ЗАБОЙНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ С УЛОЖЕННЫМИ НА ЕГО КАРКАСАХ ЩИТОВОЙ КРЕПИ ШЛАНГОВЫМИ НИВЕЛИРАМИ
FACE EQUIPMENT WITH CABLE LEVELLING UNITS LAID ON FRAMES OF SHIELD SUPPORT THEREOF

Изобретение относится к забойному оборудованию для машинной добычи в системе сплошной разработки, прежде всего в подземных каменноугольных шахтах, с расположенным вдоль фронта работ в забое забойным конвейером, со способным к перемещению вдоль забойного конвейера добычным механизмом и с прикрепленными к забойному конвейеру под углом каркасами щитовой крепи.
Забойное оборудование с вышеупомянутыми признаками так же, как и способ управления таким забойным оборудованием, описаны в WO 2009/ 103303. Кроме того, в вышеупомянутой публикации в частности представлено, что автоматизация управления таким забойным оборудованием зависит, как правило, от знания положения забойного оборудования в пространстве, прежде всего, однако, от знания наличествующей в каждом случае высоты проема призабойного пространства в области переднего конца перекрытия крепи каркасов щитовой крепи. Определение соответствующей базовой величины для расчета высоты проема призабойного пространства производится в соответствии с этим уровнем техники на основе данных от датчиков угла наклона, прикрепленных к базовым компонентам отдельных каркасов щитовой крепи, таких как опорный полоз, завальный щит, несущие рычаги и перекрытие крепи, посредством которых обнаруживается наклон соответствующих конструктивных элементов по отношению к вертикали. Посредством сравнения полученных данных с заложенными в устройстве обработки данных и задающими геометрическую ориентацию конструктивных элементов каркаса щитовой крепи и их перемещение во время движения базовыми данными может быть в каждом случае рассчитана высота каркаса щитовой крепи по отношению к пласту в переднем конце его перекрытия крепи, которая представляет собой показатель высоты проема призабойного пространства.
Известному способу действия присущ недостаток громоздких вычислений, кроме того, требуется надлежащее получение действительных для соответствующей конструктивной формы примененного каркаса щитовой крепи базовых данных и разработка применимого алгоритма для расчета высоты каркаса щитовой крепи относительно пласта.
Кроме вышеупомянутого опосредованного обнаружения высоты проема призабойного пространства, из DE 4333032 С2 известен непосредственный учет данных по высотам посредством системы шлангового нивелира при проходке выработки в туннелях. При этом между машиной проходки выработки в туннелях и базисной точкой расположена система шлангового нивелира, закрытый, заполненный жидкостью шланг которой одним своим концом располагается на базисной высоте, а другим своим концом присоединен для обнаружения других величин измеряемой высоты машины проходки выработки в туннелях.
В основе изобретения лежит цель упрощения определения высоты проема призабойного пространства в относящемся к области техники забойном оборудовании.
Достижение этой цели, включая предпочтительные и специальные варианты осуществления изобретения, получено из содержания формулы изобретения, которое следует за настоящим описанием. Изобретение предусматривает в его основной идее, что для определения соответствующей высоте проема призабойного пространства высоты щита выдвинутых каркасов щитовой крепи на отдельных каркасах щитовой крепи уложенный между перекрытием крепи и опорным полозом шланговый нивелир уложен с заполненным жидкостью шлангом, и на расположенном со стороны полоза конце шланга расположен датчик давления, причем для учета продольного и/или поперечного наклона каркаса щитовой крепи при определении высот в перекрытии крепи дополнительно расположено позволяющее измерение по меньшей мере по двум осям поворота относительно горизонтали устройство измерения наклона, и причем датчик давления и устройство измерения наклона соединены с устройством обработки данных и управления.
С изобретением связано то преимущество, что с помощью присоединенных к отдельным каркасам щитовой крепи или также к каждому каркасу щитовой крепи шланговых нивелиров зарегистрированная посредством измерения давления высота столба жидкости сообщает расстояние между обоими концами шланга и, таким образом, между перекрытием крепи и опорным полозом каркаса щитовой крепи, что позволяет рассчитывать, с учетом геометрически заданного положения концов шланга на перекрытии крепи и на опорном полозе, абсолютную высоту выдвинутого каркаса щитовой крепи между верхним краем перекрытия крепи и нижней кромкой опорного полоза. Поскольку соответствующее изобретению и расположенное на перекрытии крепи устройство измерения наклона поставляет дополнительную информацию по поперечному наклону и продольному наклону перекрытия крепи и тем самым по их положению в пространстве, результат определения высоты может быть пересчитан для выдвинутого каркаса щитовой крепи, при использовании тригонометрических вычислительных формул, в значение высоты по отношению к пласту каркаса щитовой крепи и тем самым в значение высоты проема призабойного пространства между залегающим в кровле и лежачим боками пласта. Согласно первому варианту осуществления изобретения относительно выполнения шлангового нивелира предусмотрено, что шланговый нивелир выполнен в виде закрытого шлангового нивелира с двусторонне закрытым, заполненным под давлением и присоединенным к аккумулятору давления шлангом. Преимущество двусторонне закрытого шлангового нивелира состоит по существу в том, что не требуется барометрической коррекции, и что за счет повышенного уровня давления в заполненном под давлением шланге обусловленные дегазацией изменения плотности жидкости (например, вследствие освобождения воздуха) играют менее значительную и тем самым пренебрежимую роль. Недостаток закрытого шлангового нивелира состоит, например, в том, что занесенная в шланг жидкость полностью изолирована. Тем самым уровень давления может изменяться за счет сдавливаний или изменений температуры шланга, равно как и жидкости. Для минимизации такого влияния к шлангу присоединена заряженная гибкая гидроаккумулирующая емкость с действующим против столба жидкости предварительно сжатым газом. Таким образом смягчаются также колебания гидравлического давления, вызванные, например, вибрациями, и в то же время датчики давления защищены от возможных пиков давления. Тем самым пределы измерения датчиков давления также могут быть уменьшены в пользу повышения измерительной точности.
Альтернативно, может быть предусмотрено, что шланговый нивелир выполнен в виде односторонне открытого шлангового нивелира с образующим наивысшую точку шлангового нивелира переливным устройством, выполненным, например, в форме присоединенного к расположенному на каркасе щитовой крепи водосливному бассейну шланга. При этом преимущества такого односторонне открытого шлангового нивелира состоят в том, что обеспечено простое гидростатическое обнаружение давления и высоты. Исключено влияние на результаты измерения со стороны пережатий шланга или температурно-индуцированных изменений внутреннего давления, имеется только незначительная чувствительность к динамическим воздействиям в форме механических колебаний. Недостатком является необходимость проведения барометрической коррекции для достижения высокой точности измерений. Кроме того, в устройстве с открытым шланговым нивелиром на каркасе щитовой крепи могут возникнуть конструктивные проблемы, поскольку открытый конец шланга с водосливным бассейном всегда должен располагаться на наивысшем месте. При не исключаемых в подземных очистных забоях меняющихся условиях использования это может потребовать проведения реконструкции. Также для достижения надлежащего функционирования шлангового нивелира необходимо обеспечить перелив из шлангового нивелира или его последующее заполнение.
Согласно варианту осуществления изобретения может быть предусмотрено, что расположенный на расположенном со стороны полоза конце шланга датчик давления является датчиком абсолютного давления.
Для повышения точности измерения давления и минимизации обусловленных системой ошибок согласно варианту осуществления изобретения может быть предусмотрено, что дополнительно на расположенном со стороны перекрытия крепи конце шланга расположен второй датчик давления. В такой системе из двух датчиков на основе разности измеренных давлений может быть обнаружена гидростатическая разность высот. При этом с системой из двух датчиков связано то преимущество, что на основе применения разности измеренных давлений возможна барометрическая коррекция при изменениях атмосферного давления воздуха. Поскольку значение высоты выводится на основе разности давлений обоих датчиков, разность высот может быть измерена также при изменениях внутреннего давления шланга, например, за счет изгиба шланга или пережатия шланга, на основе измеренной разности давлений с незначительными ошибками.
При этом согласно варианту осуществления изобретения может быть предусмотрено, что также и второй датчик давления является датчиком абсолютного давления. Поскольку датчики абсолютного давления по сравнению с также известными датчиками относительного давления несколько менее точные в их измерительных результатах, а также более дорогие в приобретении, при использовании двух датчиков давления могут применяться также относительные датчики давления в качестве датчиков давления, которые измеряют в каждом случае атмосферное давление относительно давления жидкости.
Поскольку является желательным задавать свободную высоту лавы возможно более близко от угольной стенки горной выработки, прежде всего в области переднего конца перекрытия крепи каркаса щитовой крепи, целесообразен учет расположения по высоте примыкающего к угольной стенке горной выработки забойного конвейера. Для учета этого расположения по высоте забойного конвейера в процессе обнаружения высоты лавы, в другом варианте осуществления изобретения может быть предусмотрено, что проходящий между перекрытием крепи и опорным полозом каркаса щитовой крепи шланг простирается за расположенный со стороны полоза датчик давления до забойного конвейера, а на укрепленном на забойном конвейере конце шланга расположен датчик давления. Таким образом, посредством измерения высоты жидкости между забойным конвейером и перекрытием крепи может быть обнаружено расстояние между обоими вышеупомянутыми конструктивными элементами, и с помощью продемонстрированного способа вычислена высота лавы по отношению к пласту.
В альтернативном варианте осуществления может быть при этом предусмотрено, что проходящий между опорным полозом и перекрытием крепи шланг простирается за расположенный со стороны перекрытия крепи датчик давления до забойного конвейера, и на укрепленном на забойном конвейере конце шланга расположен датчик давления. В этом варианте осуществления могут быть зарегистрированы две разности высот, а именно, с одной стороны, разность высот между перекрытием крепи и опорным полозом и, с другой стороны, разность высот между перекрытием крепи и забойным конвейером. Таким образом, основы для расчета высоты лавы по отношению к пласту еще более улучшены. Если проходящий насквозь от забойного конвейера вплоть до перекрытия крепи шланг может вызывать проблемы для производства добычных работ, согласно варианту осуществления изобретения предусмотрено применение двух раздельных шланговых нивелиров, а именно, одного, уложенного между перекрытием крепи и опорным полозом каркаса щитовой крепи шлангового нивелира, и второго, уложенного между опорным полозом и забойным конвейером шлангового нивелира. Для обнаружения высоты между забойным конвейером и перекрытием крепи расположенные со стороны полоза концы шлангов обоих шланговых нивелиров должны образовывать при этом расположенную на одном уровне стыковочную точку.
Для приведения в соответствие подвижно-технической свободы действий относительно проходящего между каркасом щитовой крепи и забойным конвейером шланга при поступательном перемещении каркаса щитовой крепи по отношению к забойному конвейеру, может быть предусмотрено, что проходящий между каркасом щитовой крепи и забойным конвейером шланг или часть шланга нагружены посредством возвратной пружины.
Согласно варианту осуществления изобретения может быть предусмотрено, что расположенные на одинаковом конструктивном элементе каркаса щитовой крепи устройство измерения наклона и датчик давления расположены в каждом случае в общем датчиковом корпусе с общим электроснабжением и подключением измерительной цепи.
Для улучшения информационной базы для вычислительного определения высоты лавы по отношению к пласту является целесообразным, когда согласно варианту осуществления изобретения дополнительно к размещенному на перекрытии крепи каркаса щитовой крепи устройству измерения наклона, на опорном полозе располагается другое устройство измерения наклона той же конструкции, поскольку в этом случае может быть учтено также и положение в пространстве опорного полоза. Поскольку расположение по высоте забойного конвейера приобщено к определению высоты проема призабойного пространства, знание о положении забойного конвейера в пространстве также имеет значение, и в данном случае согласно варианту осуществления изобретения предусмотрено, что на забойном конвейере расположено устройство измерения наклона.
Согласно альтернативным вариантам осуществления изобретения устройство измерения наклона может состоять из двух одноосных датчиков угла наклона или соответственно из двухосного датчика угла наклона. Также возможно и использование по существу известных трехосных датчиков угла наклона, хотя, в общем, необходимы измерительные результаты лишь в отношении двух осей поворота. На чертеже отображены варианты осуществления изобретения, которые описаны ниже. Показано:
Фиг. 1А - каркас щитовой крепи со встроенным шланговым нивелиром и устройством измерения наклона на схематическом виде сбоку,
Фиг. 1Б - предмет фиг. 1А на виде спереди,
Фиг. 2 - вариант осуществления каркаса щитовой крепи согласно фиг. 1А, 1Б в качестве составной части забойного оборудования с дополнительно направленным далее к забойному конвейеру шланговым нивелиром,
Фиг. 3 - предмет фиг. 2 в другом варианте осуществления,
Фиг. 4 - предмет фиг. 2 или же фиг. 3 в еще одном другом варианте осуществления.
Схематически представленный на фиг. 1 каркас 10 щитовой крепи, прежде всего, содержит опорный полоз 11, на котором установлены в параллельном друг другу расположении две крепежные стойки 12, из которых на фиг. 1А показана только одна крепежная стойка, которая несет на ее верхнем конце перекрытие 13 крепи. В то время как перекрытие 13 крепи располагается своим передним (левым) концом в направлении не представленной на фиг. 1А, однако, очевидной из фиг. 2-4 машины добычи, завальный щит 14 шарнирно присоединен посредством сочленения 15 на заднем (правом) конце перекрытия 13 крепи, причем завальный щит 14 опирается на представленные на виде сбоку два покоящихся на опорном полозе 11 несущих рычага 16.
w
0
u
На каркасе 10 щитовой крепи расположен шланговый нивелир 17 с уложенным между перекрытием 13 крепи и опорным полозом 11 шлангом 18, верхний конец которого расположен на перекрытии 13 крепи, а его нижний конец расположен на опорном полозе 11. На обоих концах в каждом случае расположены датчики давления, а именно, на расположенном на опорном полозе 11 конце шланга 18 - нижний датчик 19 давления, и на расположенном на перекрытии 13 крепи конце шланга 18 - верхний датчик 20 давления. В представленном варианте осуществления шланговый нивелир 17 выполнен в виде закрытого шлангового нивелира с закрытым, заполненным подходящей жидкостью под давлением шлангом 18, который присоединен, кроме того, к непредставленной, однако, предпочтительным образом, к гибкой гидроаккумулирующей емкости в качестве аккумулятора давления. В качестве жидкости следует использовать жидкость, которая способна принимать или освобождать только небольшое количество газа. Ради простоты вариант осуществления исходит из заполнения шланга 18 водой, которую предоставляет в распоряжение для этой цели в области забойного оборудования система орошения забоя. Посредством обоих, выполненных либо в виде датчиков абсолютного давления, либо в виде измеряющих атмосферное давление по отношению к давлению жидкости датчиков относительного давления, датчиков 19 и 20 давления можно непосредственно обнаруживать высоту h столба жидкости независимо от укладочной длины шланга 18. Поскольку верхний конец шланга 18 с расположенным на нем верхним датчиком 20 давления имеет расстояние h от верхнего края перекрытия 13 крепи и, соответствующим образом, нижний конец шланга 18 с расположенным на нем нижним датчиком 19 давления имеет расстояние h от нижней кромки опорного полоза 11, полная высота каркаса щитовой крепи в области шлангового нивелира 17 задана выражением:
w
2
2
Поскольку в каждом случае высота относительно пласта каркаса 10 щитовой крепи вычисляется как вертикальное расстояние между перекрытием 13 крепи и опорным полозом 11, при горизонтальном положении каркаса 10 щитовой крепи высота по отношению к пласту соответствует тем самым измеряемой высоте столба жидкости. Тем не менее, на практике возникают отклоняющиеся от идеального горизонтального положения каркаса щитовой крепи положения каркаса 10 щитовой крепи в пространстве лавы, вследствие чего высота по отношению к пласту каркаса 10 щитовой крепи отклоняется от измеряемой исключительно как вертикальное расстояние датчиков давления друг от друга высоты столба воды шлангового нивелира 17. Поэтому данная высота h столба воды должна быть пересчитана с учетом продольных наклонов или поперечных наклонов каркаса 10 щитовой крепи в каждом случае в высоту h по отношению к пласту. Для определения необходимых для этого пересчета данных в представленном варианте осуществления как на перекрытии 13 крепи, так и на опорном полозе 11 закреплено в каждом случае устройство 25 или же 26 измерения наклона, которое на выбор состоит из двух одноосных датчиков угла наклона, двухосного или также трехосного датчика угла наклона. Важно, что примененное в каждом случае устройство измерения наклона делает возможным измерение по меньшей мере по двум осям поворота по отношению к горизонтали. В представленном на фиг. 1А варианте осуществления принят обозначенный углом β продольный наклон каркаса 10 щитовой крепи, причем одновременно соответственно виду спереди каркаса щитовой крепи на фиг. 1Б принят поперечный наклон каркаса щитовой крепи соответствующего угла α. При таком положении каркаса 10 щитовой крепи в пространстве высота h относительно пласта каркаса 10 щитовой крепи задается выражением:
Другие высоты щита в каркасе щитовой крепи, обозначенные как, например, h1 или же h3, могут быть рассчитаны тригонометрическим способом при использовании продольного или поперечного угла наклона, причем на практике по существу для предотвращения столкновений передвигающейся по принадлежащему забойному конвейеру машины добычи имеет значение определение высоты передней области перекрытия 13 крепи. При этом соответствующее, по существу известное пространственное соотношение получается из представленных на фиг. 2-4 вариантов осуществления.
w
В представленном на фиг. 2 варианте осуществления дополнительно к каркасу щитовой крепи 10 также показано положение забойного конвейера 21, равно как и перемещаемой по нему и выполненной в виде горного комбайна с барабанным исполнительным органом машины 22 добычи с верхним режущим барабаном 23 и с нижним режущим барабаном 24. При этом на фиг. 2, в свою очередь, отображено крепление шлангового нивелира 17 на каркасе 10 щитовой крепи, причем теперь шланг 18 представлен в изогнутом виде, поскольку вид шланга 18, в частности, в конечном счете зависит в каждом случае от высоты выдвижения крепежной стойки 12 каркаса 10 щитовой крепи. На обнаружение обнаруживаемой в качестве размера по высоте величины h вид шланга в данном случае не оказывает какого-либо влияния. В свою очередь, на верхнем, расположенном со стороны перекрытия крепи конце шланга 18 расположен верхний датчик 20 давления, а на нижнем, расположенном со стороны полоза конце шланга 18 - нижний датчик 19 давления. В свою очередь, на перекрытии крепи 13 расположено устройство 25 измерения наклона, а на опорном полозе 11 - устройство измерения наклона 26. Для введения в рассмотрение необходимого, прежде всего, для контроля над столкновениями между перемещаемой на забойном конвейере 21 машиной 22 добычи и передним, выступающим в направлении машины 22 добычи концом перекрытия 13 крепи, обнаружения расположения по высоте несущего машину 22 добычи забойного конвейера, в представленном на фиг. 2 варианте осуществления шланг 18 шлангового нивелира 17 проведен за нижний, расположенный со стороны полоза датчик 19 давления посредством шлангового ответвления 28 до забойного конвейера 21, причем конец шлангового ответвления 28 укреплен на забойном конвейере 21. Соответственно, на конце шлангового ответвления 28 со стороны забойного конвейера также расположен датчик 29 давления. Таким образом, наряду с зависящей от высоты подъема каркаса щитовой крепи высотой водного столба, можно также обнаруживать расстояние по вертикали между забойным конвейером 21 и опорным полозом 11 или, в равной мере, между перекрытием 13 крепи, причем соответствующая высота водного столба, в свою очередь, подвергается пересчету с учетом продольного и/или поперечного наклона каркаса 10 щитовой крепи и забойного конвейера 21. Соответствующим образом на забойном конвейере 21 также закреплено устройство 27 измерения наклона.
Представленный на фиг. 3 вариант осуществления отличается от представленного на фиг. 2 и ранее описанного варианта осуществления лишь тем, что осуществлен учет расположения по высоте забойного конвейера 21 посредством дополнительного шлангового ответвления 30, которое реализовано путем продолжения шланга 18 в составе уложенного на каркасе 10 щитовой крепи шлангового нивелира 17 за верхний, прикрепленный на перекрытии 13 крепи датчик 20 давления до забойного конвейера 21. В свою очередь, на конце со стороны забойного конвейера шлангового ответвления 30 прикреплен принадлежащий датчик 29 давления, а на забойном конвейере 21 также прикреплено устройство 27 измерения наклона.
В свою очередь, альтернативный вариант осуществления показан на фиг. 4, на котором, наряду с уложенным на каркасе 10 щитовой крепи шланговым нивелиром 17 со шлангом 18, расположен независимый второй шланговый нивелир 31 с уложенным между забойным конвейером 21 и опорным полозом 11 шлангом 33. Поскольку на закрепленном на забойном конвейере 21 конце шланга 33, в свою очередь, прикреплен соответствующий датчик 29 давления, на закрепленном на опорном полозе 11 каркаса 10 щитовой крепи конце шланга 33 предусмотрен другой датчик 34 давления. Для обеспечения возможности осуществления учета обнаруживаемого посредством второго шлангового нивелира 31 различия высот между забойным конвейером 21 и опорным полозом 11 в ходе определения полной высоты забойного оборудования и тем самым проема призабойного пространства, необходимо позаботиться о том, чтобы прикрепленные на концах шланга 18 и шланга 33 в каждом случае на опорном полозе 11 датчики 19 и 34 давления образовывали расположенные на одном уровне стыковочные точки. С этим вариантом осуществления связано то преимущество, что, прежде всего, вследствие особого нагружения проходящего между забойным конвейером 21 и опорным полозом 11 шланга 33 в процессе функционирования забойного оборудования в результате периодических относительных перемещений между каркасом 10 щитовой крепи и забойным конвейером 21, второй шланговый нивелир 31 с принадлежащим шлангом 33 может быть легко заменяем, без вмешательства в уложенный на каркасе 10 щитовой крепи шланговый нивелир 17 таким образом, что измерение высот посредством шлангового нивелира 17 не должно прерываться.
Представленные в предшествующем описании или в нижеследующих пунктах формулы изобретения или на прилагаемых чертежах признаки, выраженные в их специфических формах или в смысле средства для реализации представленной функции или способа или процесса достижения представленного результата, могут быть использованы по отдельности или в любом сочетании этих признаков для реализации изобретения в его различных формах.