ЗАЩИТА ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОГО КАБЕЛЯ В ГОРНОДОБЫВАЮЩЕМ ОБОРУДОВАНИИ
PROTECTION OF FIBRE-OPTIC CABLE IN MINING EQUIPMENT

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Данное изобретение относится к разработке длинного забоя и более конкретно к цепи кабелеукладчика в оборудовании для разработки длинного забоя.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0002] Врубовая машина для разработки длинного забоя перемещается вдоль рештачного става панцирного забойного конвейера (ПЗК) для выемки породы из забоя. Такая работа врубовой машины требует электроэнергии для обеспечения врезания в породу и ее доставки по штреку, а также воды для охлаждения компонентов машины, включая электродвигатели и коробки передач. Эти коммуникации подводят к длинному забою, при этом они должны проходить по ПЗК до врубовой машины. Обычно указанные коммуникации неподвижно лежат вдоль ПЗК до средней точки забоя, в которой коммуникации обычно входят в кабельную систему, проходящую в кабельном желобе к буксирной подвеске врубовой машины. Буксирная подвеска, прикрепленная к врубовой машине, протягивает кабелеукладчик с расположенными внутри него коммуникациями вдоль желоба. Прокладывающая кабель система выполнена с возможностью выдерживать натяжение, создаваемое весом данной системы, и трение при буксировании вниз по кабельному желобу, защищая коммуникации, которые не могут выдерживать воздействие указанных сил.
[0003] Коммуникации, используемые для врубовой машины, обычно содержат только электрические кабели и водяные шланги. Однако в последнее время возрастает интерес к использованию волоконно-оптических устройств, например для обеспечения необслуживаемого персоналом забоя в горнодобывающем оборудовании длинного забоя для тонких пластов или даже для мощных пластов. Волоконно-оптические жилы используются для высокоскоростной односторонней или двусторонней связи между врубовой машиной и оборудованием, находящимся снаружи выработки. Данная информация состоит из системы ввода/вывода данных, диагностической информации, радиоуправления и передачи видеосигналов. Если для такой связи используются волоконно-оптические кабели, то надежность жилы кабеля является важным фактором. Максимальная растягивающая нагрузка для указанных волоконно-оптических жил является существенно более низкой, чем для всех остальных кабелей, прокладываемых к врубовой машине.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0004] Проиллюстрированные конструкции могут обеспечить надежные средства передачи данных благодаря защите волоконно-оптического кабеля от чрезмерного натяжения и повреждения. Надежность кабеля является важным фактором, поскольку значительный простой в работе приводит к потере производительности и прибыли от разработки месторождения. Помимо этого сложные, с эргономической точки зрения, условия разработки тонкого пласта длинного забоя затрудняют выполнение ремонтных работ.
[0005] Для обеспечения надежности волоконно-оптического кабеля он может быть помещен в отдельный отсек внутри кабельной цепи. Этот отдельный отсек может быть выполнен путем установки разделителя в цепном звене для создания двух отдельных отсеков, один из которых предназначен для электрического кабеля/водяного шланга, а другой, значительно меньший отсек, предназначен для волоконно-оптического кабеля. При монтаже волоконно-оптического кабеля сжимаемый материал может обеспечить соответствующее провисание кабеля по всей длине кабельной цепи для предотвращения чрезмерного натяжения и повреждения кабеля.
[0006] Раздельные отсеки могут препятствовать повреждению волоконно-оптического кабеля другими более крупными коммуникациями вследствие их выскальзывания на волоконный кабель, и также чрезмерному натяжению и износу кабеля вследствие трения. Отдельный отсек также может обеспечить удержание сжимаемого материала по всем степеням свободы.
[0007] В одном независимом варианте выполнения устройство с цепными звеньями может по существу содержать цепное звено, имеющее стенки, совместно ограничивающие отсек, открытый в направлении оси, волоконно-оптический кабель, выполненный с возможностью удержания в указанном отсеке, коммуникации (например, силовой кабель, водяной шланг и т.д.), выполненный с возможностью удержания в указанном отсеке, и гибкий элемент, удерживаемый в указанном отсеке и выполненный с возможностью взаимодействия с волоконно-оптическим кабелем, причем гибкий элемент позиционирует волоконно-оптический кабель у одной из стенок.
[0008] В некоторых конструкциях гибкий элемент может содержать сжимаемый элемент, удерживаемый на стенке, противоположной указанной стенке. Сжимаемый элемент может содержать по существу сплошной элемент, выполненный из сжимаемого материала. Сжимаемый элемент может содержать полый элемент, имеющий первую часть, выполненную с возможностью взаимодействия с волоконно-оптическим кабелем, и вторую часть, отнесенную от первой части и взаимодействующую с указанной противоположной стенкой. Полый элемент может иметь, по существу, трубчатое поперечное сечение. Сжимаемый элемент может содержать пластинчатую пружину. В некоторых конструкциях гибкий элемент может быть присоединен к одной из стенок и проходит по меньшей мере частично вокруг волоконно-оптического кабеля, причем гибкий элемент натянут в направлении указанной стенки.
[0009] В некоторых конструкциях цепное звено может дополнительно содержать внутреннюю стенку, разделяющую указанный отсек на первый отсек и второй отсек, при этом волоконно-оптический кабель удерживается в первом отсеке, а коммуникации удерживаются во втором отсеке. Внутренняя стенка может проходить между одной из стенок и стенкой, противоположной указанной стенке, ограничивая первый отсек с одной стороны внутренней стенки и второй отсек с другой стороны указанной стенки. Внутренние стенки могут быть выполнены вместе с указанной одной из стенок и со стенкой, противоположной указанной стенке.
[0010] Внутренняя стенка может быть выполнена отдельно от указанной одной из стенок и от стенки, противоположной указанной стенке, и присоединена к этим стенкам. Одна из стенок может ограничивать первую канавку, а противоположная ей стенка может ограничивать вторую канавку. Внутренняя стенка может содержать первый выступ, выполненный с возможностью взаимодействия с первой канавкой, и второй выступ, выполненный с возможностью взаимодействия со второй канавкой, для присоединения внутренней стенки к указанной одной из стенок и к противоположной ей стенке. Внутренняя стенка может содержать соединительный элемент, причем часть гибкого элемента захватывается между соединительным элементом и стенкой, противоположной указанной одной из стенок.
[0011] Гибкий элемент может иметь поверхность, выполненную с возможностью взаимодействия с волоконно-оптическим кабелем и содержащую материал с низким коэффициентом трения. Данная поверхность может быть покрыта материалом с низким коэффициентом трения. Гибкий элемент может иметь поверхность, выполненную с возможностью взаимодействия с волоконно-оптическим кабелем и имеющую закругленные края.
[0012] В другом независимом аспекте узел кабельной цепи может, по существу, содержать цепные звенья, каждое из которых имеет верхнюю стенку, нижнюю стенку, первую боковую стенку и вторую боковую стенку, совместно ограничивающие отсек, открытый в направлении указанной оси, волоконно-оптический кабель, проходящий через отсек в каждом из цепных звеньев и проходящий по существу по волнообразной траектории, коммуникации, выполненные с возможностью удержания в отсеке каждого из цепных звеньев, первый гибкий элемент, удерживаемый в отсеке одного из цепных звеньев и выполненный с возможностью взаимодействия с волоконно-оптическим кабелем, причем первый гибкий элемент позиционирует волоконно-оптический кабель у верхней стенки указанного одного из цепных звеньев, и второй гибкий элемент, удерживаемый в отсеке второго цепного звена и выполненный с возможностью взаимодействия с волоконно-оптическим кабелем, причем второй гибкий элемент позиционирует волоконно-оптический кабель у нижней стенки второго цепного звена.
[0013] В некоторых конструкциях третье цепное звено может быть присоединено между указанным одним из цепных звеньев и вторым цепным звеном, причем третье цепное звено не содержит в отсеке гибкий элемент. Каждое из цепных звеньев может содержать пару передних выступов и пару задних выступов, каждый из которых ограничивает отверстие, а указанный узел может дополнительно содержать первый штырь, соединяющий задние выступы одного из цепных звеньев с передними выступами третьего цепного звена, причем первый штырь определяет ось поворота между одним из цепных звеньев и третьим цепным звеном, а второй штырь соединяет задние выступы третьего цепного звена с передними выступами второго цепного звена, причем второй штырь определяет ось поворота между третьим цепным звеном и вторым цепным звеном.
[0014] В еще одном независимом варианте выполнения горнодобывающая установка может по существу содержать панцирный забойный конвейер, проходящий вдоль разрабатываемого забоя и ограничивающий кабельный желоб, врубовый механизм, поддерживаемый конвейером и перемещающийся вдоль него и выполненный с возможностью выемки породы из забоя, и узел кабельной цепи, проходящий вдоль оси по существу параллельно забою, при этом указанный узел частично удерживается в желобе. Указанный узел может содержать цепные звенья, каждое из которых имеет верхнюю стенку, нижнюю стенку, первую боковую стенку и вторую боковую стенку, совместно ограничивающие отсек, открытый в направлении указанной оси, волоконно-оптический кабель, проходящий через отсек в каждом из цепных звеньев, проходящий по существу по волнообразной траектории и присоединенный к врубовому механизму, коммуникации, выполненные с возможностью удержания в отсеке в каждом из цепных звеньев и присоединенные к врубовому механизму, первый гибкий элемент, удерживаемый в отсеке одного из цепных звеньев, выполненный с возможностью взаимодействия с волоконно-оптическим кабелем и позиционирующий волоконно-оптический кабель у верхней стенки указанного одного из цепных звеньев, и второй гибкий элемент, удерживаемый в отсеке второго цепного звена, выполненный с возможностью взаимодействия с волоконно-оптическим кабелем и позиционирующий волоконно-оптический кабель у нижней стенки второго цепного звена.
[0015] Независимые аспекты данного изобретения будут очевидны при рассмотрении подробного описания и сопроводительных чертежей.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0016] Фиг.1 представляет собой вид сверху горнодобывающей установки, содержащей панцирный забойный конвейер («ПЗК»).
[0017] Фиг.2 представляет собой вид сверху части горнодобывающей установки, показанной на фиг.1, содержащей ПЗК, врубовый механизм и кабельную цепь.
[0018] Фиг.3 представляет собой вид в профиль части горнодобывающей установки, показанной на фиг.1, содержащей ПЗК, врубовый механизм и кабельную цепь.
[0019] Фиг.4 представляет собой вид в разрезе части кабельной цепи горнодобывающей установки длинного забоя, показанной на фиг.2.
[0020] Фиг.5 представляет собой вид в аксонометрии в разрезе части кабельной цепи, показанной на фиг.4.
[0021] Фиг.6 представляет собой вид сбоку в разрезе части кабельной цепи, показанной на фиг.4.
[0022] Фиг.7 представляет собой вид в аксонометрии в разрезе другой конструкции кабельной цепи, показанной на фиг.4.
[0023] Фиг.8 представляет собой вид в аксонометрии в разрезе другой конструкции кабельной цепи, показанной на фиг.4.
[0024] Фиг.9 представляет собой вид в аксонометрии в разрезе еще одной конструкции кабельной цепи, показанной на фиг.4.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0025] До приведения подробного объяснения любых независимых вариантов выполнения или независимых конструкций данного изобретения следует понимать, что применение данного изобретения не ограничивается деталями конструкции и расположением компонентов, рассматриваемыми в последующем описании или проиллюстрированными на последующих чертежах. Данное изобретение может иметь другие независимые варианты выполнения и может быть реализовано на практике или выполнено различными способами.
[0026] На фиг.1-3 показана горнодобывающая установка 10 длинного забоя. Установка 10 может использоваться в месторождениях с тонкими пластами или мощными пластами. Установка 10 по существу содержит панцирный забойный конвейер 14 (ПЗК), проходящий вдоль разрабатываемого забоя F (например, массива угля). Врубовая машина 18 поддерживается и перемещается по рештачному ставу 22 (см. фиг.3) ПЗК 14 для выемки породы из забоя F. Головной и хвостовой приводы 26, 30 (см. фиг.1) перемещают конвейер 14 для транспортировки добытого сырья (например, угля). Длина указанной установки 10 обычно составляет около 1000 футов (305 м).
[0027] Как показано на фиг.2 и 3, ПЗК 14 имеет кабельный желоб 30, проходящий вдоль оси А, по существу параллельно пласту F. Кабельная цепь 34 расположена в кабельном желобе 30 и проходит, по существу, вдоль оси А. Как показано на фиг.4, коммуникации (например, силовые кабели 38, 42, водяной шланг 46) и волоконно-оптический кабель 50 поддерживаются в кабельной цепи 34.
[0028] Как показано на фиг.5 и 6, кабельная цепь 34 выполнена из цепных звеньев 54а, 54b, 54с … 54n. Каждое звено 54 по существу содержит (см. фиг.4-5) стенки (например, верхнюю стенку 58, нижнюю стенку 62 и противоположные боковые стенки 66, 70), ограничивающие отсек 74 звена, открытый в направлении оси А. Каждое звено 54 также содержит (см. фиг.5-6) передние и задние выступы 78, 82, каждый из которых ограничивает отверстие 86 для установки штыря (не показан) для соединения звеньев 54 с образованием цепи (см. фиг.5-6).
[0029] В показанной конструкции и в некоторых независимых аспектах каждое звено 54 также содержит внутреннюю перегородку 90, разделяющую отсек 74 звена на первый отсек 94 для волоконно-оптического кабеля 50, и второй отсек 98 для коммуникаций (38, 42, 46). Каждый отсек 94, 98 по существу имеет прямоугольную форму, причем первый отсек 94 является более узким в горизонтальном направлении (см. фиг.4). В других конструкциях (не показаны) отсек (отсеки) 94, 98 может иметь различную форму (например, квадратную, круглую, овальную и т.д.) и/или размер.
[0030] В конструкции, показанной на фиг.4-6 и 9, перегородка 90 выполнена за одно целое с другими стенками (58, 62) звена 54. В других конструкциях (см., например, фиг.5-8) перегородка 90 является отдельной деталью звена 54 и присоединяется к верхней и нижней стенкам 58, 62 с помощью межсоединительных элементов (не показаны), таких как, например, шпоночные выступ (выступы) и канавка (канавки) на перегородке 90 и на стенках 58, 62. Соединительные элементы совместно удерживают перегородку 90 на месте. В таких конструкциях стенки 58, 62, 66, 70 звена 54 также могут быть выполнены отдельно друг от друга и соединены межсоединительными элементами с фрикционной посадкой, штифтовой заделкой и т.д.
[0031] В показанной конструкции и в некоторых независимых аспектах по меньшей мере в некоторых из звеньев 54 в первом отсеке 94 выполнен гибкий элемент 102, взаимодействующий с волоконно-оптическим кабелем 50. Гибкие элементы 102 расположены вдоль кабельной цепи 34 для обеспечения нелинейной траектории Р (например, волнообразной) прохождения волоконно-оптического кабеля 50, так что в кабеле 50 образуется провисание (длина кабеля, расположенного в кабельной цепи 34, превышает длину кабельной цепи 34).
[0032] Гибкий элемент 102 может поддерживать и фиксировать кабель 50 в первом отсеке 94. Поверхность 106 гибкого элемента 102, взаимодействующая с кабелем 50, содержит материал с низким коэффициентом трения (например, гибкий элемент 102 может быть выполнен из материала с низким коэффициентом трения и/или поверхность 106 может быть покрыта материалом с низким коэффициентом трения (например, скользкое покрытие)) для ограничения коэффициента трения между гибким элементом 102 и волоконно-оптическим кабелем 50, тем самым ограничивая удлинение кабеля 50 вдоль его оси по мере натяжения кабеля 50. Кроме того, поверхность 106 и края/углы 110 гибкого элемента 102 в области кабеля 50 достаточно изогнуты/закруглены для предотвращения повреждения кабеля 50 при возникновении относительного перемещения между гибким элементом 102 и кабелем 50.
[0033] В некоторых конструкциях (например, на фиг.4-6, 7 и 8) гибкий элемент 102 содержит сжимаемый элемент так, что при натяжении кабеля возникает сжатие в гибком элементе 102. Приложение натяжения Т к кабелю 50 заставляет кабель 50 сдавливать сжимаемый элемент 102 в направлении стрелки D (см. фиг.6).
[0034] В конструкции, показанной на фиг.4-6, гибкий элемент 102 содержит сплошной сжимаемый элемент 102а, выполненный, например, из вспененного материала. Сжимаемый элемент 102а, по существу, занимает большую часть первого отсека 94 (например, оставшуюся часть первого отсека не занятую кабелем 50). Сжимаемый элемент 102а выполнен с обеспечением расположения волоконно-оптического кабеля 50 у одной стенки (например, верхней стенки 58 звена 54а, нижней стенки 62 звена 54с).
[0035] В других конструкциях (не показаны) сжимаемый элемент 102а может по меньшей мере частично охватывать волоконно-оптический кабель 50. Например, сжимаемый элемент 102а также может иметь часть (не показана), расположенную между кабелем 50 и одной из двух или обеими соседними боковыми стенками (70, 90) первого отсека 94, и/или часть (не показана), расположенную между кабелем 50 и одной стенкой (например, верхней стенкой 58 звена 54а, нижней стенкой 62 звена 54с), для по меньшей мере частичного заполнения пространства вокруг кабеля 50 (см. фиг.4). В конструкциях, в которых сжимаемый элемент 102а по меньшей мере частично охватывает кабель 50, элемент 102а также может быть выполнен достаточно жестким, при этом для отделения кабеля 50 от коммуникаций (38, 42, 46) не потребуется выполнять перегородку.
[0036] Сжимаемый элемент 102а расположен у противоположной стенки (например, нижней стенки 62 звена 54а, верхней стенки 58 звена 54с). В показанной конструкции (см. фиг.6) поверхность противоположной стенки изогнута в соответствии с формой смежной поверхности сжимаемого элемента 102а. Однако в других конструкциях (не показаны) поверхность противоположной стенки может иметь другую форму (например, линейную).
[0037] В других конструкциях гибкий элемент 102 содержит полый сжимаемый элемент, например полый трубчатый элемент, который позволит кабелю 50 изгибаться внутрь при натяжении. Как показано на фиг.7, гибкий элемент 102 содержит шланговую часть 102b (короткий отрезок резинового шланга). В сходной конструкции (см. фиг.8) гибкий элемент 102 содержит пластинчатую пружину 102с. Пластинчатая пружина 102с может быть выполнена из нескольких материалов для получения требуемой жесткости.
[0038] В показанной конструкции (см. фиг.7-8) перегородка 90 содержит соединитель 114 (например, консольный выступ), причем шланговый отрезок 102b или пластинчатая пружина 102с удерживаются соединителем 114 (например, между соединителем 114 и противоположной стенкой (например, нижней стенкой 62 звена 54а, верхней стенкой 58 звена 54с)).
[0039] В еще одной конструкции гибкий элемент 102 содержит работающий на растяжение элемент, например эластичную ленту 102d. Эластичная лента 102d присоединена к одной стенке (например, верхней стенке 58 звена 54а, нижней стенке 62 звена 54с) и проходит вокруг оптико-волоконного кабеля 50. Когда кабель 50 натягивается, устраняя провисание, лента 102d также будет натягиваться.
[0040] Лента 102d для обеспечения легкого монтажа/демонтажа может представлять собой разомкнутую петлю, прикрепляемую к стенке 58 или 62 звена 54. Стенки 58, 62 выполнены с углубленными соединительными участками 118 так, что лента 102d находится внутри наружной периферии звена 54 (например, ниже верхней стенки 58 звена 54а, выше нижней стенки 62 звена 54с). Установка ленты 102d ниже уровня наружной поверхности стенки 58 или 62 может обеспечить защиту ленты 102d от повреждения, смещения и т.д. обломками породы снаружи.
[0041] Гибкий элемент 102 может выполнять одну или боле функций. Например, гибкий элемент 102 может обеспечить монтаж оптико-волоконного кабеля 50 внутри кабельной цепи 34с заданным значением провисания. Например, как показано на фиг.5, кабель 50 может быть зафиксирован гибкими элементами 102 в виде «синусоиды» для «змеевидного» прохождения относительно нейтральной оси кабельной цепи 34 вокруг гибких элементов 102. Таким способом выполняется монтаж оптико-волоконного кабеля 50 по всей длине кабельной цепи 34. Фиг.5 показывает волнообразность кабеля 50, смонтированного таким способом на протяжении трех звеньев 54а, 54b, 54с. Частоту волн можно легко регулировать в зависимости от различных требований к установке 10, так как каждое звено 54 может вместить и удерживать гибкий элемент 102. Соответствующее провисание кабеля 50 обеспечивает удлинение кабельного звена при натяжении врубовой машиной 18.
[0042] Гибкий элемент 102 может обеспечивать поглощение или смягчение толчка, когда кабель 50 подвергается натяжению. При натяжении волоконно-оптического кабеля 50 упругое свойство гибкого элемента 102 позволит «волнообразно» уложенному кабелю 50 сжать материал и отклониться внутрь (см. фиг.6), что обеспечит ограничение чрезмерного натяжения и преждевременного разрушения кабеля 50. Гибкий элемент 102 может заполнять полость в первом отсеке 94, которая в противном случае может быть занята обломками (которые могут ускорить износ или вызвать разрушение кабеля 50).
[0043] Различные независимые свойства и преимущества данного изобретения могут быть изложены в последующей формуле изобретения.