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 МОЩНЫХ 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, а консервируются.
Проблема создания средств комплексной механизации для отработки крутых пластов остается актуальной для Кузбасса» (из документов Департамента угольной промышленности и энергетики Кузбасса, 2008).
- 21 век - ВЕК УГОЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ, - сказал 14 февраля 2011 по ТВ академик теплоэнергетики РАН Леонтьев А.И. Вот поэтому мы - технори упорно изобретаем средства механизации в условиях разрушенной индустрии, закрытия шахт и отсутствия Министерства угольной промышленности. Мы верим, что разрушителей сменят правители - созидатели.
Мощные крутые пласты традиционно отрабатываются подэтажными штреками - 7,68%, бессекционными эластичными щитами и секционными жесткими щитами - 50-60% добычи.
Для выемки мощных и средней мощности крутых пластов в условиях, где невозможно применение систем разработки с обрушением, - в постоянных целиках - 53%, под застроенной поверхностью и на участках под пожарами применяются системы разработки с закладкой выработанного пространства наклонными слоями [1, 2]. Нагрузка за забой на мощных крутых пластах не превышает 9-11 тыс. т в мес., производительность труда рабочего около 10 т в смену(по добычному участку), потери в недрах составляют 40-45% [3].
Причина низкой эффективности систем заключается в отсутствии средств механизации основных технологических процессов.
Одним из направлений механизации технологических процессов выемки крутых мощных пластов является создание механизированных крепей на основе опыта создания механизированных крепей для крутых пластов средней мощности.
Особенности разработки мощных пластов столбами по простиранию с обрушением кровли следующие. Объем вынимаемого угля кратно увеличивается. Значит, подбучивание основной кровли уменьшается, что приводит к большим зависаниям кровли, бурному динамичному проявлению горного давления и увеличению нагрузок на крепь.
Увеличение высоты крепи и ее металлоемкости приводит к увеличению опрокидывающего момента и склонности крепи к сползанию.
Из механизированных крепей, предложенных для разработки крутых пластов средней мощности (патенты класса C1: RU 2324820, RU 2357083, RU 2372483, RU 2398969, RU 2398970, RU 2403391, RU 2408786, RU 2411362, RU 2411363), наиболее приемлемой в качестве прототипа является крепь (патент RU 2403391 C1).
Механизированная крепь для крутых пластов включает базовый став и линейные секции. Базовый став разделен на базовые секции, каждая из которых состоит из передней и завальной стенок с гидростойками распора и хвостовиков, соединяющих переднюю и завальную стенки по почве пласта. Каждая линейная секция состоит из гидростойки с верхняком и опорной плитой, которые крепятся на подвижных опорах, прикрепленных к капсуле, причем днище капсулы выполнено с утолщением в виде башмака. Подвижная опора состоит из двух облегченных дисков, посаженных через подшипники на ось, между которыми сверху находится прижимная планка с пружинами, передающая усилия на ту же ось опоры через подшипник, находящийся под ней.
Недостатки: длинная тяжелая гидростойка распора, установленная на капсуле, значительно снизит устойчивость крепи. Увеличивая высоту крепи, следует, по возможности, снижать металлоемкость крепи. Для этого предлагается применить раздвижной колпак над капсулой аппаратного отсека линейной секции, внутри которого находится амортизационная подушка, которая одновременно служит и элементом раздвижности крепи. В качестве же распорного элемента можно применить пневмоподушки, установленные на опорной плите под верхняком.
Мощные динамические обрушения основной кровли или куски скатывающейся породы при перепуске ее с верхнего, ранее отработанного горизонта могут заклинить завальную стенку с ограждением. В целях сохранения дорогостоящего электронного оборудования выемочного органа физического разрушения угля (лазер, ультразвук или струя воды высокого давления), находящегося в капсуле аппаратного отсека, необходимо предусмотреть автоматическую отстыковку завальной стенки с ограждением от линейной секции. Для этого хвостовики базовой секции не должны быть соединены с завальной стенкой, а гидродомкраты передвижки завальной стенки должны иметь устройство автоматического отсоединения.
Цель изобретения - создание устойчивой и работоспособной механизированной крепи для разработки крутых пластов мощностью до 6 м длинными столбами по простиранию с обрушением кровли.
Поставленная цель достигается тем, что завальная стенка с ограждением не соединена хвостовиками с базовой секцией, как это есть в прототипе, а имеет кинематическую связь с линейной секцией посредством раздвижной траверсы с двумя гидродомкратами передвижки, имеющими возможность автоматически отсоединяться от завальной стенки, и домкратом поворота траверсы, установленным на башмаке линейной секции. При этом на завальной стенке установлен органный ряд легких гидростоек распора, что способствует «обрезанию» зависших пород на границе призабойного пространства лавы.
Такая кинематическая схема позволяет передвигать крепь в 3 этапа: подавать базовую секцию на забой, затем линейную и отдельно передвигать завальную стенку с ограждением. При заклинивании завальной стенки она отсоединяться от линейной стенки и остается в завале, а крепь отходит под вновь обнаженную кровлю, сохраняя более важные элементы секций крепи. Затем вновь монтируется завальная стенка с ограждением и крепь работает в штатном режиме.
Все другие элементы предлагаемой крепи идентичны крепи-аналогу.
Сохраняются и механизмы передвижки и коррекции крепи. Управляющая электроника также ограждена от виброударных воздействий покрытием корпуса капсулы слоем пористой резины или полимером.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 представлен вертикальный разрез секции крепи, на фиг.2 - вид на крепь сверху с разрезом, на фиг.3 - вид на крепь сбоку с местным разрезом, на фиг.4 - вид на завальную стенку с ограждением сбоку, на фиг.5 - вид на завальную стенку с ограждением сверху.
Линейная секция состоит из пневмоподушек распора 2 с верхняком 1 и опорной плитой 3; прочной капсулой 4 с ребрами жесткости, покрытой резиной или полимером и имеющей утолщение нижней ее части в виде башмака 5.
Между капсулой 4 и опорной плитой 3 находится раздвижной колпак 24 с гидравлическим штопорным устройством 25, внутри которого находится пневматическая амортизационная подушка 26, одновременно выполняющая роль элемента раздвижности секции крепи.
Непосредственно к капсуле 4 крепится подвижная колесная опора, которая состоит из следующих элементов: кронштейна 6 с амортизатором 7, двух облегченных дисков 8 с подшипниками, посаженных на ось 9. Между дисками 8 сверху находится прижимная планка 10 с пружинами 11, передающая их усилия на ту же ось 9 через подшипник 12, находящийся под ней. Подвижная опора установлена на хвостовиках 13 специального профиля базовой секции с возможностью перемещения по ним до уголков-ограничителей 15.
Базовая секция состоит из передней стенки 14 и хвостовиков 13, по которым перемещается линейная секция после ее разгрузки. Передняя стенка 14 базовой секции распирается в кровлю гидростойками 16 через верхняк 17.
Базовая и линейная секции связаны между собой двумя гидродомкратами передвижки 18, 19, а также кинематически через подвижную опору (см. фиг.2).
Завальная стенка 30, на которой установлен органный ряд легких гидростоек 32 и ограждение 33, кинематически связана с капсулой 4 линейной секции посредством раздвижной траверсы 28, двух гидродомкратов передвижки 27 с гидравлическими захватами 31 и домкрата поворота траверсы 29.
Ход работ.
Выемочный цикл начинается с разрушения угля физическим способом типа лазера, ультразвука или струи воды высокого давления. Аппаратура управления выемочным органом расположена в капсуле 4. Доставка угля по лаве на крутом падении осуществляется самотеком.
По мере выемки угля базовая секция с подпором (если позволяет устойчивость боковых пород) подается на забой домкратами 18, 19. При этом хвостовики 13 свободно скользят под подвижными опорами линейной секции, а горное давление передается через элементы 1, 2, 3, 24, 25, 26, 4 на башмак 5. Затем гидростойки базовой секции 16 распираются, а пневмоподушки распора 2 линейной секции разгружаются. При этом амортизаторы 7 приподнимают линейную секцию вместе с башмаком 5, передавая ее вес на подвижные опоры, и линейная секция подтягивается домкратами 18, 19 к передней стенке базовой секции, практически переезжая по хвостовикам 13 базовой секции. В целях исключения потери устойчивости линейной секции крепи и ее наклона в сторону падения между дисками подвижных колесных опор сверху находится прижимная планка 10 с пружинами 11, передающая их усилия на ось 9 подвижной опоры через подшипник 12, значительно уменьшающий силу трения. Амортизационная подушка 26 при любой гипсометрии пласта постоянно держит верхняк в соприкосновении с кровлей, выполняя роль элемента раздвижности, а также припятствуя вывалам кусков породы в рабочее пространство лавы. На новом месте раздвижность крепи жестко фиксируется гидравлическим штопорным устройством 25, а пневмоподушки 2 создают начальный распор крепи. При достижении номинального сопротивления срабатывают клапана податливости пневмоподушек 2, а при полном сминании подушек 2 податливость крепи должны осуществлять гидравлическое устройство 25 и амортизационная подушка 26, которая предохраняет капсулу аппаратного отсека 4 от повреждений во время резкого блочного обрушения кровли.
На третьем этапе передвижки разгружаются гидростойки органного ряда 32 завальной стенки 30 с ограждением 33, стенка приподнимается путем поворота раздвижной траверсы 28 гидродомкратом 29, установленным на башмаке 5 капсулы литейной секции секции 4. Передвижка завальной стенки 30 осуществляется двумя домкратами 27, расположенными по двум сторонам раздвижной траверсы 28. В случае заклинивания завального ограждения 33 или посадки завальной стенки 32 «насухо» гидравлические захваты 31 раскрываются и секция крепи отходит под свежеобнаженную кровлю, где монтируется новая завальная стенка с ограждением и крепь продолжает работать в штатном режиме.
Такой способ передвижки крепи особенно эффективен при слабой склонной к вспучиванию почве. При этом заштыбовка и заклинивание подвижных опор не происходит. При попадании кусочков породы колесная опора легко переезжает препятствие, при этом прижимная планка 10 приподнимается вверх, а затем вновь пружинами 11 возвращается на место.
Для удобства обслуживания аппаратуры управления, расположенной в капсуле 4, вдоль передней стенки базовой секции проложен людской ходок 21 с воздухопроводом 22, который создает подпор чистого воздуха как внутри ходка, так и внутри капсулы 4, соединенной телескопически лазом 23 с ходком 21. При этом попадание пыли в рабочее пространство лавы исключается.
При необходимости коррекции крепи в результате ее сползания или изменения длины лавы за счет перегибов и колебаний угла падения пласта, конструкция крепи позволяется передвигать секции по восстанию пласта, поочередно начиная с верхней.
Процесс начинается с кратковременной разгрузки пневмоподушек 2 и гидростоек 16 линейной и базовой секций и их продвижения вверх по восстанию пласта с помощью гидродомкратов коррекции 20, которые опираются на нижерасположенную распертую секцию крепи, при этом разгружается и приподнимается завальная стенка 30 домкратом 29.
Затем все вышеуказанные распорные элементы секции крепи распираются на новом месте.
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.
Источники информации:
1. Совершенствование разработки угольных пластов Прокопьевско-Киселевского месторождения Кузбасса. Сборник трудов. Прокопьевск, 1972.
2. Хорин В.Н. Развитие техники для подземной добычи угля, калийных и марганцевых руд. - М.: Недра, 1985, с.148-167).
3. Орлов А.А. и др. Крепление и управление кровлей в комплексно-механизированных очистных забоях. - М.: Недра, 1993, с.217-279.
4. Патент RU 2276729 C1, E21D 23/00, Бюл. №14.
5. К.А.Ардашев, А.А.Перфилов (ВНИМИ) Д.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.