СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ ПОДГОТОВИТЕЛЬНОЙ ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ И МЕХАНИЗИРОВАННАЯ КРЕПЬ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2020 года по МПК E21D11/00 E21D19/04 E21C41/16 E21D23/00 

Изобретение относится к горному делу, в частности к комбайновому проведению подготовительных горных выработок с поддержанием кровли вблизи забоя механизированной самоходной крепью.

Известен способ проведения подготовительной горной выработки, включающий разрушение горной породы в забое режущим органом комбайна, погрузку отбитой породы в транспортное средство и возведение постоянной крепи [Потапенко, В.А. Проведение и поддержание выработок в неустойчивых породах / В.А. Потапенко, Ю.В. Казанский, Б.В. Цыплаков и др. - М.: Недра-1990 - 336 с. (С. 57-60) (аналог способа)]. Недостатком этого способа является то, что работы по возведению постоянной крепи осуществляются рабочими проходческого звена в стесненных условиях, а главное - в самой опасной зоне выработки, где существуют большие по площади обнажения кровли и бортов выработки.

Известна крепь, состоящая из секций, включающих телескопические стойки, траверсы с опорными балками, соединенные между собой направляющими и гидродомкратами передвижения, причем телескопическая стойка снабжена опорным гидродомкратом, шарнирно соединенным со стойкой и траверсой, а траверса - распорным гидродомкратом, цилиндр которого соединен посредством цапфы со стойкой [а.с. СССР №237777, опубл. 20.11.1969, бюл. №9 (аналог крепи)]. Недостатком данной крепи является то, что работа телескопических стоек носит пассивный, зависимый характер, так как усилие необходимое для поддержания кровли выработки, осуществляется опорными гидродомкратами, шарнирно соединенными с телескопическими стойками и траверсами. Поскольку опорные домкраты установлены под углом к оси телескопических стоек, то под воздействием их усилий телескопические стойки, прежде всего, будут поворачиваться в шарнирных соединениях в траверсах и прижиматься своими направляющими к бортам выработки. При этом усилие, необходимое для поддержания кровли выработки уменьшается вследствие потерь на преодоление сил трения между бортами выработки и прижатыми к ним перемещающимися в сторону почвы направляющими, что не обеспечивает надежность поддержания кровли выработки.

Наиболее близким способом проведения подготовительной выработки, принятым в качестве прототипа, является способ, включающий разрушение горной породы и оформление выработки режущим органом комбайна, поддержание обнажений кровли и бортов выработки передвижной временной крепью и крепление выработки постоянной крепью сразу после передвижки временной крепи [Потапенко, В.А. Проведение и поддержание выработок в неустойчивых породах / В.А. Потапенко, Ю.В. Казанский, Б.В. Цыплаков и др. - М.: Недра - 1990 - 336 с. (С. 106) (прототип способа)].

Недостатком способа является то, что при проведении выработки комбайном с исполнительным органом избирательного действия, а это наиболее распространенные проходческие комбайны в России, забой проводимой выработки разрушают, придавая ему сферическую форму. В связи с этим при временном креплении кровли вблизи забоя путем передвижки самоходных секций всегда остается незакрепленной часть кровли в виде сегмента. При неустойчивых породах кровли, не допускающих значительных по площади обнажений, это провоцирует обрушение кровли, т.е. повышает вероятность возникновения аварии.

Наиболее близкой к заявляемой крепи по технической сущности и совокупности существенных признаков является крепь для отработки мощных крутых пластов угля подэтажной выемкой [Пат. №160472 (полезная модель) Российской Федерации, МПК E21D 23/00, опубл. 20.03.2016, бюл. №8 (прототип)], состоящая из двух секций, соединенных между собой направляющими и гидродомкратами передвижения. Каждая секция включает траверсы с опорными балками и распорные гидростойки, шарнирно соединенные с опорными гидродомкратами и траверсами, причем траверсы снабжены распорными гидродомкратами, а поршневые полости опорных гидродомкратов снабжены гидрозамками. Такое сочетание технических решений обеспечивает надежную работу крепи при относительно устойчивых кровлях, будь то порода или уголь. При комбайновом проведении штреков в условиях, когда кровля выработки не устойчива, возникает большая вероятность вывалов угля или породы перед крепью. Это связано с тем, что прямолинейная со стороны забоя форма опорных балок в плане не обеспечивает надежного перекрытия кровли, так как не может вписаться в криволинейный след в забое, оставленный режущим органом комбайна.

Эти недостатки снижают эффективность и безопасность комбайнового проведения подготовительной горной выработки при неустойчивых породах кровли.

Целью изобретения является повышение эффективности и безопасности комбайнового проведения подготовительной горной выработки с неустойчивой кровлей за счет создания зоны опережающего крепления и более раннего и полного перекрытия кровли в призабойной зоне путем придания забойной части опорных балок в плане формы, концентричной форме следа, оставленного режущим органом комбайна на потолочине выработки.

Поставленная цель достигается тем, что в способе проведения подготовительной горной выработки, включающем зарубку в забой режущего органа, разрушение горной породы, оформление контура выработки и погрузку отбитой горной породы в транспортное средство комбайном, поддержание обнажений кровли и бортов выработки передвижной временной крепью и крепление выработки постоянной крепью сразу после передвижки временной крепи, в соответствии с техническим решением, перед установкой временной крепи определяют кривизну следа в потолочине выработки, оставляемого режущим органом комбайна, в зависимости от проектной высоты выработки, максимальной длины режущего органа комбайна и высоты расположения его оси вращения, затем концентрично форме этого следа выставляют забойные края опорных балок временной крепи, зарубку режущего органа комбайна в забой осуществляют у кровли выработки и создают зону опережающего временного крепления, а передвижку временной крепи осуществляют сначала в зону опережающего временного крепления сразу после зарубки режущего органа комбайна, используя для этого одну часть временной крепи, затем, после оформления контура выработки, передвигают оставшуюся часть.

Поставленная цель достигается также тем, что в механизированной крепи для осуществления описанного способа, состоящей из двух секций, передовой и отстающей, соединенных между собой гидродомкратами передвижки, каждая из которых содержит траверсы с опорными балками и распорные гидростойки с направляющими, шарнирно соединенные с опорными гидродомкратами и траверсами, причем траверсы снабжены распорными гидродомкратами, а поршневые полости опорных гидродомкратов снабжены гидрозамками, в соответствии с техническим решением, в совокупности призабойные края опорных балок в плане образуют закругленную площадку, кривизна которой концентрична проекции в плане траектории движения режущего органа комбайна в его крайнем верхнем положении, причем радиус этой кривизны не более радиуса кривизны траектории движения режущего органа комбайна в его крайнем верхнем положении в плане, величина хода штоков гидродомкратов передвижки не более величины зарубки режущего органа комбайна в забой, а направляющие отстающей секции со стороны забоя короче направляющих передовой секции на длину, равную величине хода штока гидродомкрата передвижки.

Сущность изобретения поясняется схемами. На фиг. 1 показана расстановка оборудования в призабойной зоне проводимой подготовительной горной выработки (продольный разрез); на фиг. 2 - механизированная крепь в выработке (поперечный разрез); на фиг. 3 - то же (вид в плане); на фиг. 4 - то же после передвижки секции 4 механизированной крепи; на фиг. 5 - секция крепи 3 (аксонометрическая проекция); на фиг. 6 - секция крепи 4 (аксонометрическая проекция).

Перед началом проведения подготовительной горной выработки, в зависимости от проектной высоты выработки вчерне и параметров используемого проходческого комбайна со стреловидным исполнительным органом (максимальная длина стрелы исполнительного органа и высота установки оси его вращения на корпусе комбайна), определяют возможную кривизну следа, оставляемого режущим органом комбайна на кровле выработки - линии с наибольшим радиусом кривизны, очерченной резцами режущего органа на потолочине выработки.

В устье выработки монтируют проходческий комбайн 1 со стреловидным исполнительным органом и временную механизированную крепь 2.

Механизированная крепь 2 состоит из двух секций 3 и 4. Секция 3 включает опорные балки 5 и 6, которые закреплены на телескопических траверсах 7 и 8 через проставки 9. К траверсе 7 шарнирно присоединены опорные гидродомкраты 10, 11 и распорные гидравлические стойки 12, 13. К траверсе 8 аналогичным образом присоединены опорные гидродомкраты14, 15 и распорные гидравлические стойки 16, 17. Поршневые полости гидравлических стоек 12, 13, 16и 17 снабжены гидрозамками (не показаны). Секция 4 включает опорные балки 18 и 19, которые также через проставки 9 закреплены на траверсах 20 и 21. К траверсе 20 шарнирно присоединены опорные гидродомкраты 22, 23 и распорные гидравлические стойки 24, 25. К траверсе 21 аналогичным образом присоединены опорные гидродомкраты 26, 27 и распорные гидравлические стойки 28, 29. Поршневые полости гидравлических стоек 24, 25, 28 и 29 снабжены гидрозамками (не показаны).

На гидравлических стойках 12, 16 и 13, 17 секции 3 через проставки 30 закреплены направляющие 31 и 32, соответственно, образуя с гидравлическими стойками относительно жесткие рамы в плоскости борта выработки. Аналогичным образом гидравлические стойки 24, 28 и 25, 29 секции 4 связаны направляющими 33, 34, соответственно. При этом направляющие 33 и 34 со стороны забоя выработки короче направляющих 31 и 32 не менее чем на длину хода штока домкрата передвижки.

Секции 3 и 4 доставляют к месту установки в разобранном виде -опорные балки 5, 6, 18, 19 и направляющие 31, 32, 33, 34 (длинномеры) отдельно от траверс 7, 8 с гидравлическими стойками 12, 13, 16, 17 и траверс 20, 21 с гидравлическими стойками 24, 25, 28, 29.

На месте монтажа траверсы вместе с гидравлическими стойками устанавливают в рассечку, т.е. в пространстве между траверсами 7 и 8 устанавливают траверсу 20, а в пространстве между траверсами 20 и 21 - траверсу 8. Траверсу 8 посредством гидродомкратов передвижки 35 (не менее двух) связывают с траверсой 20. При этом траверсу 20 устанавливают с отставанием от траверсы 7 не менее чем на величину хода домкрата передвижки, а величину хода домкрата передвижки принимают не более величины раздвижности режущего исполнительного органа комбайна при зарубке в породный массив. Затем к гидравлическим стойкам прикрепляют направляющие через проставки 30, ограждая тем самым рабочее пространство от прорыва породы с бортов выработки. При этом со стороны забоя выработки длину направляющих отстающей секции принимают короче длины направляющих передовой секции на величину хода домкрата передвижки. Поверх траверс устанавливают опорные балки через проставки 9. При этом забойные края опорных балок выставляют соответственно кривизне следа режущего органа комбайна, т.е. по дуге, радиус кривизны которой не более радиуса кривизны следа. Далее опорные балки жестко прикрепляют к траверсам: балки 5, 6 - к траверсам 7 и 8, балки 18, 19 - к траверсам 20, 21.

Прижатие направляющих 31, 32 и 33, 34 к бортам выработки осуществляется при помощи распорных гидродомкратов 36, 37, 38, 39 и опорных гидродомкратов 10, 11, 14, 15, 22, 23, 26, 27.

За счет подачи рабочей жидкости в поршневые полости гидравлических стоек 12, 13, 16, 17 и 24, 25, 28, 29 крепь 2 распирается между почвой и кровлей выработки.

Цикл работы оборудования по проведению подготовительной горной выработки включает зарубку режущего органа комбайна в породный массив, разрушение горной породы и оформление контура выработки, погрузку отбитой горной массы в транспортное средство, поддержание обнажений кровли и бортов выработки механизированной крепью и последующее возведение постоянной крепи.

Работу комбайна начинают с верхней части выработки: производят зарубку режущего органа в массив 40 у кровли и отбивают породу на всю ширину выработки. При этом создают зону 41 опережающего временного крепления. Затем режущий орган комбайна переводят вниз для выемки нижележащего слоя и в это же время передвигают секцию 4 механизированной крепи 2.

Передвижку секции 4 механизированной крепи 2 осуществляют следующим образом. Снимают распорное усилие с гидравлических стоек секции 4 (24, 25, 28, 29); в результате траверсы 20 и 21 опускаются, увлекая за собой опорные балки 18 и 19. Опорные балки 18 и 19 опустятся не более чем на высоту проставок 9 и лягут на траверсы 7 и 8 секции 3. После этого гидродомкратами 35 секцию 4 передвигают в сторону забоя выработки на величину хода штока домкрата, т.е. не более чем на величину удлинения проводимой выработки. Затем распирают гидравлические стойки 24, 25, 28, 29. При этом опорные балки 18 и 19 своими забойными краями перекрывают кровлю выработки почти до самого ее забоя, предотвращая возможные вывалы породы из кровли в рабочее пространство выработки. Секцию 3 передвигают аналогичным образом, но уже после окончания работы комбайна по оформлению выработки, погрузки отбитой горной породы в транспортное средство и зачистки почвы выработки.

Следом за механизированной крепью осуществляют возведение постоянной крепи подготовительной выработки

Таким образом, за счет зарубки режущего органа комбайна у кровли выработки и создания зоны опережающего крепления появляется возможность временного крепления значительной части обнажения кровли еще до окончания работ, выполняемых комбайном в каждом цикле, а за счет выставления опорных балок по контуру следа, оставленного резцами режущего органа комбайна на кровле выработки, и передвижки крепи не более чем на величину зарубки режущего органа комбайна в породный массив, обеспечивается более полное перекрытие обнажений кровли. Это предотвращает вывалы породы даже при слабых и неустойчивых кровлях, т.е. повышает эффективность и безопасность комбайнового проведения подготовительной горной выработки.

Изобретение относится к горному делу, в частности к комбайновому проведению подготовительных горных выработок с поддержанием кровли вблизи забоя механизированной самоходной крепью. Способ включает зарубку в забой режущего органа, разрушение горной породы, оформление контура выработки и погрузку отбитой горной породы в транспортное средство комбайном. Поддержание обнажений кровли и бортов выработки передвижной временной крепью и крепление выработки постоянной крепью осуществляют сразу после передвижки временной крепи. Перед установкой временной крепи определяют кривизну следа, оставляемого режущим органом комбайна на потолочине выработки, затем концентрично форме этого следа выставляют забойные края опорных балок временной крепи. Зарубку режущего органа комбайна в забой осуществляют у кровли выработки и создают зону опережающего временного крепления, в которую осуществляют передвижку временной крепи, используя для этого одну ее часть, затем, после оформления контура выработки, передвигают оставшуюся часть. Механизированная крепь для осуществления способа состоит из двух секций, передовой и отстающей, соединенных между собой гидродомкратами передвижки. Каждая из секций содержит траверсы с опорными балками и распорные гидростойки с направляющими, шарнирно соединенные с опорными гидродомкратами и траверсами. Траверсы снабжены распорными гидродомкратами, а поршневые полости опорных гидродомкратов снабжены гидрозамками. В совокупности призабойные края опорных балок в плане образуют закругленную площадку, кривизна которой концентрична траектории следа, оставляемого режущим органом комбайна на потолочине выработки. Величина хода штоков гидродомкратов передвижки не более величины зарубки режущего органа комбайна в забой. Направляющие отстающей секции со стороны забоя короче направляющих передовой секции на длину, равную величине хода штока гидродомкрата передвижки. Изобретение позволяет повысить эффективность и безопасность работ. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ проведения подготовительной горной выработки, включающий зарубку в забой режущего органа, разрушение горной породы, оформление контура выработки и погрузку отбитой горной породы в транспортное средство комбайном, поддержание обнажений кровли и бортов выработки передвижной временной крепью и крепление выработки постоянной крепью сразу после передвижки временной крепи, отличающийся тем, что перед установкой временной крепи определяют кривизну следа в потолочине выработки, оставляемого режущим органом комбайна, в зависимости от проектной высоты выработки, максимальной длины режущего органа комбайна и высоты расположения его оси вращения, затем концентрично форме этого следа выставляют забойные края опорных балок временной крепи, зарубку режущего органа комбайна в забой осуществляют у кровли выработки и создают зону опережающего временного крепления, а передвижку временной крепи осуществляют сначала в зону опережающего временного крепления сразу после зарубки режущего органа комбайна, используя для этого одну часть временной крепи, затем, после оформления контура выработки, передвигают оставшуюся часть.

2. Механизированная крепь для осуществления способа по п. 1, состоящая из двух секций, передовой и отстающей, соединенных между собой гидродомкратами передвижки, каждая из которых содержит траверсы с опорными балками и распорные гидростойки с направляющими, шарнирно соединенные с опорными гидродомкратами и траверсами, причем траверсы снабжены распорными гидродомкратами, а поршневые полости опорных гидродомкратов снабжены гидрозамками, отличающаяся тем, что в совокупности призабойные края опорных балок в плане образуют закругленную площадку, кривизна которой концентрична проекции в плане траектории движения режущего органа комбайна в его крайнем верхнем положении, причем радиус этой кривизны не более радиуса кривизны траектории движения режущего органа комбайна в его крайнем верхнем положении в плане, величина хода штоков гидродомкратов передвижки не более величины зарубки режущего органа комбайна в забой, а направляющие отстающей секции со стороны забоя короче направляющих передовой секции на длину, равную величине хода штока гидродомкрата передвижки.