СПОСОБ УСТАНОВКИ И УСТРОЙСТВО ШАХТНОЙ КРЕПИ
METHOD OF INSTALLATION AND SHAFT LINING DEVICE

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к креплению горных выработок рамными арочными крепями в сложных горно-геологических условиях большого горного давления и значительных смещений породного массива, способу их установки.
Из предшествующего уровня техники известно устройство - арочная податливая крепь, патент на изобретение RU 2414597 C1, E21D 11/14. Данное устройство позволяет увеличить несущую способность крепи, возможность складывания конструкции крепи в транспортно-монтажное положение и перемещение ее целиком без разборки внутри выработки от места демонтажа к месту установки, увеличение усилия срабатывания узлов податливости в соответствии с несущей способностью крепи и достижение их стабильной работы. Арочная податливая крепь включает соединенные между собой арочный верхняк и телескопические ножки с узлами податливости. При этом крепь целиком выполнена из коробчатого профиля, а верхняк и телескопические ножки соединены с помощью шарнира одностороннего действия.
Описанное устройство имеет недостаток в виде ручной установки крепи, резьбового соединения верхняка и стоек.
Наиболее близким техническим решением к изобретению является металлическая арочная крепь с консолью, патент на изобретение RU 2371581 C1, E21D 11/14.
Недостаток в том, что установка арки происходит ручным методом. В стяжке (хомуте) присутствует резьбовое соединение. Установка самого хомута осуществляется путем заводки его за верхняк. Поперечная пластина также устанавливается на хомуты в ручном режиме. Все эти работы производятся при помощи проходческого комбайна, который используется в качестве домкрата при установке арочной крепи. Вследствие, при установке арки существует риск обвала породы на рабочих, осуществляющих крепление и, соответственно, угроза их жизни и здоровью.
Технической задачей является повышение безопасности рабочих при установке шахтных арок в проходке, ускорение темпов проходки за счет автоматизированного процесса, унификация оборудования для удешевления производства.
Технический результат обеспечивается тем, что осуществляется модернизация уже существующих шахтных проходческих комбайнов с применением дополнительного оборудования, которое позволяет устанавливать шахтные крепи в автоматизированном режиме, без участия человека, а боковые стойки и верхняк соединяются через специальное крепление (замок).
Арочная крепь является основой при проходке в шахте при подготовительных работах по добыче угля. В основе предлагаемой арки лежат используемые в настоящее время боковые стойки и верхняк. На боковую стойку арки приваривается крепление (замок).
Данный механизм (замок) обеспечивает выполнение двух условий, присущих стандартному креплению:
1. Надежность соединения за счет использования захватов.
2. При давлении горной породы на шахтную крепь происходит проседание арки за счет свободного соединения замками и упругости верхняка и боковых стоек.
Для сохранения этих условий был сконструирован специальный захват, который устанавливается первоначально на существующие арки и работает по следующему принципу:
1. На боковой стойке установлен захват верхняка, а также соединительный механизм (фиг. 2).
2. Верхняк давит на соединительный механизм, тем самым закрывая захваты (фиг. 3).
3. При таком методе соединения арка сохранит свою упругость и подвижность (фиг. 4) - формируется рессорная подвеска.
Подача арок осуществляется при помощи манипуляторов. Прижим верхняка осуществляется при помощи гидравлического домкрата, установленного на шахтный проходческий комбайн. Подача арок на домкрат производится при помощи подающего устройства.
Новизной изобретения является крепление (замок). Подробно рассмотреть его устройство можно на фиг. 5 и фиг. 6.
Принцип работы замка
В момент подъема (при помощи домкрата проходческого комбайна) верхняка 1 арочной крепи происходит подача (при помощи манипуляторов проходческого комбайна) боковой стойки 2 арки к верхняку 1.
Во время присоединения верхняка 1 к боковой стойке 2 арки он давит на лапки замка 8, происходит вращение стержня замка 4, а так как на нем расположены захваты 7, в результате вращения фиксаторов 3 захваты 7 сходятся на расстоянии 10 см (и более) от горной породы (выработки) для предотвращения неполной фиксации захвата из-за возможного касания породы, втулка 5 и опора втулки 6 предназначены для крепления стержня замка 4.
Движение захвата 7 ведет за собой фиксацию замка, при этом верхняк 1 может свободно двигаться относительно боковой стойки 2. Далее домкрат и манипуляторы поднимают и прижимают с давлением в 20 атмосфер к породе собранную крепь арки, которую также фиксируют зубья 9 захватов 7, обеспечивающие более надежный контакт арки с горной выработкой.
За основу автоматизированного комбайна (фиг. 7, фиг. 8) был взят обычный проходческий комбайн, на который установили:
- Гидравлический домкрат со встроенным гироскопом 11 для установки верхняка 1.
- Манипуляторы 12 для установки боковой стойки в проходке.
- Конвейер 10 для подачи верхняка на домкрат.
- Инфракрасные датчики расстояния 13.
Принцип работы нового комбайна
С конвейера 10 на домкрат 11 подается верхняя часть арки, а на манипуляторы 12 - боковые стойки 2. Манипуляторы 12 разворачивают стойки на 90 градусов и затем собирают крепь, которая после этого прижимается к породе.
В процессе установки боковая арка входит в верхнюю часть арки, тем самым приводится в действие механизм захвата и закрепления арок в проходке. Во избежание чрезмерного наклона верхняка используются гироскопы (устройства, реагирующие на изменение угла наклона), установленные на домкрате 11.
После установки крепи комбайн переходит в исходное состояние: домкрат 11 опущен, манипуляторы 12 развернуты обратно. Расчет расстояния между арками, которое должен пройти комбайн, производится с помощью специальных инфракрасных датчиков расстояния 13, позволяющих рассчитывать дальность в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Информация со всех датчиков 13 подается на микроконтроллер, который находится в блоке управления комбайна. В микроконтроллере записана программа, обрабатывающая данные с датчиков 13. Алгоритм работы микроконтроллера описывает все основные функции, выполняемые проходческим комбайном.
Для обеспечения взаимодействия всей установки с оператором управления шахтой используется стационарная система безопасности «Микон-3», а конкретно ее каналы связи.
Когда все необходимые операции по установке одной шахтной крепи выполнены, комбайн продвигается в проходке вперед с целью установки следующей арки.