МЕХАНИЗИРОВАННАЯ КРЕПЬ ДЛЯ КРУТЫХ ПЛАСТОВ
POWERED SUPPORT FOR STEEP BEDS

Изобретение относится к угольной промышленности, в частности к области механизированного крепления очистных выработок при выемке угля из тонких и средней мощности крутых пластов. Изобретение может применяться на сверхкатегорийных шахтах, где не могут применяться другие виды энергии кроме сжатого воздуха для отработки пластов с устойчивыми боковыми породами, склонными плавно прогибаться, или с породами почвы, склонными к вспучиванию.
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]. Эти высокопроизводительные комплексы с устойчивыми механизированными крепями работают при углах падения пласта до 10-15 градусов. Комплексы КМ137, КМ138, КМ142, КМ143, КМ144 рассчитаны 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 такие крепи склонны 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, 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.
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 не припятстует 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), вибрации выемочного органа при слабых боковых породах (купола над верхняками и зарывание башмака в почву пласта).
Известна механизированная крепь для пластов крутого падения [4], предназначенная для отработки пластов выемочным органом с физическим способом разрушения угля. 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 передвижке секции крепи для предотвращения его зарывания в слабую почву и опускания башмака при загрузке крепи для снятия нагрузки с роликовых опор и передачи ее на башмак. Внутри арочной конструкции располагается аппаратный отсек на 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, 7] 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, 7] не предусмотрены изоляция пространства крепи и очищение воздуха или подача чистого воздуха под крепь.
Известна механизированная крепь для тонких пластов крутого падения [8], принятая нами за прототип.
Крепь включает базовый став и линейные секции, каждая из которых состоит из гидростойки с верхняком, башмака и гидродомкрата передвижки. Базовый став разделен на 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. Гидростойка линейной секции пропущена по центру жесткой плоской рамы с роликовыми опорами на гидроамортизаторах, установленными с возможностью перемещения внутри хвостовиков базовой секции для фиксации в строго нормальном к пласту положении при ее разгрузке и передвижке. 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 соединен тягами с рамой на роликовых опорах с гидроамортизаторами с возможностью подъема его над почвой при передвижке секции крепи для предотвращения его зарывания в слабую почву и опускания башмака при загрузке крепи для снятия нагрузки с роликовых опор и передачи ее на башмак.
Изобретение позволяет повысить устойчивость и вписываемость крепи в пласт крутого падения, дает возможность восстанавливать нормальное к пласту положение секций и компенсировать сползание крепи подачей секций по восстанию.
Недостатками данной механизированной крепи являются:
- открытость рабочего пространства лавы для проникновения кусков породы и пыли;
- использование гидростоек в качестве несущих элементов крепи требует и наличие маслостанции с подводкой электрических кабелей, электропускателей и т.д., что не безопасно применять в условиях сверхкатегорийных шахт.
ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ - повышение безопасности на сверхкатегорийных шахтах и обеспечение комфортности для работы людей и автоматизированной системы управления устройств физического разрушения угля (лазер, ультразвук, струя воды).
Безопасность работ обеспечивается за счет применения пневматической энергии.
Комфортность обеспечивается за счет изоляции рабочего пространства лавы от проникновения кусков породы и пыли.
Для улучшения вписываемости крепи в гипсометрию пласта функции распора и раздвижности распределены между различными элементами крепи.
В качестве оградительного элемента линейной секции используется капсула, усиленная ребрами жесткости. В качестве элемента распора используются эластичные пневмоподушки, установленные на капсуле под верхняком линейной секции. Для удержания верхняка при его подъеме и опускании центр его жестко связан с направляющей, пропущенной через свод капсулы.
Разделение функций распора и раздвижности между разными устройствами вызвано и тем, что эластичность подушек распора недостаточна для компенсации изменений гипсометрии пласта. Поэтому для увеличения раздвижности крепи используется пневмоподъемник с замком-фиксатором раздвижности, установленный на башмаке таким образом, что его цилиндр пропущен через центр рамы и распирается в дно капсулы, приподнимая или опуская ее, а шток распирается в башмак, жестко связанный тягами с рамой.
Комфортность обеспечивается тем, что рабочее пространство лавы полностью изолировано и представляет собой капсулу, например в форме эллипсоида, которая одновременно представляет собой и аппаратный отсек для размещения устройств управления выемочным органом с физическим способом разрушения угля. Для безопасного перемещения людей вдоль передних стенок базовых стенок проложен людской ходок, телескопически соединенный с люком капсулы-аппаратного отсека и задраенный с торцов раздвижными жалюзи или полимерной шторкой. Над людским ходком проложен воздухопровод, создающий подпор чистого воздуха как внутри ходка, так и внутри аппаратного отсека, препятствующий проникновению пыли в капсулу, что также повышает комфортность условий работы людей и электронной аппаратуры.
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.
Верхняк 1 с направляющей 2, пропущенной черед свод капсулы 3, и с пневмоподушками 4, а также сама капсула закреплены на пневмоподъемнике 5 с замком-фиксатором раздвижности 6. Пневмоподъемник 5, установленный на башмаке таким образом, что его цилиндр 7 пропущен через центр рамы 8 и распирается в дно капсулы 3, а шток распирается в башмак 9, жестко связанный тягами 10 с рамой 8.
Плоская рама 8, стабилизирующая линейную секцию крепи в пространстве, установлена на роликовых опорах 11 с амортизаторами (рессорами). Роликовые опоры имеют возможность перемещаться внутри хвостовиков 12 базовой секции при передвижке крепи.
Базовый стан разделен на секции, каждая из которых представлена передней стенкой 13 с пневмостойками распора 14 и пневмодомкратами коррекции секций по восстанию-падению пласта 15, завальной стенкой 16 с пневмостойками 17 и пневмодомкратами коррекции 18.
Завальная и передняя стенки базовой секции соединены хвостовиками 12, внутри которых перемещаются роликовые опоры 11, что обеспечивает строго нормальное к пласту положение линейной секции при ее разгрузке и передвижке.
Базовые и линейные секции крепи связаны между собой пневмодомкратами передвижки 19.
Вдоль передней стенки базовой секции расположен людской ходок 20, телескопически соединенный с люком капсулы-аппаратного отсека лазом 21 и задраенный с торцов раздвижными жалюзи или полимерной шторкой.
Над людским ходком проложен воздуховод 22, создающий подпор чистого воздуха как внутри ходка, так и внутри аппаратного отсека, препятствующий проникновению пыли в капсулу-аппаратный отсек.
Предлагаемая крепь может работать со стругом при его движении по телескопическим направляющим, закрепленным на передней стенке базовой секции, однако, в основном, она предназначена для работы с выемочным органом физического способа разрушения угля (лазер, ультразвук или струя воды высокого давления).
Доставка угля по лаве на крутом падении осуществляется самотеком.
Передвижку базовой секции на забой осуществляют пневмодомкратами передвижки 19 после выемки полоски угля и разгрузки пневмостоек 14 (если позволяют боковые породы, можно передвигать с подпором).
На новом месте эти пневмостойки распираются на полную мощность, а пневмоподушки 4 линейной секции крепи разгружаются, при этом после открытия замка-фиксатора 6 и снижения давления в пневмоподьемнике 5, раздвижность крепи уменьшается. Амортизаторы (рессоры) роликовых опор 11 приподнимают капсулу с башмаком от почвы пласта, и линейная секция на роликовых опорах, находящихся внутри хвостовиков 12 базовой секции, пневмодомкратами передвижки 19 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.
Затем пневмоподъемник 5 поднимает капсулу до соприкосновения верхняка с кровлей пласта, при этом замок 6 жестко фиксирует раздвижность линейной секции. Давление в пневмоподушках 3 доводится до необходимого начального распора. И вновь повторяется цикл выемки угля устройствами физического разрушения угля.
Периодически для компенсации сползания на миг разгружаются пневмоподушки 4 самой верхней линейной секции (при возможном сохранении подпора в пневмостойках 14 и 17 базовой секции) и пневмодомкратами коррекции 18, 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.
Особенностью предлагаемой крепи является применение пневмоподушек вместо гидростойки распора, яйцеобразной (гиперболической сплющенной формы) капсулы и расположение пневмоподъемника, обеспечивающего необходимую раздвижность линейной секции, между роликовыми опорами, что значительно уменьшает конструктивную высоту крепи и позволяет расширить зону применения ее на тонкие пласты крутого падения.
Изолированность рабочего пространства лавы и создание комфортных условий позволяют применять высокотехнологичные способы выемки угля с автоматизированным управлением всеми процессами.
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 от 04.10.2004, Бюл.№14, 20.05.2006.
4. Патент RU 2324820 С1, Е21D 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.
7. А.А.Перфилов. Особенности взаимодействия механизированной крепи с предохранительной угольной пачкой. Кемерово, Труды КузПИ, сб.43, 1980.
8. Патент RU 2357083 C1, E21D 23/00, 24.12.2007, Бюл.№15.