ЗАЩИТНЫЙ КОЗЫРЕК ДЛЯ ОГРАДИТЕЛЬНОЙ КРЕПИ
PROTECTIVE VISOR FOR SHIELD-TYPE POWERED SUPPORT

Настоящее изобретение относится к защитному козырьку для оградительной крепи для подземной разработки месторождений, содержащему плиту, имеющую приспосабливающие устройства для соединения верхних частей гидравлических стоек с защитным козырьком, и опорную конструкцию, которая приварена под плитой и содержит множество продольных балок, проходящих из задней зоны козырька, в котором размещаются приспосабливающие устройства, до передней зоны козырька, в котором продольные балки сужаются на их высоте.
В течение десятилетий в подземной разработке месторождений используются узлы механизированной крепи, которые выполнены с возможностью изменения по высоте посредством гидравлических цилиндров (гидравлических стоек), причем упомянутые узлы механизированной крепи, как правило, содержат два напольных бруса, направляющий стержневой механизм, оградительный щит и монолитный или состоящий из множества частей защитный козырек, соединенный с оградительным щитом шарнирным способом. Посредством выдвижения обычно двух, иногда также четырех, гидравлических цилиндров защитный козырек прижимается к «кровле», т.е. перекрывающей породе подземного длинного забоя, для обеспечения в подземной формации свободного пространства для размещения добычных машин, которое обычно называется длинным забоем. Множество оградительных крепей или узлов механизированной крепи, выполненных с возможностью регулирования по высоте, образует передвижную крепь, которая может быть перемещена вперед или посредством которой добычная установка может быть продвинута вперед посредством отвода гидравлических цилиндров и продвижения отдельных оградительных крепей через по существу горизонтально направленные передвижные цилиндры, которые размещаются рядом с добычной установкой.
Узлы механизированной крепи или оградительные крепи, используемые в высокопроизводительных добычных работах, содержат защитные козырьки, плиты которых имеют длину, составляющую пять и более метров, и ширину, составляющую два и более метров. В этом случае все изгибающие силы между концом козырька и концевой опорой козырька или приспосабливающими устройствами для верхних частей стоек должны демпфироваться с высокой степенью определенности опорной конструкцией, приваренной под плитой для предотвращения разрушения защитного козырька в рыхлой или волнообразной формации, к которой прижат защитный козырек. Для того чтобы справиться с данными нагрузками, используемые в настоящее время узлы механизированной крепи обычно содержат коробчатую опорную конструкцию, содержащую множество продольных балок, которые состоят из полос листового металла и усилены посредством поперечных пластин.
В оградительной крепи, содержащей отверстие для отвода, которая описана, например, в патенте Германии 19814246 А1, предусмотрены две продольные балки коробчатого сечения, которые проходят по всей длине защитного козырька и одновременно образуют направляющее устройство для подвижной пластины, чтобы образовать в защитном козырьке отверстие для отвода, которое может быть открыто и закрыто, для процесса отвода/извлечения.
Целью изобретения является создание защитного козырька, который может быть изготовлен с меньшей стоимостью, меньшим весом и более высокой изгибной прочностью по сравнению с известными конструкциями.
Эта и другие цели достигаются в соответствии с изобретением тем, что, по меньшей мере, две продольные балки состоят из профилированных опор, которые содержат, по меньшей мере, одну верхнюю полку профиля и стенку, проходящую перпендикулярно верхней полке профиля, причем в передней зоне козырька плита и продольные балки наклонены вверх. Посредством наклона конца козырька, т.е. наклона в передней сужающейся зоне козырька, обеспечивается предварительное выгибание дугой защитного козырька, которое оказывает противодействие нагрузкам в ситуации оседания узла механизированной крепи, и данное предварительное выгибание дугой способно значительно улучшить общую нагрузочную способность защитного козырька. Предварительное выгибание дугой защитного козырька относительно последующей линии нагрузки может быть достигнуто посредством только простого размещения под углом самого переднего участка, образующего конец козырька, относительно заднего участка передней зоны козырька, но может также содержать множество расположенных под углом конфигураций. В зависимости от общей длины защитного козырька и заданной свободно выступающей расчетной длины передней зоны козырька наклоненный конец козырька предпочтительно может составлять примерно 10%-30%, в частности примерно 15%-25%, общей длины защитного козырька. Поскольку коробчатая конструкция из множества полос листового металла, приваренных друг к другу, или коробчатых секций, по существу не требуется при решении в соответствии с изобретением и вместо нее могут быть использованы профилированные опоры, имеющие длину около метра, может быть обеспечена более высокая изгибная прочность при уменьшенном весе и в то же время значительное уменьшение сварных швов, требующихся для создания сварной опорной конструкции.
В принципе предварительное выгибание дугой защитного козырька может быть достигнуто различными способами. В конфигурации, которая является простой с точки зрения исполнения и предпочтительной по стоимости, предусмотрена стенка с разрезом, причем наклон образуется в зоне разреза, и разрез в стенке выполнен с возможностью осуществления наклона. После выполнения разреза, например, посредством газопламенной резки, самый передний участок профилированной опоры, которая после ее приспособления образует продольную балку в опорной конструкции защитного козырька, может быть согнут под небольшим углом наклона, тем самым образуя наклон между двумя другими прямолинейными участками профилированной опоры. Разрез в стенке предпочтительно проходит прямо до верхней полки профиля, для того чтобы облегчить наклон или сгибание в точке наклона.
В особенно предпочтительной конфигурации для обеспечения наиболее высокой изгибной прочности в смонтированном состоянии профилированных опор в опорной конструкции защитного козырька после образования наклона разрез в стенке, по меньшей мере, частично заполняют клиновой деталью. Таким образом, вставка клиновой детали в свою очередь способна обеспечить тот эффект, что в зоне разреза стенка также подвергается только сжимающим нагрузкам, и данные сжимающие нагрузки могут быть совершенно поглощены, независимо от ранее выполненного разреза. Клиновая деталь предпочтительно приварена к разрезу.
В наиболее предпочтительной конфигурации верхняя полка профиля профилированной опоры содержит плечо полки на обеих сторонах стенки. Для того чтобы облегчить осуществление наклона в профилированной опоре с верхней полкой профиля, содержащей плечо полки на обеих сторонах, стенки обоих профилей могут быть снабжены разрезами плеч в совмещении с разрезом перед наклоном. После того как наклон осуществлен, участки плеча, образующие разрезы плеча, могут быть снова соединены, в частности, посредством сварного шва. Однако наклон может быть также осуществлен без дополнительного разреза в плечах полок и/или также без дополнительных мер, таких как средства на линии изгиба или др.
Угол наклона конца козырька относительно остальной части профилированной опоры предпочтительно составляет примерно 2°-4°, и в частности примерно 3°. В соответствии с наиболее предпочтительной конфигурацией продольные балки или профилированные опоры состоят из предпочтительно прокатанных или протянутых двутавровых профилей, содержащих нижнюю полку профиля, выполненную за одно целое со стенкой. В принципе, конечно, нижняя полка профиля на готовой продольной балке, вставленной в защитный козырек, может проходить вверх до конца козырька. Однако в предпочтительной конфигурации в переднем участке козырька нижняя полка профиля удалена, в частности отрезана. Удаление нижней полки профиля осуществляется предпочтительно перед осуществлением наклона, посредством разреза, который проходит под углом в точке наклона. В этом случае угол наклона разреза предпочтительно должен соответствовать углу наклона конца козырька относительно остальной профилированной опоры, так что после наклона нижняя сторона профилированной опоры сужается прямолинейно на обеих сторонах разреза и нижние пластины могут быть приварены в передней зоне козырька к нижней стороне защитного козырька.
Вместо осуществления разреза, при помощи которого нижнюю полку профиля в передней зоне козырька, по существу, удаляют на опоре двутаврового профиля, нижняя полка профиля может быть также удалена, если, помимо разреза для осуществления наклона, участок стенки, в частности тот участок стенки, который в двутавровом профиле был первоначально расположен непосредственно рядом с нижней полкой профиля, отрезают, чтобы затем запрессовать или расплющить нижнюю полку профиля на край разреза и затем снова приварить ее к нему, как подробно описано в заявке на патент Германии 102008029085 А1 (ранее не опубликованной) автора данной заявки, содержание которой также включено в данный документ.
В качестве альтернативы продольные балки могут состоять из тавровых профилей, в которых разрезы соответственно выполняют в стенке, а вторая полка профиля, проходящая перпендикулярно стенке, отсутствует. В случае продольных балок, которые состоят из тавровых профилей, стенка балки может быть приварена как нижняя полка к стенке на любом уровне в задней зоне козырька.
В соответствии с предпочтительной конфигурацией верхняя полка профиля и/или нижняя полка профиля, по меньшей мере, в задней зоне козырька могут проходить в каждом случае с плечом полки на обеих сторонах стенки. При этом плечи полки верхней и нижней полок профиля могут иметь одинаковые ширину и толщину. Таким образом, соответствующая продольная балка может состоять из симметричной двутавровой профилированной опоры, которая надлежащим образом приспособлена посредством разрезов и разрезания. Что касается стенки, то плечи полок на одной стороне могут также иметь большую толщину и/или большую ширину по сравнению с плечами полки на другой стороне стенки. Для такой конфигурации, в частности, могут быть использованы асимметричные двутавровые профилированные опоры, или же симметричная двутавровая профилированная опора надлежащим образом приспособлена посредством дополнительных разрезов. В защитном козырьке могут быть также использованы обе конфигурации двутавровых профилированных опор.
Для того чтобы облегчить монтаж приспосабливающего устройства, особенно предпочтительно, если плечи нижней и верхней полок в задней зоне козырька частично содержат вырезы для размещения приспосабливающих устройств для верхних частей стоек. Уменьшение изгибной стойкости, вызываемое вырезами в нижней полке профиля или верхней полке профиля, может быть компенсировано, помимо прочего, приспосабливающими устройствами, привариваемыми к плечам полок верхних полок профилей над вырезами. Плечи верхней и нижней полок могут частично содержать вырезы в зоне приспосабливающих устройств для верхних частей стоек, причем вырезы проходят прямо до стенки. Кроме того, предпочтительно, если верхние полки профилей всех профилированных опор приварены к нижней стороне плиты козырька посредством продольных сварных швов и/или если защитный козырек имеет опорную конструкцию, содержащую четыре продольные балки, состоящие из профилированных опор.
Дополнительные преимущества и конфигурации защитного козырька в соответствии с изобретением станут очевидными из приведенного ниже описания примерного варианта осуществления, показанного на чертежах, для конструкции защитного козырька и для способа изготовления профилированной опоры, используемой в опорной конструкции наиболее предпочтительным способом. На чертежах показано следующее:
Фиг.1 изображает перспективный вид снизу защитного козырька в соответствии с изобретением без приспосабливающих устройств для верхних частей стоек и шарнирных соединений.
Фиг.2 изображает вид задней стороны защитного козырька в соответствии с фиг.1.
Фиг.3 изображает вид сбоку защитного козырька в соответствии с фиг.1.
Фиг.4 изображает деталь IV, показанную на фиг.3.
Фиг.5 изображает перспективный вид профилированной опоры, приспособленной в защитном козырьке в соответствии с фиг.1 в качестве продольной балки опорной конструкции.
Фиг.6 изображает передний участок профилированной опоры перед операцией наклона, в виде сбоку.
Фиг.7 изображает подробный вид разреза в профилированной опоре перед вставкой клиновой детали.
На фиг.1 в схематично очень упрощенном виде показан защитный козырек 1 в соответствии с изобретением для использования на узле механизированной крепи любой требуемой конструкции, в частности, для подземной разработки месторождений. Узел механизированной крепи (не показанный полностью) обычно содержит два напольных бруса, две или четыре гидравлические стойки, оградительный щит и направляющий стержневой механизм для обеспечения прижатия защитного козырька 1 с плитой 2 козырька, которая образует верхнюю сторону узла механизированной крепи, к «кровле» подземного угольного забоя или перекрывающей породе подземного пространства в состоянии оседания узла механизированной крепи. Приспосабливающие устройства, которые предназначены для прикрепления защитного козырька 1 к гидравлическим стойкам и прикрепляются к защитному козырьку 1 в положениях 3 и шарнирные соединения для соединения защитного козырька 1 с оградительным щитом, которые обычно расположены на задней стороне 4 защитного козырька 1, не показаны.
Как показано на фиг.1, защитный козырек 1 содержит опорную конструкцию 5, которая приварена к нижней стороне плиты 2 козырька и в показанном примерном варианте осуществления образована посредством двух центральных профилированных опор 6 и двух крайних профилированных опор 16 в качестве продольных балок. В показанном примерном варианте осуществления все профилированные опоры 6, 16 первоначально состоят из двутавровых профилированных опор, которые, однако, приспособлены для использования в качестве продольных балок в опорной конструкции. Обе профилированные опоры 6, 16 содержат выполненную как одно целое верхнюю полку 7 или 17 профиля соответственно, нижнюю полку 8 или 18 профиля соответственно, и стенку 9 или 19 соответственно, проходящую перпендикулярно двум полкам 7, 8 и 17, 18 профилей соответственно. Соответствующая верхняя полка 7 или 17 профиля профилированных опор соединена с плитой 2 козырька посредством сварных швов, и плита 2 козырька поддерживается по существу по всей длине защитного козырька 1 на верхних полках 7, 17 профилей профилированных опор 6, 16, образующих продольные балки опорной конструкции 5. Защитный козырек 1 имеет заднюю зону 1А, в которой он имеет приблизительно неизменную высоту и в которой размещаются приспосабливающие устройства (не показанные) для верхних частей стоек, и переднюю зону 1В, в которой высота защитного козырька 1 непрерывно сужается в данном случае к концевой поверхности 11 козырька.
В соответствии с изобретением, по меньшей мере, в передней зоне 1В козырька образован наклон 20, посредством которого участок защитного козырька, который расположен между наклоном 20 и передней концевой поверхностью 11 и обозначен как конец 21 козырька, проходит под углом относительно всей другой зоны защитного козырька 1. Наклон в точке 20 наклона также включает, в частности, плиту 2 козырька. Для этой цели плита 2 козырька в показанном примерном варианте осуществления состоит из заднего участка 2А плиты и переднего участка 2В плиты, выполненного в данном случае несколько более жестким, причем участок 2В плиты в точке 20 наклона имеет наклон в соответствии с наклоном всего защитного козырька 1. При этом наклон или угол наклона в точке 20 наклона между концом 21 козырька и остальным участком передней зоны 1В козырька и всей задней зоной 1А козырька равен 3°, причем наклон проходит вверх к кровле относительно завершенного защитного козырька 1. Эффект достигается посредством того, что силы, передаваемые от кровли на защитный козырек 1 во время оседания узла механизированной крепи, должны сначала преодолеть предварительное выгибание дугой защитного козырька 1, достигаемое посредством наклона.
На виде сзади защитного козырька 1 в соответствии с фиг.1 наглядно показано, что каждая центральная профилированная опора 6 опорной конструкции 5 состоит из симметричных двутавровых профилированных опор, в которых верхняя полка 7 профиля и нижняя полка 8 профиля содержат плечи 7А и 8А полок соответственно, имеющие одинаковую толщину и ширину на обеих сторонах стенки 9. Соответствующие крайние профилированные опоры 16 состоят из асимметричных двутавровых профилированных опор, в которых плечи 17А и 18А полок, соответственно, на одной стороне стенки 19 имеют большую ширину, чем плечи 17В, 18В полок на другой стороне стенки 19. Разная ширина плеч 17А, 17В полок относительно друг друга и/или относительно плеч полок на центральных профилированных опорах 6 может быть достигнута, например, посредством использования разных двутавровых профилированных опор для центральных профилированных опор 6 с одной стороны и крайних профилированных опор 16 с другой стороны. Однако в качестве альтернативы крайние профилированные опоры 16 могут быть также изготовлены посредством соответствующего отрезания по размеру соответственно более коротких плеч 17В, 18В полок от одинаковых двутавровых профилированных опор в качестве центральных профилированных опор.
На фиг.3 и 4 наиболее наглядно показан наклон защитного козырька 1 в передней зоне 1В козырька в точке 20 наклона. Наклон выполнен одинаковым способом во всех профилированных опорах 6, 16, причем наклон переднего конца 21 козырька, как будет описано подробно со ссылкой на фиг.5-7, предпочтительно достигается посредством профилированных опор 6, 16, вначале снабженных разрезом 23 в передней зоне козырька или в том участке, который впоследствии образует опорную конструкцию 5 в передней зоне 1В козырька в защитном козырьке, причем разрез 23 проходит в стенке 9, 19 прямо до верхней полки 7, 17 профиля. Посредством разрезания стенки 9, 19 в точке 20 наклона участок, расположенный на одной стороне разреза 23, может быть повернут или отогнут относительно участка, расположенного на другой стороне разреза, в результате чего разрез 23, бывший до этого прямоугольным, расширяется в форме клина. Затем, после поворота, разрез 23 может быть снова заполнен клиновой деталью 40, которая предпочтительно приваривается к разрезу 23.
Для иллюстрации изготовления или приспособления профилированных опор 6, 16, образующих продольные балки в защитном козырьке 1, ниже будет сделана ссылка на фиг.5-7, на которых в качестве примера показана одна из двух крайних профилированных опор 16. Как дополнительно описано выше, исходный профиль для профилированной опоры 16 представляет собой вытянутую или прокатанную двутавровую балку, содержащую стенку 19, верхнюю полку 17 профиля и нижнюю полку 18 профиля. Профилированная опора 16 выполнена таким образом, что верхняя полка 17 профиля обязательно проходит по всей длине профилированной опоры 16, а нижняя полка 18 профиля проходит только примерно на половину длины профилированной опоры 16. Для этой цели весь передний участок профилированной опоры 16 содержит разделительный разрез в стенке 19, посредством которого нижнюю полку профиля, обычно выполненную как одно целое в двутавровом профиле, отрезают в переднем участке. Отрезанный край 25 на стенке 19 показан на фиг.5. На фиг.6 в подробном виде переднего участка профилированной опоры 16 показан этап изготовления или приспособления перед осуществлением наклона в точке 20 наклона. В стенке 19 профилированной опоры 16 выполнен разрез 23, проходящий в стенке 19 прямо до верхней полки 17 профиля. Однако верхняя полка 17 профиля еще проходит прямолинейно на обеих сторонах последующей точки поворота. Отрезанный край 25 на нижней стороне стенки 19 направлен таким образом, что первый участок 25А отрезанного края проходит прямо до разреза 23, тогда как второй участок 25В отрезанного края проходит с наклоном под углом α. При этом участок 25В отрезанного края проходит прямолинейно до переднего конца 16' профилированной опоры 16. В защитном козырьке в соответствии с изобретением данный передний участок впоследствии образует конец козырька. Угол α наклона между участками отрезанного края предпочтительно равен примерно 3° и соответствует в данном аспекте как раз тому углу наклона, который имеет профилированная опора 16 после осуществления наклона. На фиг.7 показан данный конечный этап изготовления профилированной опоры 16. После осуществления наклона относительно разреза 23 отрезанные края 25А, 25В находятся на одной линии друг с другом, а верхняя полка 17 профиля расположена под углом α в точке 20 поворота. Только после этого разрез 23 заполняют клиновой деталью 40 и приваривают к ней.
Для упрощения выполнения наклона плечи 17А и 17В полок, соответственно, верхней полки 17 профиля, как показано схематично, могут быть снабжены разрезами 26 плеч на высоте, соответствующей высоте точки 20 наклона или разреза 23 перед данным этапом. Поскольку наклон в зоне плеч 17А, 17В полок не приводит к относительно большому зазору, разрезы 26 в дальнейшем могут быть полностью снова закрыты корнями сварного шва. Однако наклон может быть также осуществлен без дополнительных мер, выполняемых в верхней полке профиля.
На фиг.1-5 наглядно показано, что профилированные опоры 6 и 16 в каждом случае содержат на одной стороне вырезы 27 и 28, соответственно, в верхних полках 7, 17 профиля и в нижних полках 8, 18 профиля. Данные вырезы обеспечивают достаточное свободное пространство для размещения приспосабливающих устройств (не показанных) для верхних частей стоек, при этом последние могут быть приварены и прикреплены не только к нижней плите (2 на фиг.1), но и к профилированным опорам 6, 16, образующим продольные балки защитного козырька 1. В показанном примерном варианте осуществления вырезы 27 и 28, соответственно, частично или полностью распределяются без необходимости расположения плеч полок 7, 8, 17, 18 профилей на одной стороне.
На фиг.1 показан передний плоский участок 2В плиты 2 козырька, также содержащий наклон, который может быть также выполнен без разреза за счет конструкции. В передней зоне 1В козырька между стенками 9, сужающимися к передней стороне козырька, приварена нижняя плита 46, на обеих сторонах которой размещены дополнительные нижние плиты 45, которые приварены к нижнему краю стенок 19 крайних профилированных опор 16. Все нижние плиты 45, 46 содержат согнутый участок 45А, 46А, который в задней зоне 1В козырька плотно прилегает и приварен к нижней стороне нижних полок 8, 18 профиля.
Множество модификаций в пределах объема прилагаемой формулы являются очевидными для специалиста в данной области техники из вышеприведенного описания. Вместо непрерывных двутавровых профилей могут быть использованы соответственно профилированные отлитые профили, которые уже снабжены соответствующим наклоном во время первичного формования. В качестве альтернативы могут быть использованы профили, имеющие однотавровое поперечное сечение, к которым приварены нижние полки. Такие модификации и другие модификации должны находиться в пределах прилагаемой формулы изобретения.