СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЩИТОМ Российский патент 2013 года по МПК E21D23/16 

Настоящее изобретение относится к способу управления щитом при подземной разработке, в котором секцию щитовой крепи во время ее удаления отжимают от ее соседней секции щитовой крепи с помощью по меньшей мере одного распорного цилиндра, предусмотренного в области верхняка щита, и по меньшей мере одного направляющего цилиндра, предусмотренного в области лыжи щита.

При этом распорный цилиндр может быть предусмотрен под распорным перекрытием, препятствующим проваливанию рыхлой кровли между отдельными щитами или секциями щитовой крепи. Вместе с тем такой распорный цилиндр является опорой верхняка на соседнем щите.

В настоящее время опорные цилиндры и направляющие цилиндры (Pusher) с помощью клапанов переключения нагружаются свободным напором.

Задачей изобретения является создание способа управления щитом при подземной разработке, при котором в положении наклонной отбойки с малыми затратами обеспечивается повышенная защищенность от опрокидывания соседних щитов.

Решение этой задачи осуществляется с помощью признаков пункта 1 формулы изобретения и, в частности, за счет того, что распорный и направляющий цилиндры нагружаются пониженным максимальным давлением, отводимым для каждого из высоконапорной линии через собственный клапан регулирования давления. Благодаря этому давление не только может подаваться на распорный и направляющий цилиндры отдельно друг от друга, но и появляется возможность установки разного давления для обоих этих цилиндров. Кроме того, пониженное максимальное давление согласно изобретению подается не из специальной низконапорной линии, а это давление как на распорный, так и на направляющий цилиндр, подается через предусмотренные для них клапаны регулирования высокого давления от высоконапорной линии, и без того имеющегося в забое.

Согласно изобретению при малых затратах добиваются того, чтобы усилия, с которыми щит опирается на свой соседний щит, были выбраны такой величины, чтобы, с одной стороны, предотвращалось соскальзывание, а, с другой, чтобы не произошло опрокидывания.

Согласно другому аспекту изобретения оно относится к клапану регулирования давления для осуществления вышеупомянутого способа, содержащему корпус клапана с впуском для высокого давления, выпуском для возврата и выпуском для пониженного давления текучей среды. При этом в корпусе клапана предусмотрен измерительный поршень, нагруженный регулируемым пружинным усилием и имеющий закрываемое иглой клапана пропускное отверстие между выпуском для пониженного давления текучей среды и выпуском для возврата. Благодаря измерительному поршню, нагруженному регулируемым пружинным усилием, может выбираться желательное пониженное максимальное давление, при котором измерительный поршень против пружинного действия открывается для ограничения гидравлического давления, достигающего выпуском для пониженного давления текучей среды. Клапан согласно изобретению может подсоединяться к высоконапорной линии, имеющейся в забое, и к соответствующей возвратной линии, причем на выпуске для пониженного давления текучей среды в этом случае устанавливается гидравлическое давление, не превышающее установленного значения, т.е. пониженного максимального давления. Установка желательного пониженного максимального давления может осуществляться просто большим или меньшим завинчиванием пружины, действующей на измерительный поршень, в корпус клапана.

Предпочтительные варианты выполнения изобретения описаны в описании, на чертежах, а также в зависимых пунктах формулы изобретения.

Согласно одному из вариантов изобретения может быть предпочтительно, чтобы игла клапана отжималась соответствующей пружиной в направлении измерительного поршня, поскольку в этом случае пропускное отверстие между выпуском для пониженного давления текучей среды и выпуском для возврата в безнапорном состоянии закрыто.

Кроме того, может быть предпочтительно, чтобы в корпусе клапана было предусмотрено закрываемое иглой клапана пропускное отверстие между впуском для высокого давления и выпуском для пониженного давления текучей среды. Таким образом игла клапана может блокировать дальнейший приток текучей среды, находящейся под высоким давлением, и это в то время, когда давление, действующее на выпуске для пониженного давления текучей среды, достигло или превысило установленное максимальное значение. Если давление на выпуске для пониженного давления текучей среды в результате действия на щит внешних сил нежелательным образом возрастет, то измерительный поршень против действия заранее установленного усилия пружины будет отжат от иглы клапана так, чтобы текучая среда могла вытекать в возвратную линию через пропускное отверстие между выпуском для пониженного давления текучей среды и выпуском для возврата.

Для хорошей и надежной работы может быть предпочтительно, чтобы пружина в безнапорном состоянии прижимала измерительный поршень к неподвижному упору на корпусе. Кроме того, может быть предпочтительно, чтобы был предусмотрен второй упор, ограничивающий перемещение измерительного поршня против действия пружины, поскольку в этом случае можно позаботиться о том, чтобы при сильных ударных давлениях сообщение с возвратной линией поддерживалось постоянно, а после ударного давления все элементы клапана находились в своем желательном положении.

Согласно другому варианту выполнения изобретения по меньшей мере один упор, в который упирается измерительный поршень, может иметь сферическую упорную поверхность, взаимодействующую со сферической ответной поверхностью. Таким образом могут компенсироваться опрокидывания, вызываемые пружиной, не оказывающей действия, направленного строго по оси.

По той же причине может быть предпочтительно осуществлять соединение пружины с измерительным поршнем на сферической поверхности. Для этого может быть предусмотрена, например, пружинная тарелка, в частности, взаимодействующая со сферической поверхностью измерительного поршня. При этом пружинная тарелка может быть выполнена таким образом, чтобы соприкосновение пружинной тарелки с измерительным поршнем происходило вдоль сферической частичной поверхности или приблизительно по линии.

Ниже настоящее изобретение поясняется лишь в качестве примера на основе предпочтительных примеров выполнения и со ссылкой на приложенные чертежи, на которых

фиг.1 изображает клапан регулирования давления в разрезе;

фиг.2 - частичный разрез на фиг.1 в увеличенном виде;

фиг.3 - гидравлическую схему с тремя распорными и одним направляющим цилиндром, и

фиг.4 - гидравлическую схему другого варианта выполнения с автоматическим управлением клапанами регулирования давления.

На фиг.1 изображен клапан регулирования давления в разрезе, содержащий корпус 10 клапана с впуском 11 для высокого давления, выпуском 14 для возврата R и с выходом 12 для пониженного давления А текучей среды. При этом впуск 11 подсоединяется к имеющейся в забое питающей линии с высоким давлением Р, а выпуск 14 - к соответствующей возвратной линии R. Выпуск 12 для пониженного давления А текучей среды может подключаться к распорному или к направляющему цилиндрам.

Как показано на фиг.1 и 2, в центральное отверстие корпуса 10 клапана завинчен с уплотнением посредством уплотнительных колец корпус 16 пружины, в котором установлена винтовая пружина 17, свободный конец которой давит на фланец 18 измерительного поршня 20, причем фланец 18 в изображенном безнапорном состоянии прилегает ко дну винтовой вставки 22. Винтовая вставка 22 имеет ступенчатое поперечное сечение и завинчена с уплотнением в аксиальное отверстие корпуса 10 клапана. В центре винтовой вставки 22 предусмотрено центральное отверстие, в которое с уплотнением вставлен измерительный поршень 20.

Измерительный поршень 20 перемещается внутри винтовой вставки 22 с уплотнением и имеет глухое центральное отверстие 24, образующее пропускное отверстие 24' между выпуском 12 для пониженного давления А текучей среды и выпуском 14 для возврата R. На правом на фигурах конце глухого отверстия 24 выполнено пересекающее его поперечное отверстие 26, связывающее отверстие 24 с выпуском 14.

Пропускное отверстие 24' в измерительном цилиндре 20 на участке уплотнительной поверхности 28 может перекрываться конической фаской 30 иглы 32 клапана, причем игла 32 клапана отжимается пружиной 34 в направлении измерительного поршня 20, или в направлении уплотнительной поверхности 28. Пружина 34 установлена в глухом отверстии другой винтовой вставки 36, завинченной в корпус 10 клапана. В этом глухом отверстии может перемещаться также на фигурах левый конец иглы 32 клапана.

В корпусе 10 клапана, т.е. точнее говоря на фигурах в правом конце винтовой вставки 36, выполнена другая уплотнительная поверхность 38, с помощью которой может перекрываться пропускное отверстие 39 между впуском 11 для высокого давления Р и выпуском 12 для пониженного давления А. Для перекрытия служит другая коническая фаска 40 клапана, выполненная на игле 32 клапана.

Как, в частности, показано на фиг.2, расстояние по оси между уплотнительной поверхностью 38, выполненной в пропускном отверстии 39 корпуса 10 клапана, и уплотнительной поверхностью 28, выполненной в пропускном отверстии 24' измерительного поршня 20, в (изображенном) безнапорном состоянии меньше расстояния по оси между соответствующими коническими фасками 40 и 30 клапанов на игле 32 клапана. Таким образом, в безнапорном состоянии добиваются того, чтобы между подающей линией Р и присоединением 12 для пониженного давления А текучей среды поддерживалась гидравлическая связь. Одновременно в этом состоянии пропускное отверстие 24' перекрыто иглой 32 клапана, прилегающей к седлу 28 клапана.

Выходное давление, возникающее на присоединении 12 для пониженного давления А текучей среды, устанавливается в очень большом диапазоне порядка 15-250 бар при свободном напоре порядка 300 бар, для чего корпус 16 пружины больше или меньше завинчивается в корпус 10 клапана. Благодаря этому изменяется усилие, с которым пружина 17 прижимается к измерительному поршню 20.

В обычном режиме высокое давление Р подается в изображенный клапан через присоединение 11, и гидравлическая жидкость сначала через пропускное отверстие 39 с уплотнительной поверхностью 38 устремляется к выпуску 12 для пониженного давления А текучей среды. Это давление одновременно действует на измерительный поршень 20, удерживаемый в своем положении пружиной 17. Когда действующее давление достигает силы, соответствующей установленному усилию пружины, измерительный поршень 20 на фиг.2 перемещается вправо, причем одновременно игла 32 клапана прилегает к уплотнительной поверхности 38 и перекрывает пропускное отверстие 39. В этом состоянии сообщение между Р и А перекрыто, а на присоединении 12 действует установленное максимальное давление, пониженное по сравнению со свободным напором Р. Однако, если давление, действующее на присоединении 12, под действием внешних сил повышается, то измерительный поршень 20 против действия пружины 17 на фиг.1 перемещается вправо, так что измерительный поршень 20 на участке плотной посадки 28 отходит от конической фаски 30 клапана и открывает сообщение с возвратной линией R, так что сжатая текучая среда может вытекать, и давление снова опускается до предварительно установленного давления.

Благодаря применению двух вышеописанных клапанов регулирования давления на один распорный и один направляющий цилиндр может подаваться пониженное максимальное давление, причем это пониженное максимальное давление через соответствующий клапан регулирования давления может отводиться из высоконапорного трубопровода Р. Благодаря применению двух отдельных клапанов регулирования давления максимальное давление для каждого цилиндра может устанавливаться отдельно.

На фиг.3 изображена гидравлическая схема, в которой применяется вышеописанный клапан регулирования давления для распорных цилиндров S и направляющего цилиндра Z. Соответствующие поверхности поршней цилиндров соединены с одним из клапанов регулирования давления через присоединение А для пониженного максимального давления. Тороидальные поверхности соответствующих цилиндров соединены с возвратной линией R. В возвратной линии клапана регулирования давления для направляющего цилиндра Z установлен обратный клапан 50, разделяющий функции обоих клапанов регулирования давления.

В случае клапанов, изображенных в блоке 60, речь идет о различных клапанах управления, например, крепежными стойками, складными верхняками и т.п. соответствующими секциями щитовой крепи. Кроме того, с помощью двух из показанных клапанов высокое давление подается на клапаны 52 и 54 регулирования давления.

На схеме, изображенной на фиг.4, в свою очередь, показаны два клапана 52 и 54 регулирования давления, управляемых с помощью гидравлических логических схем. В этом варианте выполнения функция приведения в действие направляющего цилиндра Z и распорных цилиндров S автоматически включается при удалении (выбойке) щитовой крепи и снова выключается при ее установке. При выбойке обеих крепежных стоек 56 и 58 вывод для поверхностей поршней стоек 56 и 58 с помощью клапанов, установленных в блоке 60, как показано, соединяется с возвратной линией, так что двухходовой двухпозиционный клапан 62, установленный впереди клапанов 52 и 54 регулирования давления, отпирается и соединяет высоконапорные присоединения 11 клапанов 52 и 54 регулирования давления с высоконапорным трубопроводом Р. Когда обе крепежные стойки 56 и 58, наоборот, снова устанавливаются, на поверхности поршней крепежных стоек подается высокое давление, так что клапан 62 запирается и тем самым отделяет клапаны 52 и 54 регулирования давления от подачи высокого давления.

Вышеописанные клапаны регулирования давления имеют на наружном диаметре винтового корпуса 16 шкалу, на которой видно установленное давление. По падению, т.е. по поперечному уклону, мощности, по весу секций щитовой крепи, их центру тяжести, а также по площади цилиндров рассчитывается давление, с которым распорное перекрытие, т.е. распорный цилиндр или распорные цилиндры должны опираться на соседний щит. Кроме того, может быть вычислено отклонение ската щита, из него вычтена реакция опоры, а по остающейся необходимой силе и площади направляющего цилиндра может быть вычислено давление, необходимое для предотвращения соскальзывания основы щита.

Группа изобретений относится к горному делу, в частности к управлению секцией механизированной крепи. Предложен способ управления щитом при подземной разработке, при котором секцию щитовой крепи во время ее извлечения отжимают от ее соседней секции щитовой крепи с помощью, по меньшей мере, одного распорного цилиндра, предусмотренного в области верхняка щита, и по меньшей мере одного направляющего цилиндра, предусмотренного в области лыжи щита. При этом распорный и направляющий цилиндры нагружают пониженным максимальным давлением, отводимым для каждого из высоконапорной линии через собственный клапан регулирования давления. При этом клапан регулирования давления содержит корпус клапана с впуском для высокого давления (Р), выпуском для возврата (R) и выпуском для пониженного давления (А) текучей среды. Причем в корпусе клапана предусмотрен измерительный поршень, нагруженный регулируемым пружинным усилием и имеющий закрываемое иглой клапана пропускное отверстие между выпуском для пониженного давления (А) текучей среды и выпуском для возврата (R). Предложенная группа изобретений обеспечивает повышенную защищенность от опрокидывания соседних щитов во время перемещения секции крепи. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ управления щитом при подземной разработке, при котором секцию щитовой крепи во время ее извлечения отжимают от ее соседней секции щитовой крепи с помощью, по меньшей мере, одного распорного цилиндра (S), предусмотренного в области верхняка щита, и по меньшей мере одного направляющего цилиндра (Z), предусмотренного в области лыжи щита, причем распорный и направляющий цилиндры нагружают пониженным максимальным давлением, отводимым для каждого из высоконапорной линии (Р) через собственный клапан регулирования давления.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что максимальное давление обоих клапанов регулирования давления для каждого клапана регулирования давления устанавливают отдельно.

3. Клапан регулирования давления для осуществления способа по п.1 или 2, содержащий корпус (10) клапана с впуском (11) для высокого давления (Р), выпуском (14) для возврата (R) и выпуском (12) для пониженного давления (А) текучей среды, причем в корпусе (10) клапана предусмотрен измерительный поршень (20), нагруженный регулируемым пружинным усилием (17) и имеющий закрываемое иглой (32) клапана пропускное отверстие (24') между выпуском (12) для пониженного давления (А) текучей среды и выпуском (14) для возврата (R).

4. Клапан регулирования давления по п.3, отличающийся тем, что игла (32) клапана отжимается пружиной (34) в направлении измерительного поршня (20).

5. Клапан регулирования давления по п.3 или 4, отличающийся тем, что в корпусе (10) клапана предусмотрено закрываемое иглой (32) клапана пропускное отверстие (39) между впуском (11) для высокого давления (Р) и выпуском (12) для пониженного давления (А) текучей среды.

6. Клапан регулирования давления по п.5, отличающийся тем, что в пропускном отверстии (39) корпуса (10) клапана и в пропускном отверстии (24') измерительного поршня выполнены соответственно уплотнительные поверхности (38, 28), причем расстояние по оси между обеими уплотнительными поверхностями (38, 28) в безнапорном состоянии меньше расстояния по оси между соответствующими коническими фасками (40, 30) клапанов на игле (32) клапана.

7. Клапан регулирования давления по п.3, отличающийся тем, что в безнапорном состоянии пружина (17) прижимает измерительный поршень (20) к упору, причем, в частности, предусмотрен второй упор, ограничивающий перемещение измерительного поршня (20) против пружинного действия.

8. Клапан регулирования давления по п.7, отличающийся тем, что по меньшей мере один упор имеет сферическую упорную поверхность, взаимодействующую со сферической ответной поверхностью.

9. Клапан регулирования давления по п.3, отличающийся тем, что соединение пружины (17) с измерительным поршнем (20) происходит по сферической поверхности.

10. Клапан регулирования давления по п.3, отличающийся тем, что для соединения пружины (17) с измерительным поршнем (20) предусмотрена пружинная тарелка, в частности, взаимодействующая со сферической поверхностью измерительного поршня (20).