МЕХАНИЗИРОВАННАЯ КРЕПЬ ДЛЯ КРУТЫХ ПЛАСТОВ
POWERED SUPPORT FOR STEEP SEAMS

Изобретение относится к угольной промышленности, в частности к области механизированного крепления очистных выработок при выемке угля из средней мощности крутых пластов с физическим способом разрушения угля (лазером, ультразвуком, режущей струей воды). Крутые пласты отличаются высокой геологической нарушенностью выемочных полей и большой изменчивостью гипсометрии, при этом нагрузки на крепь не велики, - так как 3/4 части лавы самоподбучивается породами, перепускаемыми с верхних ранее отработанных горизонтов. Основная нагрузка ложится на завальный, органный ряд гидростоек в периоды осадки основной кровли. В пределах же рабочего пространства лавы нагрузки в 1.5-2 раза ниже [5, 6, 7, 8].
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]. Это мощные, высокопроизводительные комплексы с устойчивыми механизированными крепями работают при углах падения пласта до 10-15 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].
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].
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, расположенным в плоскости симметрии основания, секционная направляющая состоит из ДВУХ ШАРНИРНО СОЕДИНЕННЫХ БАЛОК с тремя взаимно параллельными шарнирами.
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 забой, но мало препятствует развороту, наклону и сползанию в сторону падения пласта.
Сползанию, перекосам и опрокидыванию способствует и НЕПРИЖАТОСТЬ БАЗОВОЙ БАЛКИ К ПОЧВЕ ПЛАСТА особенно при обводненности почвы (естественная или при орошении), при вибрации выемочного органа при слабых боковых породах (купала над верхняками и зарывание башмака в почву пласта).
Известна механизированная крепь для пластов крутого падения [4], принятая в качестве прототипа.
Механизированная крепь для крутых пластов средней мощности и мощных до 5-6 м включает базовый став, разделенный на базовые секции, каждая из которых состоит из передней и завальной стенок с гидростойками распора и хвостиков, соединяющих переднюю и завальную стенки по почве пласта, и однотипные взаимозаменяющиеся линейные секции, каждая из которых состоит из гидростойки с верхняком и опорной плитой, которые крепятся на роликовых опорах, установленных с возможностью перемещения внутри хвостовиков базовой секции, отличающаяся тем, что линейные секции содержат капсулу аппаратного отсека с ребрами жесткости и покрытую пористой резиной или полимером, на которую опираются гидростойка с верхняком и опорной плитой, а роликовые опоры прикреплены к капсуле, причем капсула выполнена с утолщением днища в виде башмака. Для удобства обслуживания аппаратуры управления, расположенной в капсуле, вдоль передней стенки базовой секции проложен людской ходок с воздуховодом, создающим подпор чистого воздуха как внутри ходка, так и внутри капсулы - аппаратного отсека.
Недостатком данной механизированной крепи является размещение роликовых опор внутри хвостовиков, что может привести к их заштыбовке и заклиниванию особенно на пластах со слабыми боковыми породами и почвами, склонными к вспучиванию. Заклинивание роликовых опор может значительно снизить работоспособность крепи.
Другим важным недостатком нужно считать использование корпуса капсулы аппаратного отсека в качестве несущего элемента крепи, воспринимающего горное давление в полном объеме.
В третьих, на крутых пластах зачастую контактирующие боковые породы слабые, кровля, склонная к куполению и просыпанию, а почва - к вспучиванию. Значительную реакцию крепи и при желании создать невозможно. Излишне высокий начальный распор крепи приводит к вдавливанию опор крепи в слабые боковые породы, «обыгрыванию» крепи и, как следствие, - ухудшение устойчивости секций крепи и снижения работоспособности агрегата в целом. В таких условиях важнее иметь при невысоком сопротивлении крепи хороший «мягкий» контакт опор крепи с контактирующим слоем кровли и по возможности минимальную площадь поддержания боковых пород за счет сокращения длины секции крепи.
Данная крепь с обычным жестким верхняком недостаточно приспособлена к слабым боковым породам, а людской ходок и призабойная стенка базовой секции только удлиняют секцию крепи по простиранию и, возможно, что могут припятствовать перемещению и работе выемочного органа физического разрушения угля (пока существующего в виде экспериментального устройства).
Цель изобретения - улучшение адаптации крепи к слабым боковым породам, дальнейшее повышение устойчивости и улучшение передвижки крепи на крутом падении в условиях слабых боковых пород, а также предохранение капсулы аппаратного отсека от непосредственного воздействия горного давления.
Для решения первой задачи верхняк секции состоит из множества пластин - траков, соединенных шарнирно между собой и распирающихся пучком стержней из рессорной стали, закрепленном на гидростойке линейной секции, установленной в стакане, который опирается на опорную плиту и далее на силовой каркас, внутри которого находится капсула аппаратного отсека.
Задача повышения устойчивости и улучшения передвижки крепи решается за счет улучшения компоновки и кинематической схемы передвижки.
В целях сокращения длины крепи по простиранию пласта людской ходок расположен по центру линейных секций. Этим мы улучшаем обзор забоя и условия для работы выемочного органа с физическим способом разрушения угля.
Примененная кинематическая схема передвижки крепи позволила отказаться от базовых секций.
Другие компоненты крепи идентичны аналогу [4]. Управляющая электроника ограждена от горного давления силовым каркасом, а от виброударных воздействий - покрытием корпуса капсулы слоем пористой резины или полимером.
В качестве элементов передвижки и коррекции силовой каркас со стороны забоя и завала имеет раздвижные кронштейны с гидродомкратами передвижки внутри них, которые кинематически связаны с раздвижной траверсой, соединяющей стойки распора призабойного ограждения, и с раздвижной траверсой, соединяющей стойки распора завального ограждения, причем внутри траверс располагаются домкраты коррекции крепи. С целью повышения комфортности для работы людей и автоматизированной системы управления устройств физического разрушения угля людской ходок с торцов закрыт шторками, чистый воздух, подаваемый по воздухопроводу, создает подпор воздуха как в аппаратном отсеке, так и в людском ходке, что препятствует проникновению пыли в пространства, где находятся люди и электронное оборудование.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 представлен вертикальный разрез секции крепи (вид сзади), на фиг.2 - вид на крепь сверху с разрезом; на фиг.3 - вид на крепь сбоку с местным разрезом.
Линейная секция состоит из верхняка 1, состоящего из множества траков, соединенных шарнирно между собой и опорной плитой 2, между которыми находится гидростойка 23 в стакане 24, распирающая пучок стержней из рессорной стали 26 в траки верхняка 1, силового каркаса 4, внутри которого находится капсула аппаратного отсека 3, покрытая резиной или полимером. Боковая поверхность капсулы со стороны падения и восстания пласта имеет люки 27, которые между смежными секциями соединены сильфонными перекрытиями 29 в людской ходок с возможностью удлинения и сокращения. Чистый воздух подается в людской ходок и аппаратный отсек с подпором по воздухопроводу 25. Днище силового каркаса имеет утолщение нижней ее части в виде башмака 5.
Спереди непосредственно к силовому каркасу 4 шарнирно крепится поворотная арка с раздвижным кронштейном 13 и домкратом передвижки 16, расположенным внутри него. Поворот кронштейна 13 вверх-вниз по восстанию пласта осуществляется домкратом 28. Кронштейн 13 телескопически связан с раздвижной траверсой 15, внутри которой находится домкрат коррекции двустороннего действия 20. Траверса связывает тягами 18, 19 между собой гидростойки распора 14, 17, на которых крепиться призабойное ограждение 22.
Сзади к силовому каркасу 4 шарнирно крепится раздвижной кронштейн 9 с домкратом передвижки 10, расположенным внутри него. Кронштейн телескопически связан с раздвижной траверсой 6, внутри которой находится домкрат коррекции двустороннего действия 8. Траверса связывает между собой гидростойки 7, 12 завального ограждения 21. Поворот кронштейна вверх-вниз осуществляется домкратом 11, установленным на башмаке линейной секции 5.
Верхняк из множества траков должен хорошо вписываться в сложную гипсометрию крутых пластов и препятствовать самообрушению контактирующего слоя в пределах рабочего пространства лавы.
Призабойное 22 и завальное 21 ограждения должны обладать возможностью удлиняться и сокращаться при перемещении крепи вверх по восстанию в целях компенсации сползания или удлинения лавы по мере изменения гипсометрии пласта.
У предлагаемой крепи передняя и задняя стенки базовой секции утратили непосредственную конструктивную связь между собой Линейная секция приобрела большинство ее функций и, в принципе, превратилась в автономного автоматизированного робота.
Ход работ.
Выемочный цикл начинается с разрушения угля физическим способом с использованием лазера, ультразвука или струи воды высокого давления. Аппаратура управления выемочным органом расположена в капсуле 3. Доставка угля по лаве на крутом падении осуществляется самотеком.
После выемки полоски угля призабойное ограждение 22 вместе с разгруженными гидростойками 14, 17 приподнимается домкратом 28 и подается на забой домкратом передвижки 16, при этом кронштейн 13 раздвигается. Затем гидростойки 14, 17 распираются, а линейная секция разгружается. При этом гидростойка 23 с пучком стержней 26 отводит верхняк 1 из множества траков от кровли пласта. Секция приподнимается от почвы пласта и под действием домкратов 11 и 28 и «переносится», подтягивается домкратом передвижки 16 к призабойному ограждению 22. Передвижке линейной секции помогает и домкрат 10 со стороны завального ограждения, который при этом раздвигается.
После распора линейной секции разгружаются гидростойки завального ограждения 7, 12, при этом кронштейн 9 поворачивается домкратом 11 и приподнимает траверсу 6 вместе с домкратом 8, а домкрат передвижки 10 подтягивает указанные выше элементы и завальное ограждение 21 к линейной секции. Затем домкраты 7, 12 распираются. На этом заканчивается подготовка крепи к новому выемочному циклу.
Такой способ передвижки крепи особенно эффективен при слабой склонной к вспучиванию почве. При этом заштыбовка и заклинивание секциям крепи не грозит. Устойчивость крепи на крутом падении гарантируется тем, что большинство гидростоек постоянно находится в распоре с боковыми породами. Главное отличие данной крепи, что все секции однотипные, взаимозаменяемые, обладающие собственной устойчивостью и передвигаемостью без громоздкой базы или базовых секций.
При необходимости коррекции крепи, в результате ее сползания или изменения длины лавы за счет перегибов и колебаний угла падения пласта, конструкция крепи позволяет передвигать секции по восстанию пласта поочередно, начиная с верхней.
Процесс начинается с кратковременной разгрузки гдиростоек 14, 7 и путем раздвижки траверс 6, 15 домкратами коррекции 8, 20, они подаются вверх по восстанию. После распора гидростоек 14, 7 разгружается и подтягивается линейная секция теми же домкратами коррекции 8, 20. После распора тракового верхняка 1 линейной секции гидростойкой 23 и пучком стержней 26 разгружаются гидростойки 17, 12, которые путем сокращения траверс 15, 6 подтягиваются домкратами коррекции 8, 20 к линейной секции. В этом процессе сильфонное перекрытие 29 удлиняется и сокращается по мере подачи секции вверх по восстанию пласта.
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.
Техническая и экономическая польза от внедрения данного изобретения очевидна: из-за отсутствия работоспособных крепей огромные запасы угля в крутых пластах консервируются. Запасы нефти и газа истощаются, холодный термоядерный синтез оказался неосуществим… и в будущем уголек послужит человечеству верную службу, как это было всегда. Из угля можно получить почти все необходимое человеку и все для техники.
Источники информации
1. Хорин В.Н. 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, Бюл. № 14.
4. Патент RU 2372483 C1, E21D 23/00, Бюл. № 31, 2009.
5. Совершенствование разработки угольных пластов Прокопьевско-Киселевского месторождения Кузбасса с применением комплексной механизации. Сборник трудов. Прокопьевск, 1972 г.
6. К.А.Ардашев, А.А.Перфилов (ВНИМИ), А.М.Долинский (Гипроуглемаш). Результаты испытаний агрегата АК. М., «Горные машины и автоматика», 3, 1972.
7. 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.
8. А.А.Перфилов. Особенности взаимодействия механизированной крепи с предохранительной угольной пачкой. Кемерово, Труды КузПИ, сб.43, 1980.