МЕХАНИЗИРОВАННАЯ КРЕПЬ ДЛЯ КРУТЫХ ПЛАСТОВ
POWERED SUPPORT FOR STEEP SEAMS

Изобретение относится к угольной промышленности, в частности к области механизированного крепления очистных выработок при выемке угля из тонких и средней мощности крутых пластов. Тонкие пласты отличаются высокой геологической нарушенностью выемочных полей и большой изменчивостью гипсометрии, при этом нагрузки на крепь невелики.
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]. Это 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 аппаратного отсека 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 важным недостатком нужно считать использование корпуса капсулы аппаратного отсека в качестве несущего элемента крепи, воспринимающего горное давление в полном объеме.
Цель изобретения - дальнейшее повышение устойчивости и улучшение передвижки крепи на крутом падении в условиях слабых боковых пород, а также предохранение капсулы аппаратного отсека от непосредственного воздействия горного давления.
Задача повышения устойчивости и улучшения передвижки крепи решается за счет улучшения компоновки и кинематической схемы передвижки, а вторая задача - за счет применения прочного силового каркаса, внутри которого помещена капсула аппаратного отсека. Из-за малых габаритов крепи тонких пластов войти в аппаратный отсек невозможно, поэтому капсула аппаратного отсека должна иметь возможность извлекаться при диагностике и ремонте аппаратуры.
Крытые пласты, особенно тонкие, отличаются большой изменчивостью гипсометрии пласта - при малых габаритах крепь должна обладать большой раздвижностью. Для реализации такой задачи верхняк крепится на раздвижной раме со специальным гидродомкратом, обеспечивающим необходимую раздвижность и реакцию крепи.
Предлагаемая крепь для крутых тонких пластов и средней мощности, состоящая из однотипных взаимозаменяющихся линейных секций, каждая из которых имеет верхняк, башмак, капсулу аппаратного отсека, завальное и призабойное ограждения, а также элементы распора, передвижки и коррекции, отличается тем, что в качестве элемента распора и раздвижности используется раздвижная рама со специальным горизонтально расположенным гидродомкратом для ее раздвижки и распора, которые вместе с верхняком опираются на силовой каркас и далее на башмак, причем внутри силового каркаса расположена капсула аппаратного отсека с возможностью ее извлечения при диагностике и ремонте аппаратуры.
Конструкция раздвижной рамы состоит из четырех пантографов, крестообразно насаженных по центру на скользящую ось, причем каждый из пантографов одним концом шарнирно прикреплен к опорной плите или верхняку, а свободным концом опирается на каток с возможностью перемещения при распоре и разгрузки крепи.
В качестве элементов передвижки и коррекции силовой каркас со стороны забоя и завала имеет раздвижные кронштейны с гидродомкратами передвижки внутри них, которые кинематически связаны с раздвижной траверсой, соединяющей стойки распора призабойного ограждения, и с раздвижной траверсой, соединяющей стойки распора завального ограждения, причем внутри траверс располагаются домкраты коррекции крепи.
Другие компоненты крепи идентичны аналогу [4]. Управляющая электроника ограждена от горного давления силовым каркасом, а 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 верхняка 1 и опорной плиты 2, соединенных между собой раздвижной рамой, силового каркаса 4, внутри которого находится капсула аппаратного отсека 3, покрытая резиной или полимером. Днище силового каркаса имеет утолщение нижней ее части в виде башмака 5.
Спереди непосредственно к силовому каркасу 4 шарнирно крепится раздвижной кронштейн 13 с домкратом передвижки 16, расположенным внутри него. Поворот кронштейна 13 вверх-вниз осуществляется домкратом 28. Кронштейн 13 телескопически связан с раздвижной траверсой 15, внутри которой находится домкрат коррекции двустороннего действия 20. Траверса связывает тягами 18, 19 между собой гидростойки распора 14, 17, на которых крепится призабойное ограждение 22.
Сзади к силовому каркасу 4 шарнирно крепится раздвижной кронштейн 9 с домкратом передвижки 10, расположенным внутри него. Кронштейн телескопически связан с раздвижной траверсой 6, внутри которой находится домкрат коррекции двустороннего действия 8. Траверса связывает между собой мощные гидростойки 7, 12 завального ограждения 21. Поворот кронштейна вверх-вниз осуществляется домкратом 11, установленным на башмаке линейной секции 5.
Раздвижная рама восполняет большую изменчивость гипсометрии тонких пластов, а домкрат 26 создает необходимую реакцию крепи. Раздвижная рама состоит из четырех пантографов 23, крестообразно насаженных по центру на скользящую ось 24, причем каждый из пантографов одним концом шарнирно прикреплен к опорной плите или верхняку 25, а свободным концом опирается на каток 27 с возможностью перемещения при распоре и разгрузки крепи.
Призабойное ограждение 22 (возможно сеточное) и завальное телескопическое ограждение 21 должны обладать возможностью удлиняться и сокращаться при перемещении крепи вверх по восстанию в целях компенсации сползания или удлинения лавы по мере изменения гипсометрии пласта.
У предлагаемой крепи передняя и задняя стенки базовой секции утратили непосредственную конструктивную связь. Линейная секция приобрела большинство ее функций и, в принципе, превратилась в робота (предполагается автоматизированное управление всеми элементами крепи).
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 3. Доставка угля по лаве на крутом падении осуществляется самотеком.
После выемки полоски угля призабойное ограждение 22 вместе с разгруженными гидростойками 14, 17 приподнимается домкратом 28 и подается на забой домкратом передвижки 16, при этом кронштейн 13 раздвигается. Затем гидростойки 14, 17 распираются, а линейная секция крепи разгружается, при этом рама «складывается» посредством домкрата 26, 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 гидростойки завального ограждения 7, 12. При этом кронштейн 9 поворачивается домкратом 11 и приподнимает траверсу 6 вместе с мощными домкратами и их башмаками, а домкрат передвижки 10 подтягивает указанные выше элементы и завальное ограждение 21 к линейной секции. Затем мощные домкраты 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 грозит. Устойчивость крепи на крутом падении гарантируется тем, что большинство гидростоек постоянно находится в распоре с боковыми породами. Главное отличие данной крепи - что все секции однотипные, взаимозаменяемые, обладающие собственной устойчивостью и передвигаемостью без громоздкой базы или базовых секций.
При необходимости коррекции крепи, в результате ее сползания или изменения длины лавы за счет перегибов и колебаний угла падения пласта, конструкция крепи позволяет 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, 7 разгружается и подтягивается линейная секция теми же домкратами коррекции 8, 20. После распора линейной секции путем сближения пантографов 25 гидродомкратом 26 разгружаются гидростойки 17 и 12, которые путем сокращения траверс 15, 6 подтягиваются домкратами коррекции 8, 20 к 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. Запасы нефти и газа истощаются, холодный термоядерный синтез оказался неосуществим, и в будущем уголек послужит человечеству верную службу, как это было всегда. Из угля можно получить почти все необходимое человеку и все для техники.
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.