СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ ПОДГОТОВИТЕЛЬНОЙ ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ И МЕХАНИЗИРОВАННАЯ КРЕПЬ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2021 года по МПК E21C41/18 E21D21/00 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 шагающей 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 перетяжкой потолочины металлической сеткой, выполненной из прутков сваренных крест-накрест друг с другом, образующих решетчатую затяжку, устанавливаемую внахлестку друг с другом, 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 ведения горных работ при проведении подготовительной горной выработки.

Целью изобретения является повышение эффективности и безопасности проведения подготовительной горной выработки за счет механизации крепления кровли в призабойной зоне, а также совмещения во времени и разделения в пространстве некоторых операций возведения анкерной крепи.

Поставленная цель достигается тем, что в способе проведения подготовительной горной выработки, включающем цикл работы комбайна по разрушению горной породы, оформлению контура выработки и погрузке отбитой горной массы в транспортное средство, анкерное крепление кровли с перетяжкой потолочины металлической сеткой, выполненной из прутков, сваренных крест-накрест друг с другом, образующих решетчатую затяжку, устанавливаемую внахлестку друг с другом, в соответствии с техническим решением, во время проведения выработки в паузе работы комбайна по разрушению горного массива и оформлению контура выработки осуществляют ориентированную укладку решетчатой затяжки на элементы шагающей механизированной крепи, механизированную доставку решетчатой затяжки в зону возведения анкерной крепи, механизированные же переориентацию решетчатой затяжки в положение крепления с обеспечением нахлестки и подъем к кровле выработки, а анкерное закрепление затяжки на кровле выработки осуществляют с задержкой по времени, соответствующей нескольким циклам работы комбайна, в течение которых шагающая механизированная крепь своим дальним от забоя краем дойдет до первого ряда решетчатой затяжки.

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 решетчатой затяжки, ширину промежутка между соседними опорными балками принимают не менее диаметра прижимной шайбы используемой анкерной крепи, каждая распорная гидростойка ориентирована по нормали к соответствующей траверсе и связана с ней жестко, каждая опорная балка отстающей секции со стороны соответствующей опорной балки передовой секции снабжена опорной скобой и полозом, на котором с возможностью продольного перемещения установлен подпружиненный поворотный гидродвигатель с валом, имеющим параметры поперечного сечения, соответствующие параметрам ячейки решетчатой затяжки.

Сущность изобретения поясняется схемами. На фиг. 1 показана расстановка оборудования в забое проводимой выработки (вид сбоку); на фиг. 2 - передовая секция механизированной крепи; на фиг. 3 - отстающая секция механизированной крепи; на фиг. 4 - механизированная крепь в сборе; на фиг. 5 - опорная балка отстающей секции (вид в плане); на фиг. 6 - разрез по А-А; на фиг. 7 и 8 - исходное, промежуточное и конечное положения решетчатой затяжки при ее доставке в зону крепления.

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

Шагающая механизированная крепь 2 состоит из двух секций 3 и 4. Секция 3 (передовая) 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 (отстающая) 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). К нижней поверхности каждой из балок 14 и 15 с забойной стороны приварена опорная скоба 22 и 23, соответственно, направленная в сторону соседней опорной балки передовой секции 3 и изогнутая в сторону кровли выработки. На боковой поверхности опорной балки 14 и 15 также методом сварки и также со стороны соседней опорной балки передовой секции 3 прикреплен полоз 24 и 25, соответственно. На полозе 24 (25) с возможностью продольного перемещения вдоль опорной балки установлена подвижная каретка 26 (27), на которой через пружину размещен поворотный гидродвигатель 30 (31) с валом, ориентированным вверх и имеющим параметры поперечного сечения соответствующие параметрам ячейки решетчатой затяжки (в свету). Для перемещения подвижной каретки 26 (27) предусмотрен привод (не показан).

Секции 3 и 4 доставляют к месту установки в разобранном виде - опорные балки 5, 6, 14, 15 и направляющие 32, 33, 34, 35 (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 шагающей механизированной крепи 2 потолочину выработки крепят анкерами 36 с металлической решетчатой затяжкой 37, прижимаемой к кровле прижимными шайбами 38. 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 39 (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 39.

Поверх траверс устанавливают опорные балки через проставки 9, высота которых несколько больше высоты опорной балки. Далее опорные балки жестко прикрепляют к траверсам: балки 5, 6 - к траверсам 7 и 8, балки 14, 15 - к траверсам 16, 17. При этом сами опорные балки равномерно распределяют по ширине выработки. Поскольку крепление кровли выработки предусматривает бурение скважин, установку анкеров 36 и решетчатой затяжки 37, прижимаемой к потолочине выработки анкерами с прижимной шайбой 38, то расстояние между соседними опорными балками принимают не менее диаметра прижимной шайбы. Направляющие 32, 33, 34, 35 равномерно распределяют по высоте выработки, фиксируют их на гидравлических стойках 10, 11, 12, 13, 18, 19 и 20, 21 по принадлежности и тем самым перекрывают борта 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.

Перед началом проведения выработки подбирают траекторию доставки решетчатой затяжки в зону возведения крепи. Такой зоной является призабойное пространство выработки, т.е. пространство выработки расположенное между комбайном и забоем. Для доставки решетчатой затяжки к месту возведения предполагается использовать пространство, образующееся при передвижке отстающей секции. В это время распорные гидравлические стойки 18, 19, 20 и 21 сокращают, вследствие этого траверсы 16 и 17 опускаются на высоту проставки 9, а опорные балки 14 и 15 отстающей секции ложатся на траверсы 7 и 8 передовой секции. Поскольку высота проставки 9 больше высоты опорной балки, то между нижними горизонтальными плоскостями опорных балок 5, 6 передовой секции 3 и верхними горизонтальными поверхностями опорных балок 14, 15 отстающей секции 4 образуется пространственный зазор. Именно в этом пространственном зазоре прокладывают возможную траекторию доставки решетчатой затяжки до места возведения (призабойное пространство) от места складирования, расположенного на некотором удалении от места возведения.

Идея состоит в том, что после опускания опорных балок отстающей секции в зоне ближе к устью выработки, т.е. под защитой крепи, решетчатую затяжку укладывают на верхнюю горизонтальную поверхность опорной балки, например, 14, ориентируя ее длинной стороной параллельно оси опорной балки 14. После этого решетчатую затяжку перемещают по верхней поверхности балки 14, выводя его забойный край за пределы забойного края балки 14, далее передвигают отстающую секцию 4 решетчатая затяжка доставлена в призабойное пространство. Здесь ее поворачивают, ориентируя поперек оси выработки.

Возможны и другие траектории движения решетчатой затяжки в призабойное пространство:

- сначала уложенную на опорную балку решетчатую затяжку перемещают самой балкой при передвижке отстающей секции, потом непосредственно по опорной балке, затем ее поворачивают;

- уложенную решетчатую затяжку сначала передвигают по балке, потом перемещают вместе с балкой и частично поворачивают одновременно (совмещение во времени);

- сначала решетчатую затяжку перемещают по балке, а в районе траверсы 8 начинают ее поворачивать, затем передвигают отстающую секцию и заканчивают поворот решетчатой затяжки: возможны и другие траектории.

То же самое выполняют с другой решетчатой затяжкой, уложенную на балку 15, при повороте которой ее забойный край нахлестывается на ранее уложенную затяжку. При этом если при передвижке отстающей секции 4 одновременно перемещаются решетчатые затяжки как на 14, так и на 15 опорных балках, то поворот этих затяжек может быть выполнен не одновременно. После этого отстающую секцию распирают между почвой и кровлей выработки. В результате - решетчатая затяжка прижата к потолочине выработки и защищает призабойное пространство от вывалов пород кровли.

Для обеспечения доставки решетчатой затяжки в зону возведения крепи по заданной траектории и ориентированной ее укладки опорная балка отстающей секции снабжена опорной скобой 22 (23), полозом 24 (25) и подвижной кареткой 26 (27) с поворотным гидродвигателем 30 (31). После опускания опорной балки, например, 14 на ее верхнюю горизонтальную поверхность укладывают решетчатую затяжку, ориентируя ее длинной стороной параллельно оси балки 14 и насаживая одной из ячеек на вал поворотного гидродвигателя 30. Поскольку площадь ячейки в свету не меньше, но очень близка к площади сечения хвостовика вала поворотного гидродвигателя 30, решетчатая затяжка надежно фиксируется в этом положении. Включают привод каретки 26 - каретка перемещается по полозу 24 в сторону забоя проводимой выработки. В крайнем забойном положении привод каретки выключают и включают поворотный гидродвигатель 30 - решетчатая затяжка поворачивается вокруг оси вала гидродвигателя 30 и ориентируется поперек оси балки. При этом средней своей частью решетчатая затяжка опирается на опорную скобу 22, которая не допускает чрезмерного провисания дальнего от центра вращения ее края.

Одновременно или с небольшим отставанием во времени осуществляют доставку второй решетчатой затяжки по опорной балке 15. При этом вторую решетчатую затяжку укладывают внахлестку с первой.

По окончании доставки решетчатой затяжки к месту возведения отстающую секцию 4 распирают между почвой и кровлей выработки - обе решетчатые затяжки прижимаются к потолочине выработки, а поворотные гидродвигатели 30 и 31 за счет сжатия пружин 28, 29 утапливаются в каретках 26, 27, соответственно.

Следом передвигают передовую секцию 3, которая также прижимает решетчатую затяжку к потолочине, при этом решетчатая затяжка перекрывает пространство между опорными балками, защищая призабойную зону выработки от вывалов и мелкой просыпи.

В следующем цикле работы шагающей механизированной крепи обе решетчатые затяжки укладываются внахлестку не только между собой, но и с затяжками, установленными в предыдущем цикле. Это обеспечивают применением решетчатой затяжки с шириной большей шага передвижки крепи на величину нахлестки.

Через несколько циклов работы комбайна шагающая механизированная крепь своим дальним от забоя краем дойдет до первого ряда решетчатой затяжки. Именно здесь приступают к возведению анкерной крепи, используя пространство между опорными балками и пробуривая скважины в ячейки решетчатых затяжек, установленных внахлестку.

Таким образом, крепление кровли в призабойной зоне выработки осуществляют шагающей механизированной крепью с решетчатой затяжкой (составной частью анкерной крепи), а бурение скважин и установку в них анкеров - на некотором удалении от забоя, по сути, в зоне погрузки отбитой породы в транспортное средство, т.е. процесс возведения анкерной крепи разделен на операции, выполняемые в различных зонах проводимой горной выработки (разделение в пространстве). С другой стороны, операции возведения анкерной крепи выполняют только во время паузы в работе комбайна, которые могут быть совмещены во времени: доставка решетчатой затяжки и крепление кровли с ее использованием - в призабойной зоне, а бурение скважин и установка анкеров - в зоне погрузки отбитой породы в транспортное средство. При этом возведение решетчатой затяжки в призабойной зоне выработки повышает безопасность, а совмещение во времени некоторых операций возведения анкерной крепи - эффективность ведения горных работ, что свидетельствует о достижении цели изобретения.

Заявлена группа изобретений, включающая способ проведения подготовительной горной выработки и механизированная крепь для осуществления способа. Способ включает цикл работы комбайна по разрушению горной породы, оформлению контура выработки и погрузке отбитой горной массы в транспортное средство, анкерное крепление кровли с перетяжкой потолочины металлической сеткой, выполненной из прутков, сваренных крест-накрест друг с другом, образующих решетчатую затяжку, устанавливаемую внахлестку друг с другом. Во время проведения выработки в паузе работы комбайна по разрушению горного массива и оформлению контура выработки осуществляют ориентированную укладку решетчатой затяжки на элементы шагающей механизированной крепи, механизированную доставку решетчатой затяжки в зону возведения анкерной крепи, механизированные же переориентацию решетчатой затяжки в положение крепления с обеспечением нахлестки и подъем к кровле выработки. Анкерное закрепление затяжки на кровле выработки осуществляют с задержкой по времени, соответствующей нескольким циклам работы комбайна, в течение которых шагающая механизированная крепь своим дальним от забоя краем дойдет до первого ряда решетчатой затяжки. Механизированная крепь 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 решетчатой затяжки, ширину промежутка между соседними опорными балками принимают не менее диаметра прижимной шайбы используемой анкерной крепи. Каждая распорная гидростойка ориентирована по нормали к соответствующей траверсе и связана с ней жестко. Каждая опорная балка отстающей секции со стороны соответствующей опорной балки передовой секции снабжена опорной скобой и полозом, на котором с возможностью продольного перемещения установлен подпружиненный поворотный гидродвигатель с валом, имеющим параметры поперечного сечения, соответствующие параметрам ячейки решетчатой затяжки. Техническим результатом является повышение эффективности и безопасности проведения подготовительной горной выработки. 2 н.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ проведения подготовительной горной выработки, включающий цикл работы комбайна по разрушению горной породы, оформлению контура выработки и погрузке отбитой горной массы в транспортное средство, анкерное крепление кровли с перетяжкой потолочины металлической сеткой, выполненной из прутков, сваренных крест-накрест друг с другом, образующих решетчатую затяжку, устанавливаемую внахлестку друг с другом, отличающийся тем, что во время проведения выработки в паузе работы комбайна по разрушению горного массива и оформлению контура выработки осуществляют ориентированную укладку решетчатой затяжки на элементы шагающей механизированной крепи, механизированную доставку решетчатой затяжки в зону возведения анкерной крепи, механизированные же переориентацию решетчатой затяжки в положение крепления с обеспечением нахлестки и подъем к кровле выработки, а анкерное закрепление затяжки на кровле выработки осуществляют с задержкой по времени, соответствующей нескольким циклам работы комбайна, в течение которых шагающая механизированная крепь своим дальним от забоя краем дойдет до первого ряда решетчатой затяжки.

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 решетчатой затяжки, ширину промежутка между соседними опорными балками принимают не менее диаметра прижимной шайбы используемой анкерной крепи, каждая распорная гидростойка ориентирована по нормали к соответствующей траверсе и связана с ней жестко, каждая опорная балка отстающей секции со стороны соответствующей опорной балки передовой секции снабжена опорной скобой и полозом, на котором с возможностью продольного перемещения установлен подпружиненный поворотный гидродвигатель с валом, имеющим параметры поперечного сечения, соответствующие параметрам ячейки решетчатой затяжки.