УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСЛАНЦЕВАНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК
DEVICE FOR MINE WORKING DUST TREATMENT

Изобретение относится к горному делу, в частности к оборудованию по предупреждению взрывов пылевоздушных смесей в угольных шахтах, опасных по газу и пыли, и предназначено для нанесения инертной пыли на борта и кровлю горных выработок.
Одним из способов нейтрализации взрывчатых свойств угольной пыли в угольных шахтах является осланцевание горных выработок, заключающееся в искусственном озолении угольной пыли, осевшей на поверхность горных выработок, добавлением к ней негорючей (инертной) пыли в таком количестве, чтобы устранить способность взрываться. Для повышения производительности применяют механизированный способ осланцевания. В частности, распространение получили устройства, перемещаемые вдоль горной выработки в процессе осланцевания и наносящие инертную пыль на борта и кровлю в автоматическом режиме.
Известно устройство для осланцевания горных выработок (Патент Республики Польша на изобретение №226045, опубл. 30.06.2017), представляющее собой бункер, оснащенный шнеками, в одной из стенок которого выполнено отверстие, соединяющее внутренний объем бункера с подводом компрессора. Напорный патрубок компрессора присоединен гибким рукавом к тройнику. На тройник могут устанавливаться жесткие рукава различной длины. Тройник крепится на раме устройства вертикально при помощи оси. К тройнику присоединен шатун кривошипно-шатунного механизма, позволяющий осуществлять качание тройника и жестких рукавов в вертикальной плоскости. Устройство устанавливается на подвесной монорельсовый путь, подцепляется к подвесному дизельному локомотиву и движется по выработке совместно с ним. При этом для осланцевания горной выработки шнеки устройства перемещают инертную пыль в бункере к отверстию, откуда она засасывается в воздушный компрессор и выбрасывается через рукава в горную выработку. При этом инертная пыль распыляется через рукав пятном небольшой площади. Осланцевание всего сечения выработки осуществляется за счет кривошипно-шатунного механизма, качающего тройник с жесткими рукавами.
Недостатком данного устройства является низкая скорость осланцевания, наличие дополнительного механизма, низкая надежность гибкого рукава, постоянно испытывающего деформации в процессе работы.
Наиболее близким к заявленному является устройство для осланцевания горных выработок (Патент США на изобретение №4510883, опубл. 16.04.1985). Устройство состоит из бункера, предназначенного для хранения запаса инертной пыли, вблизи дна которого расположен конвейер. На внешней стороне передней стенки бункера симметрично размещены два разбрасывателя, каждый из которых представляет собой узел, состоящий из вращающегося диска с размещенными на нем радиальными лопатками, привода вращения, кожуха цилиндрической формы, закрывающего диск и создающего щель в виде дуги вдоль периферии вращающегося диска. Причем диск, кожух и щель расположены вертикально. Возле передней стенки бункера расположено устройство для подсоса инертной пыли из бункера в разбрасыватели. При проведении работ по осланцеванию горных выработок устройство устанавливается в транспортное средство, а его приводы подключаются к внешней гидросистеме. При включении приводов устройства конвейер перемещает инертную пыль в бункере к передней стенке, откуда она подсасывается в разбрасыватели. Инертная пыль в разбрасывателях увлекается радиальными лопатками вращающихся дисков и выбрасывается центробежной силой через щели кожухов. Каждый из двух разбрасывателей создает равномерный веер пыли, что позволяет в каждый момент времени осланцовывать кровлю и борта выработки по всему сечению. При движении устройства совместно с транспортным средством производится осланцевание выработки на заданном протяжении в автоматическом режиме.
Недостатками данного устройства является небольшое расстояние выброса инертной пыли вследствие сопротивления движению частиц инертной пыли в воздушной среде, а также снижение эффективности осланцевания при наличии воздушных потоков, дующих вдоль выработки, которые тормозят и относят частицы инертной пыли от кровли и бортов выработки.
Технической проблемой, на решение которой направлено изобретение является разработка новой конструкции устройства, обеспечивающего повышение эффективности механизированного осланцевания горных выработок в автоматическом режиме, в том числе при наличии воздушных потоков в выработке.
Обозначенная проблема решается за счет предлагаемого изобретения, согласно которому устройство для осланцевания горной выработки, включает бункер, по меньшей мере два разбрасывателя, и по меньшей мере два окна в стенке бункера, соединяющие внутренний объем бункера с разбрасывателями, каждый из разбрасывателей представляет собой центробежный воздушный компрессор, подвод которого соединен с окном в стенке бункера, а конец напорного патрубка соединен с камерой угловой формы, которая ограничена верхней стенкой, наружной стенкой, нижней стенкой, внутренней стенкой, причем верхняя и наружная стенки камеры выполнены в виде конфузора, заканчивающегося угловой щелью, оснащенной рассекателем потока.
Кроме того, предпочтительно если рассекатель потока выполнен в виде по меньшей мере трех пластин, установленных поперек угловой щели вдоль ее контура.
Кроме того, предпочтительно если пластины установлены с переменным углом поворота относительно разбрасывателя, причем угол поворота пластин равномерно изменяется от значения угла приблизительно равного углу наклона внутренней стенки камеры угловой формы до значения приблизительно равного углу наклона нижней стенки камеры угловой формы.
Кроме того, предпочтительно если пластины установлены с переменным шагом, который изменяется в пределах от 0,018L до 0,062L, где L - длина угловой щели.
Кроме того, предпочтительно если рассекатель потока выполнен в виде по меньшей мере одного съемного элемента, устанавливаемого в/на угловую щель.
Кроме того, предпочтительно если ширина угловой щели конфузора составляет от 0,25b до 0,4b, где b - ширина камеры угловой формы.
Кроме того, если устройство имеет преимущественно прямоугольную форму в поперечном сечении, предпочтительно чтобы угол между верхней и наружной стенкой камеры угловой формы составлял приблизительно 90 градусов.
Кроме того, устройство может содержать по меньшей мере два разбрасывателя, различающихся между собой размерами и/или расположением относительно устройства.
Технический результат, полученный от изобретения, заключается в увеличении дальности выброса инертной пыли и обеспечении рационального распределения выброса.
Более подробно изобретение поясняется чертежами, на которых изображено следующее. На фиг. 1 приведен продольный разрез устройства, на фиг. 2 приведен разрез устройства по поперечному шнеку, на фиг. 3 приведен разрез устройства по разбрасывателям, на фиг. 4 приведена аксонометрическая проекция разбрасывателя. На фиг. 5 приведена диаграмма распределения скоростей воздушных потоков, исходящих из разбрасывателей, полученная по результатам заводских испытаний, и таблица распределения скоростей воздушных потоков. На фиг. 6 показано сечение горной выработки и расположение в ней устройства при его эксплуатации и при проведении эксплуатационных испытаний.
Устройство включает в себя корпус 1, состоящий из рамы 2 с двумя полозьями 3 и бункером 4. Бункер 4 состоит из двух боковых стенок 5, задней стенки 6 и передней стенки 7. Бункер накрыт откидывающимися крышками 8. На раме 2 закреплены грузовые петли 9. Вблизи дна 10 бункера 4 расположен продольный шнек 11, приводимый в движение гидроприводом. Возле передней стенки бункера расположен поперечный шнек 12 с двумя винтовыми поверхностями противоположного направления, приводимый в движение гидроприводом. На передней стенке 7 бункера напротив поперечного шнека выполнены, например, два окна 13, каждое из которых соединено с подводом 14 одного из разбрасывателей 15. Разбрасыватели симметрично размещены на раме с внешней стороны относительно передней стенки. Разбрасыватель состоит из центробежного воздушного компрессора 16, к выходному патрубку 17 которого присоединена камера 18 угловой формы. Камера угловой формы ограничена верхней стенкой 19, наружной стенкой 20, нижней стенкой 21 и внутренней стенкой 22. Наружная и верхняя стенки камеры выполнены в виде конфузора 23, заканчивающегося угловой щелью 24. Угловая щель выполнена в виде рассекателя потока, для чего вдоль контура угловой щели установлены пластины 25. Угол поворота пластин равномерно изменяется от значения угла приблизительно равного углу наклона внутренней стенки 22 камеры 18 угловой формы до значения приблизительно равного углу наклона нижней стенки 21 камеры 18 угловой формы. Пластины перекрывают угловую щель 24 в поперечном направлении.
Устройство работает следующим образом. Устройство доставляется при помощи грузовых петель 9 и устанавливается на подвесной монорельсовый путь, цепляется к подвесному дизельному локомотиву и подсоединяется к его гидравлической системе как к источнику энергии. Через откидывающиеся крышки 8 бункер 4 заполняется инертной пылью. Затем включаются приводы устройства. Одновременно с этим устройство перемещается по подвесному монорельсовому пути подвесным дизельным локомотивом. При включении приводов устройства начинают вращаться продольный шнек 11, поперечный шнек 12 и рабочие колеса центробежных воздушных компрессоров 16. При этом продольный шнек 11 перемещает инертную пыль к поперечному шнеку 12, который в свою очередь подает инертную пыль к окнам 13. Через окна 13 инертная пыль совместно с воздухом засасывается через подводы 14 в центробежные воздушные компрессоры 16, образуя пыле-воздушную смесь. Под воздействием лопаток рабочих колес пыле-воздушная смесь приобретает энергию и нагнетается в камеру 18 угловой формы, проходит через конфузор 23, увеличивающий кинетическую энергию пыле-воздушной смеси и выбрасывается через угловую щель 24 в направлении бортов и кровли выработки. При этом пластины 25 задают направление движения пыле-воздушной смеси.
В данном примере реализации устройства ширина s угловой щели конфузора составляет от 0,25b до 0,4b, где b - ширина камеры угловой формы, а шаг t между пластинами вдоль угловой щели является переменным и составляет от 0,018L до 0,062L, где L=а+с - длина угловой щели.
Ориентация пластин и их шаг на различных устройствах могут быть изменены в зависимости от сечения осланцовываемой выработки для перераспределения воздушных потоков, исходящих из угловой щели.
Кроме этого, рассекатель может быть выполнен в виде съемного элемента или нескольких съемных элементов, устанавливаемых в угловую щель или на угловую щель. Съемные элементы могут подбираться для повышения эффективности использования устройства в условиях конкретной горной выработки.
Размеры камеры угловой формы и угловой щели на различных устройствах могут быть изменены в зависимости от требований к дальности выброса инертной пыли, производительности осланцевания, а также от характеристик примененных в устройстве центробежных воздушных компрессоров. Угол α (показан на фиг. 3) между верхней и наружной стенкой камеры угловой формы зависит от формы устройства в поперечном сечении, которая определяется доступными габаритами сечения горной выработки и требованиями к технологичности его конструкции. Для прямоугольного в поперечном сечении устройства угол α преимущественно выполняется равным приблизительно 90 градусов, что позволяет максимально приблизить угловую щель к кровле и бортам выработки, повысив эффективность осланцевания, не выходя при этом за пределы габаритов устройства.
Камеры угловой формы и/или разбрасыватели могут быть выполнены съемными и подбираться для повышения эффективности использования устройства в условиях конкретной горной выработки. Для несимметричных в сечении горных выработок или при несимметричном расположении устройства в горной выработке разбрасыватели, установленные на устройстве, могут отличаться между собой размерами и расположением на устройстве.
Корпус 1 устройства, шнеки 11 и 12, а также разбрасыватели 15 преимущественно изготавливаются из металлических материалов. Для снижения массы устройства и повышения его экономичности корпус 1 устройства, шнеки 11 и 12, а также разбрасыватели 15 полностью или частично могут быть выполнены из других материалов, в частности полимерных материалов, разрешенных к применению в угольных шахтах, опасных по газу и пыли.
3
На фиг. 5 приведена диаграмма распределения скорости воздушных потоков вдоль контура конфузора, полученная в ходе заводских испытаний разбрасывателя конструкции, приведенной на фиг. 4, а также таблица с результатами измерений. Стрелки на диаграмме показывают направление воздушного потока, а их длина пропорциональна значению скорости потока. Испытания проводились при скорости воздушного потока 32,55 м/с, выдаваемой воздушным компрессором, и расходе 5400 м/ч. Диаграмма показывает, что для приведенной конструкции разбрасывателя максимальные значения скорости воздушного потока обеспечиваются в области с окна №5 по окно №18 в угловой щели, обеспечивая сектор 26 наиболее эффективного выброса инертной пыли. Такое распределение скоростей воздушных потоков и их направление обеспечивает нанесение инертной пыли на наиболее труднодоступные участки горной выработки.
На фиг. 6 секторы 26 наиболее эффективного выброса инертной пыли совмещены с расположением устройства 27 в горной выработке 28. Расположение устройства на фиг. 6 соответствует его расположению при эксплуатации и при проведении эксплуатационных испытаний. Устройство с помощью грузовой цепи 29 через подъемное устройство 30 подвешивается к монорельсу 31. При этом из фиг.6 видно, что сектор 26 наиболее эффективного выброса инертной пыли перекрывает наиболее труднодоступные участки 32 кровли выработки. Небольшой участок 33 на кровле выработки осланцовывается за счет завихрений, образующихся при столкновении потока пыле-воздушной смеси с кровлей выработки. Участки 34 выработки ослацовываются за счет оседания инертной пыли из основного потока пыле-воздушной смеси под действием силы тяжести.
2
Устройство, согласно предлагаемому изобретению, прошло эксплуатационные испытания, которые подтвердили обеспечение осланцевания выработок с площадью сечения до 20 м, в том числе при наличии воздушных потоков, дующих вдоль выработки, со скоростью до 2 м/с.
Преимущества заявляемого изобретения, выгодно позиционирующие его по сравнению с известными аналогами, определяются приведенными ниже конструктивными особенностями.
2
Камера угловой формы и угловая щель с рассекателем позволяют выровнять давление, обеспечить рациональное распределение скорости на различных участках угловой щели и задать направление выброса пыле-воздушной смеси. Конфузор повышает кинетическую энергию потока воздуха с плотной взвесью инертной пыли. За счет того, что пыль выбрасывается равномерным веером при помощи потока воздуха с высокой кинетической энергией обеспечивается увеличение дальности выброса пыли, что позволяет производить осланцевание выработок с площадью сечения до 20 м, и возможность эффективного осланцевания в выработках при наличии воздушных потоков, дующих вдоль выработки, со скоростью до 2 м/с.
Также следует отметить, что дополнительными достоинствами заявленного изобретения, является то, что устройство для осланцевания горных выработок не требует постоянного внимания операторов, а также выполнения большого объема техобслуживания, обладает высокой мобильностью и транспортабельностью, не нарушает графика добычи полезного ископаемого.
Таким образом, изобретение решает техническую проблему и обеспечивает заявленный технический результат в части повышения эффективности механизированного осланцевания горных выработок в автоматическом режиме, в том числе при наличии воздушных потоков, образующихся вдоль выработки, путем увеличения дальности выброса инертной пыли и обеспечения рационального распределения выброса.