ПРОХОДЧЕСКО-ОЧИСТНОЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ МЕХАНИЗИРОВАННЫЙ КОМПЛЕКС
TUNNEL-CLEANING HYDRAULIC MECHANICAL COMPLEX

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при проведении подготовительных выработок и выемке полезного ископаемого в сложных горно-геологических условиях.
Известен комплексный способ разработки угольных месторождений [1] нового научно-технического уровня, включающий процесс строительства шахты, основные технологические звенья вскрытия, подготовки и отработки пологих, наклонных, круто наклонных и крутых пластов со сложным горно-геологическим залеганием и в том числе обводненных, а также вспомогательные процессы вентиляции горных выработок и подогрева воздуха, транспорта грузов и доставки людей, безопасности горных работ и пылегазового режима, охраны природы, связанной с очисткой шахтных вод и другие технологические процессы, обеспечивающие жизнедеятельность предприятия, отличающийся тем, что проведение подготовительных и очистных выработок при наклонном и крутом залегании пластов, а также проведение обводненных уклонов осуществляют с помощью механогидравлического комбайнового комплекса, включающего комбайн КПА-3 с дистанционным управлением, с помощью которого проводят комбинированную выемку угля в полосе, причем сначала при заезде комбайна в полосу производится выемка угля коротким забоем, а затем - сплошной узкой полосой, при этом по мере отработки узкой полосы для управления кровлей оставляют опорные, частично отработанные целики, а со стороны завала оставляют ленточные целики между опорными целиками для предотвращения разубоживания угля обрушенными породами из смежных, ранее отработанных полос, а крепление выработок ведут в непрерывном режиме временной и постоянной крепью с использованием стеклопластиковых стоек, при этом эвакуацию отбитой массы угля осуществляют с одновременным его обогащением во время транспортирования по почве выработки, а удаление влаги из угольной массы производят на обезвоживающем комплексе, кроме того, при прохождении обводненных забоев с помощью механогидравлического комплекса, оснащенного насосом-дробилкой, производят приготовление и откачку угольной пульпы на обезвоживающий комплекс, проведение выработок сопровождают транспортированием людей и грузов, которое осуществляют с помощью транспортного грузолюдского комплекса с многобарабанным приводом с однослойной ручейной навивкой каната, при этом грузовые платформы перемещают по настилу, например из рештачного става скребкового конвейера, кроме того, с помощью комплексного способа предусматривают осветление технологической воды, которое производят через систему чередующихся поперечных перегородок отстойника, при этом осуществляют принудительное движение технологической воды по синусоидальной траектории, а проветривание горных выработок выполняют с использованием геотермальной энергии, причем борьбу с угольной пылью ведут за счет миксеризации воздушной среды.
Крепление выработок ведут в непрерывном режиме с помощью исполнительного стреловидного органа горного комбайна, снабженного приспособлением, посредством которого устанавливают верхняки временной крепи с раздвижными телескопическими стеклопластиковыми стойками с шарико-винтовой передачей, которые устанавливают непосредственно за рабочим органом, а в дальнейшем заменяют на постоянную анкерную крепь, стержень которой выполняют с рифленым профилем по всей длине, который устанавливают в шпур, предварительно пробуренный переносным буровым станком с автоматической подачей и который закрепляют затем быстротвердеющим раствором с помощью нагнетательной установки.
Отбойку угля осуществляют путем избирательного разрушения угольного массива заходки с заданной крупностью скола, а эвакуацию отбитого угля из заходки потоком воды совмещают с одновременным его обогащением в заходке за счет оптимизированного угла ее наклона, крупности скола и дозированного объема подачи воды.
Обезвоживание горной массы проводят на обезвоживающем комплексе посредством подачи на наклонную плоскость продольно установленных шпальтовых сит порций влажного сыпучего материала с помощью скребков армированных гибкой резиной, тем самым создают условия для распределения динамических и статических нагрузок, действующих на влагу, находящуюся в порционной массе сыпучего материала, которые с одной стороны действуют на гравитационную влагу и интенсифицируют процесс ее дренирования через шпальтовые сита, а с другой стороны преодолевают силы поверхностного натяжения в пленочной влаге, находящейся в массе угля и в ячейках шпальтовых сит, что также интенсифицирует процесс ее отделения.
Процесс транспортировки угля, материалов, оборудования и людей осуществляют с помощью транспортного грузолюдского комплекса, оснащенного лебедочным приводом, у которого приводные, натяжные и отклоняющие барабаны устанавливают синусоидально, при этом ось натяжного барабана располагают под углом к оси приводного барабана с тем, чтобы каждый виток каната охватывал по 2/3 поверхности рабочих частей обоих барабанов, а направления ручьев совпадали друг с другом и выдерживали угол девиации, при этом грузовые платформы перемещают по настилу (например, ставу скребкового конвейера), вдоль краев которого выполнены замкнутые борта, служащие направляющими, по которым движутся набегающая и сбегающая ветвь каната.
Осветления воды, подаваемой в технологический процесс или на сброс во внешние водоемы для отстаивания в горизонтальных отстойниках, производят в две стадии, вначале пропускают воду через систему чередующихся поперечных перегородок отстойника, из которых один ряд перегородок перекрывает поток воды от днища отстойника на высоту более половины глубины отстойника, а другой ряд перегородок, установленный между перегородками первого ряда, перекрывает поток воды от верхнего уровня отстойника на глубину более половины глубины отстойника для обеспечения зигзагообразной траектории движения потока воды, после чего ее направляют во второй горизонтальный отстойник, разделенный продольной перегородкой на два коридора с окнами для перелива воды для рассредоточенного отвода осветленной воды в технологический процесс.
Подачу в шахту атмосферного воздуха осуществляют с отрицательной температурой, при этом поток атмосферного воздуха непрерывно вводят в шахтную воду через форсунки в виде факела в распыленном состоянии по всей площади потока и осуществляют теплообмен до момента достижения воздухом температуры не ниже +2°С, после чего подогретый воздух направляют в эксплуатационные выработки, а осевшую в воздухоподающем канале воду собирают и направляют в шахтный зумпф для последующего подогрева за счет использования глубинных процессов теплопередачи геотермальной энергии от окружающих зумпф горных пород.
Нейтрализацию взрывоопасной метанопылеугольной среды в шахтах в процессе проветривания горных выработок атмосферным воздухом производят в зонах интенсивного газопылевыделения, образуют аэрозольно-суспензионную смесь воздуха, метана, угольной пыли и воды путем ее подачи на режущую коронку исполнительного органа проходческо-очистного комбайна в пропорции твердого и жидкого не менее 1: 1 и образуют водо-угольную пульпу для гидротранспортирования, а смесь воздуха, водяной пыли, метана и угольной пыли механически перемешивают с помощью разбрызгивающих форсунок и вращающихся лопастей пропеллерного типа, устанавливаемых на режущей коронке исполнительного органа проходческо-очистного комбайна.
Комплекс поверхностной инфраструктуры располагают непосредственно на промплощадке наклонных стволов, при этом в комплекс включают диспетчерскую, ламповую, моечный комплекс, бухгалтерский отдел, гаражный корпус, вентиляторные установки с термальными калориферами, расположенными в каналах вскрывающих выработок, и т.д., причем все составляющие комплекса выполняют из отдельных модулей и блоков, изготавливаемых на заводах, а затем располагают и монтируют непосредственно на промплощадке шахты на бесфундаментной подушке.
Недостатком способа является узкая ширина короткого забоя, что снижает производительность комплекса.
Известен механогидравлический комбайн [2], включающий корпус, рабочий орган, шагающий механизм ходовой части с опорной плитой и боковыми лыжами, силовые гидроцилиндры, насосную станцию, отличающийся тем, что боковые лыжи выполнены в виде стреловидных опор, которые шарнирно прикреплены к корпусу комбайна с возможностью поворота в двух перпендикулярных вертикальной и горизонтальной плоскостях, причем подвижные части шарниров поворота стреловидных опор в вертикальной плоскости попарно и соосно связаны между собой муфтой сцепления для их соединения и разъединения при заданных условиях. Стреловидные опоры установлены в корпусах, закрепленных на подвижных частях шарниров поворота стреловидных опор в горизонтальной плоскости. Подвижные части шарниров поворота стреловидных опор в горизонтальной плоскости скреплены между собой тягой с регулируемой длиной. Одна из пар стреловидных опор шарнирно закреплена на промежуточных кронштейнах и ее расположение совпадает с направлением стреловидных опор другой пары. Стреловидные опоры снабжены зубками. Тяга снабжена гидравлическим домкратом, а промежуточные кронштейны жестко закреплены на корпусе комбайна.
Недостатком механогидравлического комбайна является отсутствие механизированной проходческой крепи и узкая ширина короткого забоя, что снижает производительность комбайна.
Известны механизированные комплексы [3], включающие механизированную крепь, очистной комбайн, забойный конвейер, перегружатель, насосную станцию и энергомодуль.
Недостатками механизированных комплексов являются сложность монтажа и необходимость проведения больших подготовительных работ, трудность разворота.
Известна механизированная крепь для отработки пластов полезного ископаемого камерами [4] или короткими заходками, транспортировки крепи своим ходом без перемонтажа из отработанной камеры в новую, увеличения диапазона раздвижности секции крепи при снижении вероятности деформации штока гидростойки. Механизированная крепь содержит секции, включающие состоящие из цилиндра и штока гидростойки, шарнирно установленные между верхняком и основанием, домкраты передвижения, гидроцилиндры управления, шарнирно связывающие соседние секции крепи. Основание секции с задней стороны выполнено с фигурным кронштейном, имеющим верхний рычаг, внутренний рычаг и траверсу, шарнирно установленную между верхняком и верхним рычагом кронштейна основания. Траверсы снабжены дополнительным гидроцилиндром управления, связывающим поверху соседние секции крепи. Цилиндр каждой из гидростоек со стороны, связывающей гидростойки с основанием секции крепи, может быть снабжен проставкой. Фигурный кронштейн основания секции может быть снабжен трехплечим рычагом, установленным между верхним рычагом фигурного кронштейна и траверсой, и стержнем, установленным между внутренним рычагом и плечом с проушиной трехплечего рычага. Боковые кромки оснований понизу могут быть выполнены со скосами для обеспечения возможности передвижения крепи в поперечном направлении.
Недостатком механизированной крепи являются сложность монтажа и необходимость проведения предварительных подготовительных работ.
Наиболее близким техническим решением является механизированная проходческая крепь [5], включающая гидростойки, на которых закреплены верхняки с расположенными на них затяжными элементами, связанные между собой диагональными стяжками, содержащими пару телескопических элементов, корпуса которых посредством вертикальных шарниров шарнирно закреплены на верхнем конце одной и нижнем конце другой гидростойки, а их выдвижные части соединены между собой при помощи соединительного элемента, отличающаяся тем, что для увеличения скорости крепления и обеспечения возможности маневрирования в криволинейных участках выработок, диагональные стяжки снабжены дополнительными телескопическими элементами, корпуса которых закреплены посредством горизонтальных шарниров к другим концам гидростоек, а выдвижные части - к промежуточному элементу, выполненному в виде кронштейна, при этом телескопические элементы выполнены в виде гидродомкратов, штоки которых связаны с кронштейном горизонтальными шарнирами, гидростойки выполнены с верхними и нижними выдвижными частями, а верхняки выполнены телескопическими из полых корпусов и размещенных в них выдвижных балок, соединенных с корпусами посредством гидродомкратов и жестко связанных с верхними выдвижными частями гидростоек, при этом наружные поверхности верхняков и затяжных элементов покрыты упругопластическим слоем резины.
Задачами изобретения являются совмещение процессов проведения горных выработок и выемки горной массы в одном комплексе.
Решение поставленной задачи достигается тем, что секции механизированной крепи снабжены плоскими верхняками по ширине крепи и выпускаемыми гидравлически в обе стороны козырьками, а основания крепи - выпускаемыми горизонтально и гидравлически в обе стороны подушками, которые служат у верхняка со стороны забоя для предотвращения вывалов кровли в забой, а у основания - для монтажа желоба, на который устанавливают гидравлический струг, а с другой стороны козырек и подушка служат для подвигания секций крепи при очистных работах; гидромонитор для ведения проходческих работ установлен по средине основании первой секции крепи и и/или подвижно на рамах секции в центре крепи, к которому подведена по гибкому высоконапорному трубопроводу вода от высоконапорного насоса, а перед секцией устанавливают направляющие для отвода пульпы в желоб; гидравлический струг с режущими органами, имеющими форму обратного усеченного конуса с основанием, обращенным в сторону забоя, и в сечении имеет элепсовидную форму, который поворачивается на 90° и снабжен насадками для формирования тонких гидравлических струй диаметром 3-5 мм и давлением 30-50 МПа, расположенными на режущем органе в 6-8 рядов под углами наклона 15-60° встречно к горному массиву для его резания при возвратно-поступательном движении струга вдоль очистного забоя, при этом при движении вперед работает одна половина насадков, а назад - другая; энергомодуль, установленный на последней секции, включает высоконапорный насос с производительностью в 3-5 раз выше производительности отбойки угля, который работает по бустерной схеме, и гибкие высоконапорные шлаги для подвода и подачи воды на гидромонитор или гидравлический струг при подготовительных или очистных работах, при этом гидромонитор может работать при выемки угля на смыв.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана первая секция комплекса с гидромонитором для проведения горных выработок; на фиг.2 представлен вид комплекса спереди при ведении очистных работ гидравлическим стругом; на фиг.3 представлен режущий орган гидравлического струга (узел А) и расположение высоконапорных насадков.
Работа проходческо-очистного гидравлического механизированного комплекса заключается в следующем.
Проходческо-очистной гидравлический механизированный комплекс при проходке подготовительных выработок последовательно передвигает секции механизированной крепи 1, после шага нарезки горной выемки гидромонитором 2, вынося крепление горной выработки из рабочей зоны гидромонитора. Отбитая при проходке горная масса вместе с водой (пульпа) 3 формируется в проходческом забое и по направляющим 4 перепускается в желоб 5 и/или на почву борта горной выработки 6, по которым пульпа 3 транспортируется до обезвоживающей установки. Механизированная крепь после проходки занимает фронтальное положение по отношению к выемочному столбу горного массива, а для безопасного ведения очистных секция механизированной крепи имеет плоский верхняк 7 по ширине крепи и выпускаемые гидравлически в обе стороны козырьки 8 и основание 9 с выпускаемыми горизонтально гидравлически в обе стороны подушками 10, которые служат у верхняка со стороны забоя для предотвращения вывалов кровли в забой, а у основания - для монтажа желоба 5, на который устанавливают гидравлический струг 11, а с другой стороны козырек, и подушка служат для подвигания секций крепи при очистных работах; гидромонитор 2 для ведения проходческих работ устанавливают по средине основания первой секции крепи и и/или подвижно на рамах секции в центре крепи, к которому подводят по гибкому высоконапорному трубопроводу 12 воду от высоконапорного насоса, а перед секцией устанавливают направляющие 4 для отвода пульпы в желоб 5; гидравлический струг 11 с режущими органами 12, имеющими форму обратного усеченного конуса с основанием, обращенным к забою, и в сечении эллипсовидную форму, могут поворачиваться на 90° и снабжены насадками 13 для формирования тонких гидравлических струй диаметром 3-5 мм и давлением 30-50 МПа, расположенными на режущем органе в 6-8 рядов под углами наклона 15-60° встречно к горному массиву для его резания при возвратно-поступательном движении струга вдоль очистного забоя, при этом при движении вперед работает одна половина насадков, а назад - другая; энергомодуль, установленный на последней секции, имеет высоконапорный насос с производительностью в 3-5 раз выше производительности отбойки угля, включенный по бустерной схеме, гибкие высоконапорные трубопроводы для подвода и подачи воды на гидромонитор или гидравлический струг при подготовительных или очистных работах, при этом при очистных работах гидромонитор 2 может работать на смыв пульпы.
Анализ прототипов и аналогов позволяет сделать выводы о новизне, техническом уровне и патентоспособности изобретения, позволяющего вести проходку прямолинейных и криволинейных горных выработок и совместить без монтажа комплекса очистные и подготовительные работы, что очень важно при отработки нарушений, охранных и барьерных целиков, пластов с изменяемой гипсометрией и забалансовых запасов.
Источники информации
1. Заявка на изобретение №2001113332. Комплексный способ разработки угольных месторождений. МПК Е21С 41/18. Заявит. ВНИИгидроуголь. Авт. Тулеев А.Г., Мазикин В.П., Атрушкевич А.А., Атрушкевич О.А. и др. Заявл. 2001.05.14. Опубл. 2003.04.20.
2. Патент РФ № 2244826, С1. Механогидравлический комбайн. МПК Е21С 29/02. Заявит. Сенкус В.В., Фомичев С.Г., Сенкус Вас.В., Фомичев К.С., Сенкус Вал.В. Авт. Сенкус В.В., Фомичев С.Г., Сенкус Вас.В., Фомичев К.С., Сенкус Вал.В. Заявл. 04.09.2003 (45). Опубликовано 20.01.2005. Бюл. №2.
3. Кундель X. Выемка угля. /Пер. с нем. Под ред. В.И.Парамонова. - М.: Недра, 1986. - 287 с.
4. Патент РФ №2136888. Механизированная крепь для отработки пластов полезного ископаемого камерами. МПК E21D 23/04. Заявит. АО "Подмосковный научно-исследовательский и проектно- конструкторский угольный институт". Авт. Наместников Ю.И., Потапенко В.А., Цыплаков Б.В., Кутья М.П. и др. Заявл. 1998.02.10. Опубл. 1999.09.10. Бюл. №16.
5. А.С. СССР №861631 А1. Механизированная проходческая крепь. МПК Е21D 19/00, 1977. Заявит. Сибирский металлургический институт им. Серго Орджоникидзе. Авт. В.Н.Притьмов, Ю.П.Ванжа, Е.Б.Серебряная, В.В.Сенкус, А.АКоролев, М.Н. Притьмов, М.В.Притьмов. Заявл. 20.06.1988. Опубл. 15.101990. Бюл. №38.