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

Изобретение относится к горному делу, в частности к комбайновому проведению подготовительных горных выработок при слабоустойчивых породах кровли 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.

Наиболее близким способом, принятым в качестве прототипа, является способ проведения подготовительной выработки, включающий разрушение горной породы, оформление контура выработки и погрузку отбитой горной массы комбайном, анкерное крепление кровли с использованием металлической решетчатой затяжки и анкерное крепление бортов выработки с использованием сетки полимерной или металлической типа «Рабица», транспорт горной массы средствами непрерывного транспорта и принудительное проветривание тупикового забоя [Технологические схемы подготовки и отработки выемочных участков на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс»: Альбом / В.Н. Демура [и др.] М: Горное дело ООО «Киммерийский центр», 2014. - С. 28-29 (прототип способа)].

Недостатком способа является то, что при креплении потолочины выработки вблизи забоя временной или постоянной крепью проходчикам приходится вручную поднимать решетчатую затяжку к кровле выработки, находясь при этом в непосредственной близости к незакрепленному пространству даже в случае использования простейших инструментов.

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 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 крепи)], состоящая из двух секций, соединенных между собой гидродомкратами передвижки. 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.

Недостатком прототипа крепи является то, что соединение распорных гидростоек с траверсами выполнено шарнирным. Из-за этого при проведении слабонаклонных выработок резко снижается устойчивость секции крепи, повышается вероятность возникновения аварийной ситуации с поддержанием рабочего пространства выработки.

Перечисленные недостатки способа и механизированной крепи снижают эффективность и безопасность проведения подготовительной горной выработки.

Целью изобретения является повышение эффективности и безопасности комбайнового проведения подготовительной горной выработки с неустойчивой кровлей за счет создания зоны опережающего временного крепления, механизированной доставки в нее элементов крепи и последующего возведения временной крепи.

Поставленная цель достигается тем, что в способе проведения подготовительной горной выработки, включающем разрушение горной породы, оформление контура выработки и погрузку отбитой горной массы комбайном, анкерное крепление кровли с использованием металлической решетчатой затяжки и анкерное крепление бортов выработки с использованием сетки полимерной или металлической типа «Рабица», транспорт горной массы средствами транспорта и принудительное проветривание тупикового забоя, в соответствии с техническим решением в каждом цикле работы комбайна сначала отбивают горную породу в зоне опережающего временного крепления, в эту зону секцией механизированной крепи доставляют временную крепь, этой же секцией временную крепь поднимают к кровле выработки и поддерживают, затем заканчивают отбойку горной породы, погрузку горной массы в транспортное средство, оформление контура и зачистку выработки и возведение постоянной крепи. Поставленная цель достигается также тем, что в механизированной крепи, 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, причем поршневые полости распорных гидростоек снабжены гидрозамками, а каждая опорная балка связана с траверсой через проставку, в соответствии с техническим решением высоту проставки принимают больше высоты опорной балки не менее чем на высоту используемой временной крепи, ширину промежутка между соседними опорными балками принимают не менее ширины прижимной шайбы используемой анкерной крепи, каждая распорная гидростойка ориентирована по нормали к соответствующей траверсе и связана с ней жестко, а ширину промежутка между соседними направляющими принимают не менее высоты проставки.

Сущность изобретения поясняется схемами. На фиг. 1 расстановка оборудования в забое проводимой выработки; на фиг. 2 - передовая секция механизированной крепи; на фиг. 3 - отстающая секция механизированной крепи; на фиг. 4 - механизированная крепь в сборе; на фиг. 5 - зарубка режущего органа комбайна в горный массив у почвы пласта; на фиг. 6 - положение режущего органа комбайна перед формированием зоны опережающего временного крепления; на фиг. 7 - зарубка режущего органа комбайна у кровли пласта; на фиг. 8 - формирование зоны опережающего временного крепления; на фиг. 9 - формирование щели между козырьками секций механизированной крепи и укладка решетчатой затяжки; на фиг. 10 - доставка временной крепи в зону опережающего временного крепления и возведение временной крепи.

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

Шагающая механизированная крепь 2 состоит из двух секций 3 и 4. Секция 3 включает опорные балки 5 и 6, которые закреплены на траверсах 7 и 8 через проставки 9. При этом высота каждой проставки 9 несколько больше высоты опорных балок 5 и 6. Траверса 7 по краям жестко связана с нормально ориентированными к ней распорными гидравлическими стойками 10 и 11. Траверса 8 аналогичным образом связана с распорными гидравлическими стойками 12 и 13. Поршневые полости гидравлических стоек 10, 11, 12, и 13 снабжены гидрозамками (не показаны). Секция 4 включает опорные балки 14 и 15, которые также через проставки 9 закреплены на траверсах 16 и 17. К траверсе 16 жестко по нормали к ней присоединены распорные гидравлические стойки 18, 19. К траверсе 17 аналогичным образом присоединены распорные гидравлические стойки 20, 21. Поршневые полости гидравлических стоек 18, 19, 20 и 21 снабжены гидрозамками (не показаны).

На гидравлических стойках 10, 11 и 12, 13 секции 3 закреплены направляющие 22 и 23, соответственно, образуя с гидравлическими стойками относительно жесткие рамы в плоскости борта выработки. Аналогичным образом гидравлические стойки 18, 19, 20 и 21 секции 4 связаны направляющими 24, 25, соответственно. При этом направляющие 24 и 25 со стороны забоя выработки короче направляющих 22 и 23 не менее чем на длину хода штока домкрата передвижки.

Секции 3 и 4 доставляют к месту установки в разобранном виде -опорные балки 5, 6, 14, 15 и направляющие 22, 23, 24, 25 (длинномеры) отдельно от траверс 7, 8 с гидравлическими стойками 10, 11, 12, 13 и траверс 16, 17 с гидравлическими стойками 18, 19, 20, 21.

На месте монтажа механизированной крепи 2 потолочину выработки крепят анкерной крепью 26 с металлической решетчатой затяжкой 27. Траверсы 7, 8, 16 и 17 вместе с гидравлическими стойками устанавливают в рассечку, т.е. в пространстве между траверсами 7 и 8 устанавливают траверсу 16, а в пространстве между траверсами 16 и 17 - траверсу 8. Траверсу 8 посредством гидродомкратов передвижки 28 (не менее двух) связывают с траверсой 16. При этом траверсу 16 устанавливают с отставанием от траверсы 7 не менее чем на величину хода домкрата передвижки 28. Затем к гидравлическим стойкам прикрепляют направляющие 22, 23, 24 и 25, ограждая тем самым рабочее пространство от прорыва породы с бортов выработки. При этом со стороны забоя выработки длину направляющих отстающей секции (4) принимают короче длины направляющих передовой секции (3) на величину хода домкрата передвижки, а промежутки между направляющими с одной стороны крепи 2 принимают равными не менее высоты проставки 9. Поверх траверс устанавливают опорные балки через проставки 9. Далее опорные балки жестко прикрепляют к траверсам: балки 5, 6 - к траверсам 7 и 8, балки 14, 15 - к траверсам 16, 17. При этом расстояние между соседними опорными балками принимают не менее диаметра прижимной шайбы, используемой при анкерном креплении потолочины выработки

За счет подачи рабочей жидкости в поршневые полости гидравлических стоек 10, 11, 12, 13, 18, 19 и 20, 21 секции 3 и 4 крепи 2 распираются 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 выработки механизированной крепью и последующее возведение постоянной крепи.

В зависимости от устойчивости пород кровли возможны два варианта работы комбайна.

Первый вариант - для условий, когда непосредственная кровля допускает незначительные по времени обнажения. Комбайн 1 с режущим органом у почвы выработки подвигают к забою. В нижней части забоя за счет телескопичности стрелы режущего органа режущую головку внедряют в массив и далее отбивают горную массу слоями по всей площади подготовительного забоя при движении режущей головки в стороны и вверх. В крайнем верхнем положении режущий исполнительный орган сокращают; комбайн подвигают к забою выработки и за счет телескопичности стрелы режущего органа внедряют режущую головку в массив, но уже у кровли выработки. Затем отбивают один или два слоя горной массы при движении режущей головки исполнительного органа в стороны и вниз, тем самым формируя зону опережающего временного крепления 29; после чего вращение режущей головки останавливают.

После остановки вращения режущей головки снимают распорное усилие секции 4 - распорные гидростойки 18, 19 и 20, 21 сокращаются. При этом траверсы 16 и 17 опускаются вниз на величину, равную высоте проставок 9, увлекая за собой опорные балки 14 и 15. Поскольку высота проставок 9 больше высоты опорных балок 14 и 15, а также промежутка между соседними направляющими по боковым сторонам крепи, то между верхней поверхностью балок 14, 15 и нижней поверхностью опорных балок 5, 6 образуется щель 30. В эту щель со стороны одного из бортов выработки, т.е. сбоку, заводят металлическую решетчатую затяжку 31 - решетку (один или несколько листов уложенных внахлестку и распределенных по площади обнажения кровли), выполненную из нормально ориентированных друг к другу металлических прутков, скрепленных между собой сваркой. При этом длину одного листа затяжки принимают из удобства ее доставки к забою по горной выработке, а ширину - не менее одного шага передвижки секции крепи.

После этого гидродомкратами 28 секцию 4 передвигают в сторону забоя выработки на величину хода штока домкрата, т.е. не более чем на величину удлинения проводимой выработки. При этом опорные балки 14 и 15 вводят решетчатую затяжку в зону 29, опережающего временного крепления. Затем распирают гидравлические стойки 18, 19 и 20, 21. При этом опорными балками 14 и 15 поднимают решетчатую затяжку 31 к кровле выработки внахлестку с ранее возведенной крепью 27. Опорные балки 14 и 15 своими забойными краями перекрывают кровлю выработки почти до самого ее забоя, а решетчатая затяжка 31 перекрывает пространство между опорными балками, предотвращая возможные вывалы породы из кровли в рабочее пространство выработки. Затем у бортов проводимой выработки и по ее средней линии в потолочину через решетчатую затяжку 31, уложенную внахлестку с ранее возведенной крепью, бурят шпуры и устанавливают анкеры 32 через прижимную шайбу. При этом используют пространство между соседними опорными балками или сбоку от крайней. Эта крепь является временной, так как забойный край решетчатой затяжки 31 поддерживается только опорными балками, а противоположный требует установки дополнительных анкеров.

Далее опять включают режущий исполнительный орган комбайна, которым отбивают горную массу и оформляют выработку.

Секцию 3 передвигают после окончания работы комбайна по оформлению выработки, погрузки отбитой горной породы в транспортное средство и зачистки почвы выработки.

Следом за комбайном Осуществляют бурение остальных шпуров в промежутках между опорными балками в потолочину выработки с установкой анкеров, тем самым возводя постоянную крепь, а после прохода механизированной крепи - возводят постоянную крепь бортов подготовительной выработки.

Второй вариант - когда состояние кровли выработки допускает незначительное по времени обнажение не более чем на одну зарубку комбайна. В этом случае работу комбайна начинают с верхней части выработки: производят зарубку режущего органа в массив у кровли и отбивают породу на всю ширину выработки. При этом создают зону опережающего временного крепления 29. Затем режущий орган комбайна переводят вниз для выемки нижележащего слоя и выключают вращение режущей головки. Секцию 4 крепи 2 освобождают от распора; опорные балки 14 и 15 траверсами 16 и 17 опустятся и лягут на траверсы 7 и 8. В образовавшуюся щель заводят металлическую решетчатую затяжку 31, после чего секцию 4 передвигают в направлении забоя выработки - вводят решетчатую затяжку 31 в зону опережающего крепления 29 - и распирают между кровлей и почвой. Далее включают режущий орган комбайна и производят работы по отбойке угля или породы, оформлению выработки, погрузке горной массы в транспортное средство, а также зачистке выработки. Далее как описано выше.

Таким образом, за счет использования опорных балок в качестве средства доставки решетчатой затяжки в зону опережающего временного крепления выработки и ее подъема к кровле обеспечивается повышение безопасности ведения горно-подготовительных работ, а последующее использование решетчатой затяжки при возведении постоянной крепи повышает их эффективность, что свидетельствует о достижении поставленной цели.

Изобретение относится к горному делу, в частности к комбайновому проведению подготовительных горных выработок при слабоустойчивых породах кровли с поддержанием кровли вблизи забоя механизированной самоходной крепью. Техническим результатом является повышение эффективности и безопасности комбайнового проведения подготовительной горной выработки с неустойчивой кровлей за счет создания зоны опережающего временного крепления, механизированной доставки в нее элементов крепи и последующего возведения временной крепи. Способ включает разрушение горной породы, оформление контура выработки и погрузку отбитой горной массы комбайном, анкерное крепление кровли с использованием металлической решетчатой затяжки и анкерное крепление бортов выработки с использованием сетки полимерной или металлической типа «Рабица», транспорт горной массы средствами транспорта и принудительное проветривание тупикового забоя, в каждом цикле работы комбайна сначала отбивают горную породу в зоне опережающего временного крепления, в эту зону секцией механизированной крепи доставляют временную крепь, этой же секцией временную крепь поднимают к кровле выработки и поддерживают, затем заканчивают отбойку горной породы, погрузку горной массы в транспортное средство, оформление контура и зачистку выработки и возведение постоянной крепи. Механизированная крепь для осуществления способа состоит из двух секций, передовой и отстающей, соединенных между собой гидродомкратами передвижки, каждая из которых содержит траверсы с опорными балками и распорные гидростойки с направляющими, причем поршневые полости распорных гидростоек снабжены гидрозамками, а каждая опорная балка связана с траверсой через проставку, высоту проставки принимают больше высоты опорной балки не менее чем на высоту используемой временной крепи, ширину промежутка между соседними опорными балками принимают не менее ширины прижимной шайбы используемой анкерной крепи, каждая распорная гидростойка ориентирована по нормали к соответствующей траверсе и связана с ней жестко, а ширину промежутка между соседними направляющими принимают не менее высоты проставки. 2 н.п. ф-лы, 10 ил.

1. Способ проведения подготовительной горной выработки, включающий разрушение горной породы, оформление контура выработки и погрузку отбитой горной массы комбайном, анкерное крепление кровли с использованием металлической решетчатой затяжки и анкерное крепление бортов выработки с использованием сетки полимерной или металлической типа «Рабица», транспорт горной массы средствами транспорта и принудительное проветривание тупикового забоя, отличающийся тем, что в каждом цикле работы комбайна сначала отбивают горную породу в зоне опережающего временного крепления, в эту зону секцией механизированной крепи доставляют временную крепь, этой же секцией временную крепь поднимают к кровле выработки и поддерживают, затем заканчивают отбойку горной породы, погрузку горной массы в транспортное средство, оформление контура и зачистку выработки и возведение постоянной крепи.

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, причем поршневые полости распорных гидростоек снабжены гидрозамками, а каждая опорная балка связана с траверсой через проставку, отличающаяся тем, что высоту проставки принимают больше высоты опорной балки не менее чем на высоту используемой временной крепи, ширину промежутка между соседними опорными балками принимают не менее ширины прижимной шайбы используемой анкерной крепи, каждая распорная гидростойка ориентирована по нормали к соответствующей траверсе и связана с ней жестко, а ширину промежутка между соседними направляющими принимают не менее высоты проставки.