ВЫЕМОЧНАЯ МАШИНА ДЛЯ ПЛАСТОВЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
WINNING MACHINE FOR BEDDED MINERALS

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для выемки пластовых полезных ископаемых по гипсометрии пласта, в том числе и в сложных горно-геологических условиях.
Известна выемочная машина для пластовых полезных ископаемых, реализующая способ выемки полезного ископаемого, включающая поддерживающую механизированную передвижную крепь, связанную с оградительным щитом, имеющим гидростойки. Гидростойки оградительного щита и поддерживающая механизированная передвижная крепь связаны гидроцилиндрами. Поддерживающая механизированная передвижная крепь и оградительный щит состоят из отдельных секций, установленных вдоль фронта выемки полезного ископаемого и жестко соединенных между собой автоматическими замками. Поддерживающая механизированная передвижная крепь связана подвижно с оградительным щитом с возможностью его перемещения относительно крепи во фронтальном направлении вместе со своими гидростойками. Исполнительный орган состоит из шнековых секций, связанных фонарями, жестко соединенных между собой автоматическими замками. Фонари взаимодействуют с оградительным щитом, кровлей и почвой выработки посредством своих боковых раздвижных опор. Гидроцилиндры отталкиваются от распертых между кровлей и почвой выработки гидростоек. Исполнительный орган в процессе работы может совершать возвратно-поступательное и вращательное движения относительно оградительного щита от привода, размещенного в выемочном штреке [1]. Недостатком выемочной машины является большая энергоемкость разрушения поверхности забоя и невозможность обеспечения контроля положения выемочной машины относительно пласта. Большая энергоемкость разрушения пласта является следствием того, что исполнительный орган, в виде шнековых секций, вместе со связанной с ним поддерживающей механизированной передвижной крепью размещен вдоль фронта забоя и может разрушать забой с поверхности только поперек фронта выемки. Кроме того, исполнительный орган совершает возвратно-поступательные движения без оградительного щита, что создает дополнительное сопротивление продвижению разрушаемой резцами горной массы вдоль фронта выемки пласта в сторону ее выгрузки. Отсутствие средств контроля положения секций поддерживающей механизированной передвижной крепи относительно пласта приводит к невозможности удержания всего става секций в плоскости сложной гипсометрии пласта. Это приводит к разубоживанию полезного ископаемого.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является выемочная машина для пластовых полезных ископаемых, включающая секции поддерживающей механизированной передвижной крепи, имеющая продольные направляющие. Секции оградительного щита установлены на продольных направляющих. С ними кинематически связаны секции исполнительного органа с приводом и установлены вдоль фронта выемки пласта. Секции поддерживающей механизированной передвижной крепи, установленные вдоль фронта выемки пласта, соединены между собой посредством ветвей стяжек, натяжение которых регулируется натяжными и регулировочными приспособлениями, установленными на крайних секциях. Став секций поддерживающей механизированной передвижной крепи, путем изменения натяжения ветвей стяжек может менять кривизну всего става секций и передавать ее через продольные направляющие ставу оградительного щита и, следом, исполнительному органу, приспосабливая его к гипсометрии пласта. Вместе с тем, исполнительный орган совместно с оградительным щитом может перемещаться по продольным направляющим [2]. Недостатком известной выемочной машины является большая энергоемкость разрушения поверхности забоя и невозможность обеспечения контроля положения секций исполнительного органа относительно пласта. Большая энергоемкость разрушения поверхности забоя обусловлена тем, что секции исполнительного органа разрушают забой с поверхности только по линиям резания, направленным поперек фронта выемки, т.е. поперек напластования горной массы. Выемочная машина не имеет средств контроля положения ее относительно пласта полезного ископаемого при движении по его гипсометрии. В результате происходит разубоживание добываемого полезного ископаемого. Вышеперечисленные недостатки не дают возможность увеличить производительность за счет уменьшения энергоемкости процесса разрушения поверхности забоя и уменьшить разубоживание полезного ископаемого в сложных горно-геологических условиях залегания пласта.
Задачей изобретения является увеличение производительности выемочной машины и уменьшение разубоживания добываемой горной массы. Поставленная задача решается за счет уменьшения энергоемкости разрушения пласта полезного ископаемого и обеспечения контроля положения выемочной машины относительно гипсометрии пласта.
Поставленная задача достигается тем, что выемочная машина для пластовых полезных ископаемых, включающая секции поддерживающей механизированной передвижной крепи с продольными направляющими, на которых установлены секции оградительного щита, кинематически связанные с секциями исполнительного органа с приводом, установленными вдоль фронта выемки пласта, согласно изобретению снабжена кронштейнами с резцами для разрушения забоя с поверхности по линиям резания, направленным вдоль фронта выемки пласта, с шагом, обеспечивающим оставление целичков между ними, связывающими между собой секции исполнительного органа с приводом и жестко установленными на секциях оградительного щита с приводом его перемещения по продольным направляющим секций поддерживающей механизированной передвижной крепи. Выемочная машина снабжена ловушками для взятия проб горной массы от разрушаемого резцами забоя с поверхности по линиям резания, направленным вдоль фронта выемки пласта. Кронштейны с резцами снабжены резцедержателями для внедрения резцов в поверхность забоя при движении секций оградительного щита по продольным направляющим вдоль фронта выемки пласта в сторону выгрузки горной массы из выемочной машины.
Существенными отличиями заявляемого решения от прототипа является то, что выемочная машина для пластовых полезных ископаемых снабжена кронштейнами с резцами для разрушения забоя с поверхности по линиям резания, направленным вдоль фронта выемки пласта, с шагом, обеспечивающим оставление целичков между ними. Кронштейны с резцами связывают между собой секции исполнительного органа с приводом. Кронштейны с резцами жестко установлены на секциях оградительного щита с приводом его перемещения по продольным направляющим секций поддерживающей механизированной передвижной крепи. Выемочная машина снабжена ловушками для взятия проб горной массы от разрушаемого резцами забоя с поверхности по линиям резания, направленным вдоль фронта выемки пласта. Кронштейны с резцами снабжены резцедержателями для внедрения резцов в поверхность забоя при движении секций оградительного щита по продольным направляющим вдоль фронта выемки пласта в сторону выгрузки горной массы из выемочной машины.
Снабжение выемочной машины кронштейнами с резцами для разрушения забоя с поверхности по линиям резания, направленным вдоль фронта выемки пласта, с шагом, обеспечивающим оставление целичков между ними, позволяет перейти от сплошного резания к резанию с образованием врубовых щелей кронштейнами с резцами для разрушения забоя с поверхности по линиям резания, направленным вдоль фронта выемки пласта, с последующим отламыванием небольших межщелевых целичков исполнительным органом с приводом [3, стр.81]. Этот процесс имеет более низкую энергоемкость разрушения, чем при разубоживании забоя сплошным резанием. Низкая энергоемкость процесса обеспечивается и тем, что разрушение забоя идет частично с поверхности забоя по линиям резания, направленным вдоль фронта выемки пласта, т.е. по напластаванию. [3, стр.56]. Связывание кронштейнами с резцами секций исполнительного органа с приводом между собой позволяет разместить в одном устройстве разрушения поверхности забоя линии резания, направленные вдоль фронта выемки пласта при помощи кронштейнов с резцами и поперек фронта выемки пласта при помощи исполнительного органа с приводом. Жесткая установка кронштейнов с резцами на секциях оградительного щита с его приводом необходима для передачи на них усилия, направленного вдоль продольных направляющих от привода перемещения. Снабжение выемочной машины ловушками для взятия проб горной массы от разрушаемого резцами забоя с поверхности по линиям резания, направленным вдоль фронта выемки, позволяет контролировать положение става секций исполнительного органа с приводом и поддерживающей механизированной передвижной крепи относительно гипсометрии пласта полезного ископаемого при проведении операций управления движением машины во время извлечения оградительного щита с исполнительным органом и кронштейнами с резцами на выемочный штрек. Снабжение кронштейнов с резцами резцедержателями для внедрения резцов в поверхность забоя при движении секций оградительного щита по продольным направляющим вдоль фронта выемки пласта в сторону выгрузки горной массы из выемочной машины позволяет уменьшить сопротивление горной массы продвижению ее в сторону выгрузки. Это происходит за счет того, что транспортировка горной массы совпадает с направлением разрушения забоя кронштейнами с резцами.
Все вышеперечисленные признаки в совокупности, по сравнению с известными техническими решениями, увеличивают производительность выемочной машины и уменьшают разубоживание добываемой горной массы, что позволяет применять ее при выемке более крепких полезных ископаемых со сложной гипсометрией пласта. При этом конструкция выемочной машины остается достаточно простой и технологичной в изготовлении. Таким образом, заявляемая выемочная машина для пластовых полезных ископаемых по совокупности перечисленных признаков соответствует критерию "новизна".
Решение является новым в развитии техники. Оно заключается в возможности применять выемочную машину в более сложных горно-геологических условиях добычи крепких полезных ископаемых без необходимости постоянного присутствия человека в опасных зонах добычи, что значительно превосходит приращение этих качеств предшествующими усовершенствованиями и свидетельствует о том, что отличительные признаки являются существенными.
Техническая сущность изобретения поясняется чертежами, где:
- на фиг.1 - общий вид выемочной машины, находящейся в плоскости пласта полезного ископаемого;
- на фиг.2 - продольный разрез по А-А фиг.1 - прохождение выемочной машины по гипсометрии пласта полезного ископаемого;
- на фиг.3 - разрез по Б-Б на фиг.1;
- на фиг.4 - узел I на фиг.I - движение кронштейнов с резцами в сторону выгрузки горной массы из выемочной машины;
- на фиг.5 - узел I на фиг.1 - движение кронштейнов с резами в противоположном направлении.
Выемочная машина для пластовых полезных ископаемых (фиг.1, 2, 3) включает секции поддерживающей механизированной передвижной крепи 1, установленные в выработке 2. На боковых поверхностях секций крепи 1 находятся продольные направляющие 3, расположенные вдоль фронта выемки пласта 4. На продольных направляющих 3 подвижно установлены соединенные между собой секции оградительного щита 5 с приводом его перемещения 6. На секциях оградительного щита 5 жестко установлены кронштейны с резцами 7, связывающие между собой секции исполнительного органа 8, вращаемого по направлению (ω) приводом 9. Кронштейны с резцами 7 разрушают забой 10 с поверхности по линиям резания 11, направленным вдоль фронта выемки пласта 4, с шагом (X), обеспечивающим оставление целичков 12 между ними. На кронштейнах с резцами установлены ловушки 13 (фиг.4, 5) для взятия проб горной массы 14 от разрушаемого кронштейнами с резцами 7 забоя 10 с поверхности по линиям резания 11, направленным вдоль фронта выемки пласта 4. Кронштейны с резцами 7 снабжены резцедержателями 15 для внедрения их в поверхность забоя 10 при движении секций оградительного щита 5 с приводом перемещения 6 по продольным направляющим 3 секций поддерживающей механизированной передвижной крепи вдоль фронта выемки пласта 4 в сторону выгрузки горной массы из выемочной машины. Кронштейны с резами 7, вместе с исполнительным органом 8 и оградительным щитом 5, совершают возвратно-поступательные движения в направлении  и  в пределах своих рабочих участков (У).
Выемочная машина работает следующим образом. После установки секций поддерживающей механизированной передвижной крепи 1 в выработку 2, по их продольным направляющим 3, установленным вдоль фронта выемки пласта 4, вдвигаются секции оградительного щита 5 с приводом перемещения 6. Вместе с оградительным щитом 5 вдвигаются и жестко установленные на нем кронштейны с резцами 7, которые связывают между собой секции исполнительного органа 8 с приводом 9. При движении поддерживающей механизированной передвижной крепи 1 на забой 10 кронштейны с резцами 7 совершают вместе с оградительным щитом 5 возвратно-поступательные движения в направлении  и  от привода его перемещения 6 и разрушают забой 10 с поверхности по линиям резания 11, направленным вдоль фронта выемки пласта 4 с шагом (X), обеспечивающим оставление целичков 12 между ними. Исполнительный орган 8, вращаясь в направлении (ω) от привода 9 поперек фронта выемки пласта 4, разрушает целички 12, оставляемые кронштейнами с резцами 7. При разрушении забоя 10 кронштейны с резцами 7 направляют горную массу в ловушки 13. Во время возвратно-поступательных движений кронштейнов с резцами 7 в направлении  и  в пределах рабочих участков (У) обеспечивается непрерывность линий резания 11. При этом каждая следующая проба горной массы 14 выталкивает из ловушки 13 предыдущую. Во время извлечения секций оградительного щита 5 из выработки 2 изучают состав проб горной массы 14 в ловушках 13 и по результатам исследования регулируют направление движения выемочной машины. При движении оградительного щита 5 в направлении  резцедержатели 15 под действием сил сопротивления горной массы устанавливаются в рабочее положение и внедряются в поверхность забоя 10 (фиг.4). При этом разрушение забоя 10 происходит в направлении, совпадающем с направлением движения горной массы, т.е. в сторону выгрузки горной массы из выемочной машины. Во время обратного движения  оградительного щита 5 резцедержатели 15 устанавливаются под действием сил сопротивления горной массы в нерабочее положение (фиг.5), не мешая исполнительному органу 8 транспортировать горную массу в сторону ее выгрузки из выемочной машины.
Предлагаемая выемочная машина для пластовых полезных ископаемых, по сравнению с прототипом, позволяет проводить добычу более крепких полезных ископаемых при большей производительности или меньшими энергетическими затратами. Использование ловушек позволяет прогнозировать траекторию движения выемочной машины, что необходимо для осуществления регулировки элементов управления при необходимости изменения траектории ее движения. Это позволяет уменьшить разубоживание полезного ископаемого. Использование резцедержателей позволяет уменьшить сопротивление горной массы транспортированию ее в сторону выгрузки из выемочной машины.
Вышеперечисленное позволяет применить выемочную машину для безлюдной технологии добычи более крепкого полезного ископаемого, чем вмещающие породы и получить определенный экономический эффект на горных добывающих и обогащающих предприятиях.
Источники информации
1. А.с. СССР №746104, E21C 1/14, 1980, БИ №25.
2. А.с. СССР №1529822, E21C 27/20, 1987.
3. Солод В.И. Горные машины и автоматизированные комплексы. М.: Недра, 1981.