МЕХАНИЗИРОВАННАЯ КРЕПЬ ДЛЯ КРУТЫХ ПЛАСТОВ СРЕДНЕЙ МОЩНОСТИ С ФИЗИЧЕСКИМ СПОСОБОМ РАЗРУШЕНИЯ УГЛЯ (ЛАЗЕРОМ, УЛЬТРАЗВУКОМ, РЕЖУЩЕЙ СТРУЕЙ ВОДЫ)
POWERED SUPPORT FOR STEEP MEDIUM THICKNESS SEAMS WITH PHYSICAL METHOD OF BREAKING COAL (BY LASER, ULTRASOUND, CUTTING JET OF WATER)

Изобретение относится к угольной промышленности, в частности к области механизированного крепления очистных выработок при выемке угля из тонких и средней мощности крутых пластов.
Актуальность изобретения:
«…создание эффективных средств механизации для добычи угля из крутых пластов представляет собой сложнейшую научную и конструкторскую проблему, причем не только в России, но и за рубежом.
До настоящего времени не создано эффективной техники и безопасной технологии для отработки крутых пластов. Поэтому во многих угледобывающих странах такие пласты не отрабатываются, консервируются.
Проблема создания средств комплексной механизации для отработки крутых пластов остается актуальной для Кузбасса» (из документов Департамента угольной промышленности и энергетики Кузбасса).
Известны очистные комплексы типа КМ87, КМ88, КМТ, ОКП, КМ103, включающие секции крепи, направляющие СЕКЦИОННЫЕ БАЛКИ, соединяющие став конвейера с секциями крепи, БАЗУ комплекса в виде конвейерного става и выемочного органа (1, Хорин В.Н. Развитие техники для подземной добычи угля, калийных и марганцевых руд. - М.: Недра, 1985 с.148-167). Это мощные, высокопроизводительные комплексы с устойчивыми механизированными крепями работают при углах падения пласта до 10-15 градусов.
С применением дополнительных устройств (комплексы КМ87ДН, ОКП-70) область применения подобных комплексов может быть расширена по углу падения до 35 градусов.
Известны современные унифицированные комплексы нового технического уровня типа КМ137, КМ138, КМ142, КМ143, КМ144, рассчитанные на пологие угольные пласты с углом падения до 35 градусов (2, Орлов А.А. и др. Крепление и управление кровлей в комплексно механизированных очистных забоях. - М.: Недра, 1993, с.217-279).
Все указанные комплексы невозможно применять на наклонных и крутых пластах с углом залегания свыше 35 градусов и при безлюдной выемке угля. На крутом падении крепь склонна к сползанию и опрокидыванию в сторону падения. Поиски механизма стабилизации крепи ведутся в различных направлениях.
Известен комплекс Долинского МКД с механизированной крепью (3, патент № RU 2276729 C1, E21D 23/00 от 04.10.2004, Бюл.№14, 20.05.2006). Комплекс для наклонных и крутых пластов МКД, включающий став комплекса, очистной комбайн, систему управления и секции крепи, каждая из которых содержит перекрытие с козырьком, имеющим возможность поворачиваться в сторону забоя на 180 градусов, ограждение, стойки и основание, связанное со ставом двигательным домкратом и СЕКЦИОННОЙ НАПРАВЛЯЮЩЕЙ, отличающийся тем, что основание секции крепи выполнено единым для секции и снабжено ВЕРТИКАЛЬНЫМ КРОНШТЕЙНОМ И ПРОУШИНАМИ, расположенными в плоскости симметрии основания, секционная направляющая состоит из ДВУХ ШАРНИРНО СОЕДИНЕННЫХ БАЛОК с тремя взаимно параллельными шарнирами, пальцы которых расположены параллельно поверхности почвы и поверхности забоя, причем передняя балка соединена передним шарниром со ставом, средним шарниром - с задней балкой, задняя балка другим концом соединена посредством третьего шарнира - с вертикальным кронштейном основания, а двигательный домкрат секции крепи соединен одним концом со средним шарниром балок, а другим концом соединен с проушинами основания.
После отбойки полосы угля по всей длине лавы производится дистанционно частичная разгрузка стоек, уборка козырьков и выдвижка с ПОДПОРОМ одной трети рассредоточенных по длине лавы секций крепи с последующим их распором. При разгрузке и выдвижке одной трети секций каждая секция крепи удерживается на крутом падении направляющими балками, обеспечивающими кинематическое и силовое направление перемещения секций ТОЛЬКО В ПЛОСКОСТИ, ПЕРПЕНДИКУЛЯРНОЙ ОСИ СТАВА. При этом опрокидной момент от секции крепи передается на став в виде изгибающего момента в вертикальной плоскости. После выдвижки и распоре трех групп секций крепи производится дистанционно подача става на забой.
Недостатки крепи комплекса МКД следующие. Система стабилизации секций в плоскости, перпендикулярной плоскости става двумя направляющими балками с вертикальным кронштейном по башмаку и со стабилизирующим домкратом по верхняку, устраняет или уменьшает стремление к наклону секций на забой или от забоя, но мало припятстует развороту, наклону и сползанию в сторону падения пласта. Сползанию, перекосам и опрокидыванию способствует НЕПРИЖАТОСТЬ БАЗОВОЙ БАЛКИ К ПОЧВЕ ПЛАСТА особенно при обводненности почвы (естественная или при орошении), вибрации выемочного органа при слабых боковых породах (купала над верхняками и зарывание башмака в почву пласта).
Известна механизированная крепь для пластов крутого падения (4, RU 2324820 С1), принятая в качестве прототипа.
Она включает базовый став, разделенный на базовые секции, каждая из которых состоит из передней и завальной стенок с гидростойками распора и верхняком базовой секции и хвостовиков, соединяющих переднюю и завальную стенки по почве пласта, при этом гидростойка линейной секции снабжена опорной плитой и крепится на арочной конструкции с роликовыми опорами, установленными с возможностью перемещения внутри хвостовиков базовой секции для фиксации линейной секции в строго нормальном к пласту положении при ее разгрузке и передвижке, а в основании каждой базовой секции расположены гидродомкраты коррекции с возможностью распирания в нижерасположенную загруженную базовую секцию для подачи данной секции по восстанию пласта по очереди, начиная с верхней. Башмак этой крепи установлен на роликовых опорах с гидроамортизаторами с возможностью подъема его над почвой при вибропоглощающих растяжках для аппаратуры автоматизированного управления как выемочным органом с использованием лазера, ультразвука, режущей струи воды, так и всеми устройствами секции крепи.
Недостатками данной механизированной крепи являются:
1. Аппаратный отсек не заполняет все пространство под арочной конструкцией.
2. Как показали испытания агрегата АК-3 на крутом пласте [5, 6,], в условиях слабых боковых пород во время работы фронтального выемочного органа наблюдался мощный поток мелких кусков породы и угля, который будет трясти аппаратный отсек, наполненный электроникой системы автоматизированного управления, от чего не спасут эластичные растяжки, на которых он подвешен. При этом проникновение в лаву невозможно. Во время передвижки секций крепи тоже присутствие человека практически невозможно. А присутствие человека для диагностики агрегата особенно на стадии испытаний желательно. При простоях перемещение человека по лаве тоже опасно из-за рекошетов кусков породы и угля, - нет устройств, предохраняющих человека.
3. Применение физического способа разрушения угля требует широкого использовании электроники и оптики, для которых угольная и породная пыль предельно вредна. Ни в одной из существующих механизированных крепей, проектов или изобретений [5, 6,] не предусмотрено изоляция пространства крепи и очищение воздуха или подача чистого воздуха под крепь.
ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ - повышение комфортности для работы людей и автоматизированной системы управления устройств физического разрушения угля (лазер, ультрозвук, струя воды) путем создания изолированного пространства под крепью с подачей в него чистого воздуха с «подпором», препятствующим проникновению пыли в аппаратный отсек.
Поставленная цель достигается тем, что корпус аппаратного отсека и арочная конструкция объединены в капсулу, что и создало изолированное пространство под крепю, в которое уже просто осталось провести воздухопровод и создать «подпор» воздуха, препятствующий проникновению пыли к элементам автоматизации. Заодно появилась возможность представить линейную секцию крепи в более компактном виде, а вдоль передней стенки базовых секций проложить людской ходок с трапом, тоже с подачей в него свежего воздуха. По всей его длине можно иметь смотровые окна для диагностики работы секций крепи и рабочего органа.
Управляющая электроника должна быть ограждена от виброударных воздействий, например, покрытием корпуса капсулы слоем пористой резины или полимером.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен вертикальный разрез секции крепи; на фиг.2 - вид на секцию крепи сбоку и вертикальный разрез секции базового става; на фиг.3 - вид на секцию крепи сверху.
Линейная секция состоит из гидростойки распора 2 с верхняком 1, опорной плитой 3 и прочной капсулой с ребрами жесткости 4 и утолщением нижней ее части в виде башмака 5.
Базовая секция систоит из передней 6 и задней 7 стенок с гидростойками 8 и верхняками 9. По почве пласта стенки соединены хвостовиками 10.
Линейные секции крепятся на роликовых опорах 11, имеющих возможность перемещения внутри хвостовиков базовых секций.
Базовые и линейные секции связаны кинематически между собой домкратами передвижки двухстороннего действия 12.
Замкнутое пространство под линейной секцией (внутренний объем капсулы) может быть использовано как аппаратный отсек, в котором должна находиться аппаратура автоматизированного управления выемочным органом физического разрушения и всем другим оборудованием секции крепи (маслостанция, гидростойки, гидродомкраты).
Для уменьшения значительных динамических воздействий обрушенных пород на крепь корпус капсулы покрыт пористой резиной или полимером.
Для безопасного перемещения людей вдоль передней стенки базововых секций проложен людской ходок 13 с трапом, имеющий телескопический лаз 14, соединяющий его с люком капсулы 4 (аппаратным отсеком). В людском ходке и аппаратном отсеке создается подпор чистого воздуха, поступающего по воздухопроводу 15.
Предлагаемая крепь может работать с выемочным органом физического разрушения типа лазера, ультразвука или струи воды высокого давления. Доставка угля по лаве на крутом падении осуществляется самотеком. Передвижку Базовой секции на забой осуществляют гидродомкратами передвижки 12 по мере выемки угля с созданием подпора в гидростойках распора 8 или же после выемки полоски угля и разгрузки гидростоек распора 8.
Затем эти гидростойки распора 8 распираются на полную мощность, а гидростойка 2 линейной секции крепи разгружается. Гидроамортизаторы (рессоры) приподнимают капсулу с башмаком от почвы пласта и линейная секция на роликовых опорах 11, находящихся внутри хвостовиков 10 базовой секции, гидродомкратами передвижки 12 подтягивается к забою. При этом неровности почвы, ее склонность к вспучиванию не мешают передвижке крепи, не мешают и любые перегибы пласта и его волнистость. Каждая линейная секция, объединенная с базовой секцией в единое целое, вписывается в трассу, проложенную выемочным органом, индивидуально.
Периодически для компенсации сползания на миг разгружается гидростойка распора 2 самой верхней линейной секции 9 (при возможном сохранении подпора гидростоек распора 8 базовой секции) и гидродомкратами коррекции 16, которые опираются на распертую нижележащую секцию, самая верхняя секция крепи подается вверх по восстанию на нужную величину и секция крепи вновь распирается на полную мощность.
Аналогичный процесс повторяется со всеми секциями от верха до низа лавы. При изменении длины лавы возможен обратный процесс-опускание секций крепи, начиная с самой нижней.
В каждой капсуле секции крепи целесообразно располагать локальную маслостанцию, что ускорит распор и передвижку секций.
При решении проблемы доставки разрушенного физическим способом угля по лаве предложенная крепь может быть использована на наклонном падении с мощностью пластов до 6 м.
Техническая и экономическая польза от внедрения данного изобретения очевидна: из-за отсутствия работоспособных крепей огромные запасы угля в крутых пластах консервируются.
Источники информации
1. Хорин В.П.. Развитие техники для подземной добычи угля, калийных и марганцевых руд. М.: Недра, 1985, с.148-167).
2. Орлов А.А. и др. Крепление и управление кровлей в комплексно механизированных очистных забоях. - М.: Недра, 1993, с.217-279.
3. Патент RU 2276729 C1, E21D 23/00 от 04.10.2004, Бюл. №14, 20.05.2006.
4. Патент RU 2324820 C1, E21D 23/00, 20.05.2008, Бюл. №14.
5. К.А.Ардашев, А.А.Перфилов (ВНИМИ), А.М.Долинский (Гипроуглемаш). Результаты испытаний агрегата АК. М., »Горные машины и автоматика», 3, 1972.
6. К.А.Ардашев, В.М.Шик, А.А.Перфилов. Исследование взаимодействия с боковыми породами и управляемости агрегата АК на крутом пласте. Ленинград, Труды ВНИМИ. сб.85, 1972.