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 средней мощности крутых пластов.
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 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 забоя, 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 (купола над верхняками и зарывание башмака в почву пласта).
Известна механизированная крепь для пластов крутого падения [4], принятая в качестве прототипа.
Она включает базовый став, разделенный 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, и 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 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 воздухопроводом, 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 недостатком можно считать сравнительно равномерное распределение реакции крепи на боковые породы по площади рабочего пространства лавы, что противоречит неравномерному распределению нагрузок на крепи вдоль забоя и по простиранию пласта.
Испытания крепи «Днепр - 2», АК-3 и КПК в Кузбассе показали, что нагрузки на призабойные гидростойки значительно ниже, чем на завальные. Пригрузки от расслоения непосредственной кровли составляли 10-12 тс/м2. При первичной же посадке кровли при отходе забоя на расстояние 10-12 м от монтажной камеры нагрузки на крепь возрастали в 1.5-2 раза, но не превышали 20-26 тс/м2 [5].
Резкие пригрузки крепи наблюдались и при периодических посадках основной кровли. Шаг посадки составлял 5-6 м подвигания забоя.
Отсюда следует, что несущая способность завальных гидростоек крепи должна быть значительно (в 1.5-2 раза) выше призабойных, чтобы выдерживать и предотвращать посадку основной кровли «по-черному», т.е по забой.
ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ - дальнейшее повышение устойчивости и улучшение передвижки крепи на крутом падении в условиях слабых боковых пород, а также повышение приспособляемости крепи к динамическим проявлениям горного давления.
Задача повышения устойчивости и улучшения передвижки крепи решается за счет улучшения компоновки и кинематической схемы передвижки, а вторая задача - за счет применения мощных гидростоек на линии завального ограждения базовой секции и сильфона, заполненного водной эмульсией или сжатым воздухом, в качестве распорного элемента линейной секции. Реакция сильфона будет достаточной для предохранения призабойного пространства лавы от расслоения непосредственной кровли и местных вывалов кусков породы, а сопротивление мощных гидростоек на линии завального ограждения устранит «обыгрывание» крепи при периодических посадках основной кровли.
Предлагаемая механизированная крепь для крутых пластов имеет однотипные линейные секции, каждая из которых состоит из призабойного ограждения с гидростойками распора, завального ограждения с гидростойками распора, элемента распора с верхняком и опорной плитой, которые крепятся на капсуле с ребрами жесткости, причем днище капсулы выполнено с утолщением в виде башмака, элемента передвижки и элемента коррекции.
Отличительным свойством крепи является то, что элемент распора выполнен в виде СИЛЬФОНА, заполненного водной эмульсией или сжатым воздухом, который крепиться на капсуле с ребрами жесткости, причем спереди и сзади капсула имеет раздвижные кронштейны с гидродомкратами передвижки внутри них, которые кинематически связаны с раздвижными траверсами, внутри которых расположены домкраты коррекции крепи, штоки которых жестко связаны с гидростойками распора соответственно призабойного и завального ограждения.
Вторым отличительным свойством предлагаемой крепи является то, что раздвижной кронштейн со стороны завального ограждения крепиться к линейной секции посредством шарнирного соединения и имеет возможность поворачиваться вверх-вниз посредством дополнительного гидродомкрата, установленного на башмаке, что позволяет поднимать и опускать мощные гидростойки распора завального ограждения. Другие компоненты крепи идентичны аналогу [4]. Управляющая электроника так же ограждена от виброударных воздействий покрытием корпуса капсулы слоем пористой резины или полимером.
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 сильфона 2 с верхняком 1, опорной плитой 3 и прочной капсулой 4 с ребрами жесткости, покрытой резиной или полимером и имеющей утолщение нижней ее части в виде башмака 5.
Спереди непосредственно к капсуле 4 крепится раздвижной кронштейн 13 с домкратом передвижки 16, расположенным внутри него. Этот кронштейн телескопически связан с раздвижной траверсой 15, внутри которой находится домкрат коррекции крепи двустороннего действия 20. Эта траверса связывает тягами 18, 19 между собой гидростойки распора 14, 17 призабойного ограждения 22.
Сзади к капсуле 4 шарнирно крепится раздвижной кронштейн 9 с домкратом передвижки 10, расположенным внутри него. Этот кронштейн телескопически связан с раздвижной траверсой 6, внутри которой находится домкрат коррекции двустороннего действия 8. Эта траверса связывает между собой мощные гидростойки 7, 12 завального ограждения 21. Поворот раздвижного кронштейна 9 вверх-вниз осуществляется домкратом 11, установленным на башмаке линейной секции 5.
Призабойное ограждение 22 (возможно сеточное) и завальное ограждение 21 имеют возможность удлиняться и сокращаться при перемещении крепи вверх по восстанию в целях компенсации сползания или удлинения лавы по мере изменения гипсометрии пласта.
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 4. Доставка угля по лаве на крутом падении осуществляется самотеком.
После выемки полоски угля призабойное ограждение 22 вместе с разгруженными гидростойками 14, 17 подается на забой домкратом передвижки 16, при этом кронштейн 13 раздвигается. Затем гидростойки 14, 17 распираются, а сильфон 2 линейной секции крепи разгружается, линейная секция приподнимается от почвы пласта 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 мощные гидростойки завального ограждения 7, 12. При этом кронштейн 9 поворачивается домкратом 11 и приподнимает траверсу 6 вместе с гидростойками 7, 12, а домкрат передвижки 10 подтягивает указанные выше элементы и завальное ограждение 21 к линейной секции. Затем гидростойки 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 грозят.
Устойчивость крепи на крутом падении гарантируется тем, что большинство гидростоек постоянно находится в распоре с боковыми породами.
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 гидростоек 14, 7, и путем раздвижки траверс 6, 15 домкратами коррекции 8, 20 они подаются вверх по восстанию. После распора гидростоек 14 и 7 разгружается сильфон 2 и капсула 4 подтягивается вверх теми же домкратами коррекции 8, 20. После распора линейной секции сильфоном 2 разгружаются гидростойки 17 и 12, которые путем сокращения домкратов коррекции 8, 20 подтягиваются к основной части линейной секции.
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. Особенно это касается Кузбасса с большими запасами коксующегося угля.
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 №2324820 C1, E21D 23/00, бюл.№14.
5. Совершенствование разработки угольных пластов Прокопьевско-Киселевского месторождения Кубасса с применением комплексной механизации. Сборник трудов. Прокопьевск, 1972 г.