МЕХАНИЗИРОВАННАЯ КРЕПЬ ДЛЯ КРУТЫХ ПЛАСТОВ
POWERED SUPPORT FOR STEEP BEDS

Изобретение относится к угольной промышленности, в частности к области механизированного крепления очистных выработок при выемке угля из тонких и средней мощности крутых пластов.
До настоящего времени не создано эффективной техники и безопасной технологии для отработки крутых пластов. Поэтому во многих угледобывающих странах такие пласты не отрабатываются, а консервируются.
Известны современные унифицированные комплексы нового технического уровня типа КМ137, КМ138, КМ142, КМ143, КМ144, рассчитанные на пологие угольные пласты с углом падения до 35 градусов (1, Орлов А.А. и др. Крепление и управление кровлей в комплексно механизированных очистных забоях. - М.: Недра, 1993, с.217-279). 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 (2, патент № RU 2276729 C1, E21D 23/00 от 04.10.2004, Бюл. №14, 20.05.2006). 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 не 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), вибрации выемочного органа при слабых боковых породах (купала над верхняками и зарывание башмака в почву пласта).
Известна механизированная крепь для пластов крутого падения (3, RU 2324820 C1).
Она включает БАЗОВЫЙ СТАВ, разделенный на базовые секции, каждая из которых состоит из передней и завальной стенок с гидростойками распора и верхняком, а также 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 с ребрами жесткости и покрытую пористой резиной или полимером, на которую опирается 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.
Недостатками данной механизированной крепи является следующее.
1. При коррекции крепи с подъемом по восстанию на миг разгружаются все опорные стойки как базовой, так и линейной секции, что повышает вероятность сползания, перекоса или опрокидывания.
2. Размещение катковых опор внутри хвостовиков может привести к их заштыбовке и заклиниванию.
Известна механизированная крепь для пластов средней мощности крутого падения (4, RU 2398970 С1), принятая нами за прототип.
Данная крепь устраняет указанные недостатки предыдущей и отличается тем, что основания передней и задней стенок базовой секции разделены на три части, телескопически связанные между собой, причем средние их части соединены траверсой, в пазах которой установлены катковые опоры линейной секции. Днище капсулы - аппаратного отсека имеет утолщение в форме изогнутого башмака, окаймляющего траверсу с катковыми опорами. Причем благодаря амортизационному устройству катковой опоры не происходит зажима траверсы.
Недостатками данной крепи можно считать следующее.
1. Людской ходок по-прежнему проложен вдоль передней стенки базовой секции, что увеличивает рабочее пространство лавы, а значит, и нагрузку на крепь.
2. Наличие базовых и линейных секций со множеством гидростоек распора и домкратов передвижки и коррекции повышают металлоемкость крепи (в недрах Земли, как в Космосе, каждый лишний килограмм металла неприемлем).
ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ - дальнейшее повышение устойчивости и улучшение передвигаемости крепи на крутом падении за счет изменения компоновки ее узлов.
Поставленная задача достигается тем, что катковая опора выполнена в виде полого металлического шара, размещенного в цилиндрической полости башмака фигурной формы, и прижимного штока с амортизатором, через который вес разгруженной секции передается на шар. Шар не имеет закрепленной оси и может перемещаться в любом направлении в плоскости пласта. Направление в сторону забоя ему задает домкрат передвижки, а по восстанию пласта - домкраты коррекции. При этом повышенное давление воздуха внутри металлического сильфона, соединяющего герметически закрытые люки соседних секций, обеспечивает стабилизацию линейных секций в пространстве.
Свободному вращению полого шара способствует его покрытие и стенок цилиндрической полости башмака алмазной пленкой, почти устраняющей трение, - коэффициент трения 0.05-0.001 (5, htt://newchemixtry.ru). В то же время трение с почвой пласта будет достаточное для перемещения секции крепи на этой шаровой опоре.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 представлен вертикальный разрез секции крепи, на фиг.2 - вид на секцию крепи сбоку с разрезом, на фиг.3 - вид на секцию крепи сверху.
Линейная секция состоит из гидростойки распора 2 с верхняком 1, опорной плитой 3 и прочной капсулой 4 с ребрами жесткости, покрытой резиной или полимером и имеющей утолщение нижней ее части в виде башмака 5 фигурной формы.
Внутри цилиндрической полости башмака находится катковая опора, состоящая из полого металлического шара 8 и прижимного устройства 7 с роликами 6. Люки 9 соседних секций соединены металлическими сильфонами 16, образующими людской ходок. При разгрузке секции люки герметично закрываются и создается давление воздуха в сильфоне, достаточное для стабилизации секции в пространстве.
Со стороны завала линейная секция имеет завальное ограждение 10, раздвижную траверсу 11 с домкратами коррекции 17 и гидростойками 12. Траверса соединена с капсулой 4 гидродомкратом передвижки 13, имеющим возможность разворота с помощью домкрата 14.
Со стороны забоя линейная секция имеет призабойное ограждение 18 и манипулятор 15 с захватом для смены инструментов разрушения угля (лазер, гидромонитор высокого давления или излучатель ультразвука).
Ход работ.
Выемочный цикл начинается с разрушения угля физическим способом типа лазера, ультразвука или струи воды высокого давления. Инструмент разрушения манипулятором 15 описывает расчетную траекторию. Аппаратура управления выемочным органом расположена в капсуле 4. Доставка угля по лаве на крутом падении осуществляется самотеком.
После выемки угля гидростойка 2 разгружается, Прижимное устройство 7 выталкивает (частично) шар 8 из полости фигурного башмака 5 и приподнимает секцию крепи от почвы пласта. Люк 9 герметично закрывается, в сильфоне 16 создается давление, и секция гидродомкратом передвижки 13 подается на забой. На новом месте гидростойка 2 распирается. Затем разгружаются гидростойки 12 и тем же гидродомкратом передвижки 13 все механизмы завального ограждения подтягиваются к капсуле 4, при этом гидродомкрат 14 удерживает конструкцию в нужном положении. После этого гидростойки 12 вновь распираются. 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 разгрузки верхней гидростойки 12 и подачи ее по восстанию пласта верхним домкратом коррекции 17 на нужную величину, после чего верхняя гидростойка 12 распирается. После разгрузки гидростойки 2 вверх подтягивается домкратом коррекции 17 капсула аппаратного отсека 4 со всеми механизмами, на ней закрепленными, и гидростойка 2 вновь распирается. При этом подъему капсулы способствует давление сжатого воздуха в сильфоне 16.
На третьем этапе разгружается нижняя гидростойка 12 и подтягивается вверх нижним гидродомкратом коррекции 17. После ее распора на новом месте процесс коррекции повторяется с нижестоящими секциями.
При изменении длины лавы возможен обратный процесс-опускание секций крепи, начиная с самой нижней.
Предлагаемая компоновка и кинематика крепи, а также использование металлического сильфона людского ходка в качестве силового элемента стабилизации секций крепи в пространстве позволяют существенно повысить устойчивость и передвигаемость крепи на крутом падении и заметно снизить металлоемкость крепи.
Техническая и экономическая польза от внедрения данного изобретения очевидна: из-за отсутствия работоспособных крепей огромные запасы угля в крутых пластах консервируются.
Источники информации
1. Орлов А.А. и др. Крепление и управление кровлей в комплексно механизированных очистных забоях. - М.: Недра, 1993, с.217-279.
2. Патент RU 2276729 C1, E21D 23/00.
3. Патент RU 2324820 C1, E21D 23/00.
4. Патент RU 2398970 C1, E21D 23/00, 10.09.2010, Бюл. №25.
5. http://newchemistry.ru.