселевского месторождения Кузбасса с применением комплексной механизации. Сборник трудов. Прокопьевск, 1972 г.

6. К.А.Ардашев, А.А.Перфилов (ВНИМИ), А.М.Долинский (Гипроуглемаш). Результаты испытаний агрегата АК. М., »Горные машины и автоматика», 3, 1972.

7. К.А.Ардашев, В.М.Шик, А.А.Перфилов. Исследование взаимодействия с боковыми породами и управляемости агрегата АК на крутом пласте. Ленинград, Труды ВНИМИ, сб.85, 1972.

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

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к области механизированного крепления очистных выработок при выемке угля из тонких и средней мощности крутых пластов. Техническим результатом является повышение работоспособности крепи, улучшение ее устойчивости и способа передвижки. Механизированная крепь для крутых пластов средней мощности состоит из однотипных линейных секций, каждая из которых имеет верхняк, гидростойку распора, башмак, капсулу аппаратного отсека, завальное и призабойное ограждения, а также механизм передвижки и коррекции. Механизм стабилизации и коррекции расположен по обеим сторонам капсулы аппаратного отсека и состоит из опорных щитов и пневмоподушек, распирающихся в боковые поверхности капсул соседних секций. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Механизированная крепь для крутых пластов средней мощности, состоящая из однотипных линейных секций, каждая из которых имеет верхняк, гидростойку распора, башмак, капсулу аппаратного отсека, завальное и призабойное ограждения, а также механизм передвижки и коррекции, отличающаяся тем, что механизм стабилизации и коррекции, расположенный по обеим сторонам капсулы аппаратного отсека, состоит из опорных щитов и пневмоподушек, распирающихся в боковые поверхности капсул соседних секций.

2. Механизированная крепь по п.1, отличающаяся тем, что роль механизма подачи исполнительного органа физического разрушения угля по площади забоя выполняет робот-манипулятор с механической рукой и захватом, установленный на поворотной платформе спереди капсулы аппаратного отсека.