МЕХАНИЗИРОВАННАЯ КРЕПЬ ДЛЯ КРУТЫХ И НАКЛОННЫХ ПЛАСТОВ
POWERED ROOF SUPPORT FOR STEEP AND DIPPING FORMATIONS

Изобретение относится к угольной промышленности, в частности к области механизированного крепления очистных выработок при выемке угля из наклонных и крутых пластов средней мощности. На наклонном и крутом падении боковые породы слабые, с частыми геологическими нарушениями, непосредственная кровля зачастую ложная, а почва склонная к вспучиванию. Возникают проблемы с раздвижностью крепи, со склонностью крепи к сползанию и опрокидыванию. Не менее важной проблемой является и передвижка крепи на крутом падении с возможностью подачи секций крепи вверх по восстанию пласта. Этой проблеме посвящено предлагаемое изобретение. Опыт эксплуатации агрегата АК-3 А.М. Долинского на крутом падении показал следующее (1. К.А. Ардашев, А.А. Перфилов, А.М. Долинский и др. Результаты испытаний агрегата АК. М.: Горные машины и автоматика, №3, 1972).
Агрегат сконструирован Гипроуглемашем для пологих, а его модернизированный вариант АК для наклонных и крутых пластов средней мощности столбами по простиранию. Основными отличиями агрегата являются: наличие прочного жесткого става, обеспечивающего прямолинейность агрегата и возможность управления его движением путем поворотов става относительно элементов залегания пласта; наличие конструктивной связи последовательно передвигаемых секций крепи с передним и задним поясами базового става, обеспечивающей небольшие величины сползания агрегата по падению при его передвижке. Оставление пачки угля у кровли толщиной до 0.3-0.4 м было предусмотрено проектом отработки участка в связи с наличием в кровле слоя очень слабых неустойчивых пород.
К тому же прямолинейность агрегата при волнистом залегании пласта приводит тоже к оставлению пачки угля в кровле или почве пласта. Было замечено, что на отдельных участках лавы угольная пачка систематически разрушалась, что приводило к раздвижке гидростоек, находящихся под распором, уменьшению их сопротивления, а над секциями образовывалась куполообразная зона обрушения. Так же в этих местах наблюдался активный отжим угля из забоя, вызванный недостаточной сопротивляемостью крепи (2. А.А. Перфилов. Особенности взаимодействия механизированной крепи с предохранительной угольной пачкой. Кемерово, Труды КузПИ, сб. 43, 1980).
Более перспективные крепи по-разному приспосабливаются к слабым боковым породам крутых пластов [3, 4, 5].
Интересна механизированная крепь (6, RU 2434138 С1), отличающаяся тем, что роль механизма подачи исполнительного органа физического разрушения угля по площади забоя выполняет робот-манипулятор с механической рукой и захватом, установленным на платформе спереди капсулы аппаратного отсека. Другой особенностью этой крепи является то, что механизм стабилизации и коррекции, расположенный по обеим сторонам капсулы аппаратного отсека, состоит из опорных щитов и пневмоподушек, распирающихся в боковые поверхности капсул соседних секций.
Известна механизированная крепь (7, RU 2495249 C1), каждая секция которой включает верхняк, пневмоподушки, элемент передвижки, капсулу аппаратого отсека, башмак, забойное и завальное ограждения. При этом в качестве элемента передвижки служат манипуляторы, расположенные по два у почвы и по два у кровли выработки с обоих боков капсулы аппаратного отсека и выполненные с возможностью совершать шагающие движения для переноса секции крепи к забою. Данная крепь принята нами за прототип.
Ее недостатком можно считать излишнюю металлоемкость крепи - для крепи наклонного падения нет необходимости в распоре манипуляторов в кровлю пласта при разгрузки секции и ее передвижки. Немалое значение имеет снижение веса и стоимости секций крепи.
Целью изобретения является повышение приспособляемости крепи к большим изменениям гипсометрии крутых и наклонных пластов, а также улучшение механизма передвижки и стабилизации. Крепь должна иметь особенности: иметь большую раздвижку, « мягко» контактировать с боковыми породами, «выживать» при резком утонении пласта и зажимах крепи, корпус крепи должен быть прочным, чтобы выдерживать вес обрушенных пород при куполении, иметь механизм передвижки, обеспечивающий «выползание» секций из-под завала и быть способной развивать большое сопротивление и обладать свехподатливостью в аварийных ситуациях.
Этим требованиям удовлетворяют пневмоподушки в качестве распорных элементов, при этом распор должен быть регулируемым, а при куполении подача воздуха должна быть импульсивной для встряски обрушенных пород. Завальное ограждение состоит из шарнирно соединенных секторов и мягко опирается на башмак через пневматические амортизаторы.
В качестве механизма передвижки предлагается использовать две распорные штаги с выдвижными штырями, закрепленными на каретке с возможностью перемещения по направляющим, закрепленным на боковых поверхностях капсулы аппаратного отсека. Причем для улучшения скольжения башмака по почве пласта, покрытой углем и мелкой породой, можно использовать ультразвуковые вибраторы [8]. Сигналы от ультразвукового генератора через волновод поступают под днище башмака, обеспечивая текучесть сыпучей массы, облегчая передвижку секций крепи. Механизм передвижки подобен бегу лыжника. Распирая верхние или нижние штанги поочередно, можно разворачивать секцию и передвигать с подъемом по восстанию пласта.
Прочная капсула аппаратного отсека, покрытая резиновой или полимерной оболочкой с выемочным органом физического разрушения угля (лазер или ультразвуковая установка), нетяжела и может быть переносима с легкостью.
Все процессы роботоризованной системы и выемочного органа управляются бортовым компьютером. Капсула аппаратного отсека имеет технологические окна для диагностики аппаратуры и изъятия ее для ремонта.
Таким образом, механизированная крепь для наклонных и крутых пластов средней мощности, содержащая секции, каждая из которых включает верхняк, башмак, пневмоподушку и завальное ограждение, а также капсулу аппаратного отсека и механизм передвижки, отличается наличием регулируемого распора и импульсивной подачи воздуха в пневмоподушки распорных элементов, ультразвукового генератора с волноводом, передающим ультразвук на башмак, возбуждая в нем колебания, способствующие улучшению скольжения секции крепи, завального ограждения ,состоящего из шарнирно соединенных секторов, мягко опирающихся на башмак через пневматические амортизаторы, а также механизма передвижки, включающего в себя две распорные штанги с выдвижными штырями, закрепленные на каретке, с возможностью перемещения их по направляющим, расположенным на боковых поверхностях капсулы аппаратного отсека с помощью пневмодомкрата двойного действия, которые вместе и в целом обеспечивают повышение приспособляемости крепи к изменениям гипсометрии пласта, стабилизацию секции крепи и выживание ее в аварийных ситуациях, связанных с обрушением пород.
В частности:
регулируемый распор позволяет при большой площади пневмоподушек создавать значительное усилие для удержания зависших над вехняком блочных конструкций или веса обрушенных пород в местах куполения, что препятствует посадки секции «насухо», т.е. на корпус аппаратного отсека и ее зажима;
импульсивная подача воздуха в пневмоподушки распорных элементов позволяет сбрасывать обрушенную породу с верхняка, облегчая передвижку секции крепи из-под завала;
ультразвукового генератора с волноводом, передающим ультразвук на башмак, возбуждая в нем колебания, способствующие улучшению скольжения секции крепи по почве пласта, что особенно полезно в местах геологических нарушений, когда трудно найти опору для распора в боковые породы;
при обычном способе передвижки в местах куполения нет возможности для распора верхняка, т.к. для это необходима ровная площадка кровли, поэтому приходится на верхняке выкладывать костер из бревен. Предлагаемый механизм передвижки выдвижными штырями позволяет распираться в точку, что можно осуществить при значительных нарушениях и куполах, а значит, и передвигать секции крепи под вновь обнаженную кровлю без значительных простоев. При работе механизма передвижки со стороны восстания,- секция крепи будет разворачиваться в сторону падения, а при работе механизма со стороны падения крепь развернется в сторону восстания. Такой механизм передвижки и пневматические подушки распора значительно облегчают секции крепи, что для крутого падения имеет решающее значение.
На фиг.1 показан вид на секцию крепи сбоку, на фиг. 2 - вид на секцию сзади с разрезом, где 1 - верхняк, 2 - завальное ограждение, 3 - пневматический амортизатор, 4 - башмак, 5 - опора капсулы аппаратного отсека, 6 - капсула аппаратного отсека, 7 - раздвижное окно, 8 - выемочный орган физического разрушения угля, 9 - пневмоподушка, 10 - волновод, 11 - распорная штанга с выдвижным штырем, 12 - направляющие, 13 - ультразвуковой генератор, 14 - пневмодомкрат двойного действия, 15 - каретка, 16 - выдвижной штырь.
Все элементы секции крепи имеют следующую кинематическую связь.
В исходном положении пневмоподушка 9 с верхняком 1 расперта в кровлю; нагрузка через капсулу аппаратного отсека 6 передается на опору 5 и башмак 4. Одновременно в распертом состоянии находятся распорные штанги 11 с выдвижными штырями 16, что позволяет, при куполе над верхняком и недостаточной при этом раздвижности пневмоподушки, сохранять устойчивость секции крепи и преодолевать самостоятельно места геологических нарушений.
При передвижки крепи пневмоподушка 9 разгружается. Пневмодомкраты 14, распираясь в штанги 11, передвигают секции крепи к забою. Для улучшения скольжения секции ультразвуковой генератор 13 по волноводу 10 передает колебания на башмак 4 и слой измельченной породы и угля, покрывающий почву, способствуя его «текучести».
После передвижки крепь на новое место каретки 15 с распорными штангами 11 с вдвинутыми штырями 16 перемещаются пневмодомкратами 14 по направляющим 12 в исходное положение и вновь распираются в боковые породы (речь идет о паре механизмов передвижки, расположенным на боковых поверхностях капсулы аппаратного отсека).
Предлагаемая крепь отличается оригинальным механизмом передвижки, что повышает ее маневренность и при этом крепь значительно облегчается, что особенно важно для крутого падения.
Ход работы
Нарезают монтажную печь, монтируют роботоризованный добычной комплекс, включают выемочный орган - лазерные или ультразвуковые установки, и процесс пошел, при этом раздвигаются окна7 и выемочный орган - аппарат физического разрушения угля 8, подается на забой.
Производится разрушение угля, уборка его самотеком и следом за забоем постоянно ползут, опираясь на распорные штанги 11 со штырями 16, секции крепи. При слабой кровле и почве, склонной к вспучиванию, на штыри надеваются пластины с шипами.
Динамическое воздействие блочной кровли смягчается пневматическими амортизаторами 3.
Источники информации
1. К.А. Ардашев, А.А. Перфилов, А.М. Долинский и др. Результаты испытаний агрегата АК. М.: Горные машины и автоматика, №3, 1972.
2. А.А. Перфилов. Особенности взаимодействия механизированной крепи с предохранительной угольной пачкой. Кемерово, Труды КузПИ, сб. 43, 1980.
3. Патент RU 2412355 С1.
4. RU 2419722 С1.
5. RU 2423611 С1.
6. RU 2434138 С1.
7. RU 2495249 C1.
8. http://www.soring.ru/technology/ultra/more_knots/