МЕХАНИЗИРОВАННАЯ КРЕПЬ ДЛЯ КРУТЫХ ПЛАСТОВ
POWERED SUPPORT FOR STEEP BEDS

3
4
Изобретение относится к угольной промышленности и, в частности, к области механизированного крепления очистных выработок при выемке угля из средней мощности крутых пластов с физическим способом разрушения угля (лазером, ультразвуком, режущей струей воды). Крутые пласты отличаются высокой геологической нарушенностью выемочных полей и большой изменчивостью гипсометрии, при этом нагрузки на крепь невелики,  так как / части лавы самоподбучивается породами, перепускаемыми с верхних ранее отработанных горизонтов. Основная нагрузка ложится на завальный, органный ряд гидростоек в периоды осадки основной кровли. В пределах же рабочего пространства лавы нагрузки в 1.5-2 раза ниже [5, 6, 7, 8].
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 забой, 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 орошение), при вибрации выемочного органа при слабых боковых породах (купала 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.
В-третьих, существующая кинематическая схема передвижки данной крепи включает множество гидравлических элементов, которые обладают низкими показателями наработки на отказ, что понижает работоспособность крепи в целом.
ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ - дальнейшее повышение работоспособности крепи, улучшение ее устойчивости и способа передвижки.
Задача повышения работоспособности, устойчивости и улучшения передвижки крепи решается за счет улучшения компоновки и кинематической схемы передвижки.
В целях сокращения длины крепи по простиранию пласта людской ходок расположен по центру линейных секций. Этим мы улучшаем обзор забоя и условия для работы выемочного органа с физическим способом разрушения угля.
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 поперечный разрез секции крепи, на фиг.2 - продольный разрез крепи.
Предлагаемая крепь состоит из однотипных линейных секций, каждая из которых состоит из верхняка 1, гидростойки распора 2, опирающейся на опорную плиту 3, далее опорное давление горных пород передается на силовой каркас 22, внутри которого находится капсула аппаратного отсека 9 и башмак секции крепи 12.
Люки аппаратных отсеков 16 смежных секций соединены сильфонным перекрытием 15, в котором сжатым воздухом создается давление, достаточное для стабилизации секций в пространстве и подвижке разгруженной секции по восстанию пласта при корректировке крепи по длине лавы.
Механизм передвижки состоит из домкрата передвижки 19, на штоке которого укреплена зубчатая рейка 17, которая вводится в зацепление с ведущей шестерней 11 прижимным домкратом 18. Далее, ведущая шестерня передает крутящий момент через вал 13 на две ведомые шестерни 8, 14, находящиеся в зацеплении с зубчатыми колесами 4, 24.
Зубчатые колеса удерживаются с двух сторон дисками 5, закрепленными на шарикоподшипной опоре 6. Для уменьшения напряжений на валу и шестернях при неровностях почвы опора 6 имеет пластические уплотнения 7.
На фиг.2 чисто символически изображены призабойное ограждение 20 и завальное ограждение 21, которые должны быть разработаны отдельно, в зависимости от конкретного выемочного органа и горногеологических условий.
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 9. Доставка угля по лаве на крутом падении осуществляется самотеком.
После выемки полоски угля по-видимому толщиной не более 25-30 см разгружается верхняя линейная секция. Давление воздуха в сильфоне 15 удерживает ее от опрокидывания. Домкрат передвижки 19 выдвигает зубчатую рейку 17, при этом домкрат 18 создает необходимое прижимное усилие, и проворачивает ведущую шестерню 11, передающую крутящий момент через вал 13 и ведомые шестерни 8, 14 на зубчатые колеса 4, 24, которые при смещении центра тяжести проворачиваются и перемещают секцию крепи с некоторым подъемом. После чего секция распирается на новом месте гидростойкой 2, домкрат 18 выводит зубчатую рейку 17 из зацепления с ведущей шестерней 11 и домкрат 19 подтягивает зубчатую рейку в исходное положение.
При необходимости коррекции крепи, в результате ее сползания или изменения длины лавы за счет перегибов и колебаний угла падения пласта, конструкция крепи позволяет подвигать секции по восстанию пласта поочередно, начиная с верхней. После кратковременной разгрузки гидростойки 2 в сильфоне 15 нижерасположенной секции создается повышенное давление, достаточное для подачи верхнерасположенной секции вверх по восстанию пласта.
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, C.217-279.
3. Патент RU 2276729 C1, E21D 23/00, Бюл. №14
4. Патент RU 2372483 C1, E21D 23/00, Бюл. №31, 2009.
5. Совершенствование разработки угольных пластов Прокопьевско-Киселевского месторождения Кубасса с применением комплексной механизации. Сборник трудов. Прокопьевск, 1972 г.
6. К.А.Ардашев, А.А.Перфилов (ВНИМИ), А.М.Долинский (Гипроуглемаш). Результаты испытаний агрегата АК. М., «Горные машины и автоматика», 3, 1972.
7. К.А.Ардашев, В.М.Шик, А.А.Перфилов. Исследование взаимодействия с боковыми породами и управляемости агрегата АК на крутом пласте. Ленинград, Труды ВНИМИ, сб.85, 1972.
8. А.А.Перфилов. Особенности взаимодействия механизированной крепи с предохранительной угольной пачкой. Кемерово, Труды КузПИ, сб.43, 1980.