способ сооружения вертикальных горных выработок и комплекс для его реализации

Формула изобретения

1. Способ сооружения вертикальных горных выработок с использованием проходческого щита с исполнительным органом роторного типа, характеризующийся тем, что он включает разработку породы в забое с ее погрузкой и транспортированием, монтаж связанной с насосной станцией установки продавливания с опорным элементом, гидродомкратами и нажимным элементом, поочередную установку элементов крепи в монтажной камере, продавливание корпуса проходческого щита и элементов крепи, причем продавливание корпуса проходческого щита производят одновременно с элементами крепи снизу вверх на ширину элемента крепи гидродомкратами установки продавливания, которые приводятся в движение перемещением исполнительного органа проходческого щита относительно его корпуса, при этом исполнительный орган проходческого щита поддерживают постоянно прижатым к забою, нажимной элемент установки продавливания устанавливают в виде составных частей, а элементы крепи монтируют в установке продавливания из составных частей, для чего поочередно опускают и поднимают к крепи каждую из составных частей нажимного элемента установки продавливания.

2. Комплекс для сооружения вертикальных горных выработок с использованием крепи, характеризующийся тем, что он включает проходческий щит с исполнительным органом роторного типа, механизм перегрузки грунта, установку продавливания с опорным элементом, гидродомкратами и нажимным элементом для воздействия на возводимую крепь, средства для выдачи грунта и насосную станцию с пультом управления, соединенную с гидродомкратами установки продавливания, причем комплекс снабжен установленным между проходческим щитом и установкой продавливания опорным элементом щита и гидродомкратом исполнительного органа проходческого щита, установленным с возможностью взаимодействия с гидродомкратами установки продавливания, при этом механизм перегрузки грунта выполнен в виде грунтопровода с воронкой, закрепленной на опорном элементе щита, а нажимной элемент установки продавливания состоит из составных частей, выполненных с возможностью поочередного перемещения относительно крепи.

3. Комплекс по п.2, отличающийся тем, что нажимной элемент установки продавливания выполнен в виде двух полуколец.

Описание изобретения к патенту

Настоящая группа изобретений относится к горной промышленности, а именно к области сооружения вертикальных горных выработок из отдельных элементов крепи методом продавливания.

Известен способ сооружения коллекторных тоннелей и горных выработок методом продавливания (Картозия Б.А. и др. Шахтное и подземное строительство, изд. 3-е, Москва, АГН, 2003, т.2, с.111, 112), в котором производят разработку породы в забое, ее погрузку и транспортирование с помощью секционного ленточного конвейера.

В данном способе тоннельную обделку собирают из готовых железобетонных колец и продавливают в грунт вслед за автономно работающим проходческим щитом - лидером с исполнительным органом роторного типа. Для продавливания крепи за проходческим щитом используют связанную с насосной станцией гидродомкратную установку с шестью домкратами, нажимным устройством и опорной плитой, управляемую пультом.

Однако данный способ и установка предназначены для сооружения только горизонтальных горных выработок и не могут быть использованы для сооружения вертикальных горных выработок, т.к. данная технология не позволяет продавливать проходческий щит вертикально снизу вверх.

Наиболее близким аналогом заявленного способа является способ сооружения вертикальный горных выработок снизу вверх с использованием механизированного щита по а.с. №66758, опубл. 31.07.1946, который включает разработку породы в забое, спуск породы по шахтной трубе для дальнейшей откатки и удаления механизированным способом (а.с. №66758, опубл. 31.07.1946).

В основу изобретения положена задача разработать способ сооружения вертикальных горных выработок, позволяющий продавливать проходческий щит с крепью вертикально снизу вверх и сооружать вертикальные горные выработки ограниченного диаметра.

Задача решается тем, что способ сооружения вертикальных горных выработок с использованием продавливающего проходческого щита с исполнительным органом роторного типа включает разработку породы в забое с ее погрузкой и транспортированием, монтаж связанной с насосной станцией установки продавливания с опорным элементом, гидродомкратами и нажимным элементом, поочередную установку элементов крепи в монтажной камере, продавливание корпуса проходческого щита и элементов крепи, причем продавливание корпуса проходческого щита производят одновременно с элементами крепи снизу вверх на ширину элемента крепи гидродомкратами установки продавливания, которые приводятся в движение перемещением исполнительного органа проходческого щита относительно его корпуса, при этом исполнительный орган проходческого щита поддерживают постоянно прижатым к забою, нажимной элемент установки продавливания устанавливают в виде составных частей, а элементы крепи монтируют в установке продавливания из составных частей, для чего поочередно опускают и поднимают к крепи каждую из составных частей нажимного элемента установки продавливания.

Операция, в которой гидродомкраты блока продавливания приводят в движение перемещением исполнительного органа проходческого щита относительно его корпуса, является необходимым условием продавливания проходческого щита одновременно с крепью снизу вверх на ширину элемента крепи, т.е. проходческий шит продавливают гидродомкратами блока продавливания.

С другой стороны, необходимым условием сооружения вертикальной горной выработки методом продавливания при ограниченном ее диаметре является использование сборных элементов крепи (колец крепи из тюбингов). Использование крепи из сборных элементов и монтаж их в блоке продавливания возможны лишь в случае установки нажимного элемента блока продавливания в виде составных частей, каждую из которых опускают и поднимают при монтаже колец крепи из тюбингов (элементов крепи).

Наиболее близким аналогом заявленного комплекса является комплекс для сооружения вертикальных горных выработок по а.с. №66758, опубл. 31.07.1946, который включает механизированный щит с исполнительным органом, механизм перегрузки грунта в виде шахтной трубы и средства для выдачи грунта.

Недостатком известного комплекса является то, что в его конструктивном исполнении не предусмотрена возможность продавливания щитового комплекса с тюбинговой крепью вертикально снизу вверх в горных выработках ограниченного диаметра.

В основу изобретения положена задача разработать комплекс для проходки вертикальных горных выработок, обеспечивающий вертикальное передвижение щита и продавливание тюбинговой крепи снизу вверх для сооружения вертикальных горных выработок ограниченного диаметра.

Задача решается тем, что предлагаемый комплекс для сооружения вертикальных горных выработок с использованием крепи включает проходческий щит с исполнительным органом роторного типа, механизм перегрузки грунта, установку продавливания с опорным элементом, гидродомкратами и нажимным элементом для воздействия на возводимую крепь, средства для выдачи грунта и насосную станцию с пультом управления, соединенную с гидродомкратами установки продавливания, причем комплекс снабжен установленным между проходческим щитом и установкой продавливания опорным элементом щита и гидродомкратом исполнительного органа проходческого щита, установленным с возможностью взаимодействия с гидродомкратами установки продавливания, при этом механизм перегрузки грунта выполнен в виде грунтопровода с воронкой, закрепленной на опорном элементе щита, а нажимной элемент установки продавливания состоит из составных частей, выполненных с возможностью поочередного перемещения относительно крепи.

Взаимодействие гидродомкрата исполнительного органа проходческого щита с гидродомкратами установки продавливания является необходимым условием перемещения проходческого щита вертикально снизу вверх для продавливания возводимой крепи, т.к. перемещением исполнительного органа проходческого щита приводят в движение гидродомкраты установки продавливания.

Выполнение механизма перегрузки грунта в виде грунтопровода с воронкой необходимо для выдачи грунта из забоя в контейнер на тележке при вертикальной проходке снизу вверх при ограниченном диаметре выработки.

Выполнение нажимного элемента установки продавливания из составных частей, выполненных с возможностью поочередного перемещения относительно крепи, позволяет сооружать вертикальные горные выработки ограниченного диаметра, в которых возможно применять крепь только из разборных элементов, например колец.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на фиг.1 которого представлен общий вид устройства, на фиг.2 дано сечение по А-А на фиг.1, на фиг.3 дано сечение по Б-Б на фиг.1. Комплекс для сооружения вертикальных горных выработок включает проходческий щит с корпусом 1 и исполнительным органом роторного типа, выполненным в виде двухзаходной планшайбы 2. Винтовая поверхность планшайбы 2 обеспечивает постоянный контакт ее с породой забоя, препятствуя обрушению забоя и таким образом проседанию дневной поверхности. Планшайба 2 выполнена с возможностью перекрытия забоя при проходке в сыпучих и слабоустойчивых грунтах. При вращении планшайбы срезанный грунт отжимает заслонку 3 и попадает внутрь корпуса 1 проходческого щита. Привод 4 планшайбы 2 соединен с гидродомкратом 5 исполнительного органа проходческого щита. Через привод 4 гидродомкрат 5 вращает планшайбу 2 и одновременно имеет возможность перемещать ее в осевом направлении относительно корпуса 1 проходческого щита. За счет этого планшайба 2 постоянно прижата к забою. Гидродомкрат 5 исполнительного органа проходческого щита соединен с его корпусом 1.

Корпус 1 проходческого щита выполнен с выдвижными опорными элементами 6, которые воспринимают крутящий момент и удерживают корпус проходческого щита 1 от вращения. За корпусом 1 проходческого щита установлен его опорный элемент 7 в виде кольца. Между корпусом 1 проходческого щита и кольцом установлены гидродомкраты 8 (оптимальное количество четыре) для изменения направления движения проходческого щита. Кольцо опирается на крепь 9 и служит опорой для гидродомкратов 8.

Механизм перегрузки грунта в виде грунтопровода 10 с воронкой 11, закрепленной на опорном элементе 7 проходческого щита специальными крюками. Комплекс также содержит средства для выдачи грунта из забоя, включающие тележку 12 с контейнером 13. Через воронку 11 по брезентовому рукаву грунтопровода 10 срезанный грунт направляется в контейнер 13.

Установка продавливания содержит опорный элемент в виде кольца 14, на котором установлены гидродомкраты 15 (оптимальное количество шесть), соединенные с нажимным элементом 16, выполненным из нескольких составных частей, например в виде двух полуколец.

В гидросистему установки продавливания проходческого щита с крепью 9 входит насосная станция 17 с пультом управления, которая соединена с гидродомкратами 15 установки продавливания.

Изобретение реализуют следующим образом. Управление работой комплекса производят с пульта управления, установленного в монтажной камере (не показано). Вращают планшайбу 2 и гидродомкратом 5 поднимают ее относительно корпуса проходческого щита. После подъема на определенную заданную величину подключают гидродомкраты 15 установки продавливания. Гидродомкраты 15 будут продавливать корпус 1 проходческого щита с крепью 9 вверх. Планшайба 2 во время перемещения проходческого щита воспринимает усилие, превышающее горное давление на нее, и, передавая это усилие через вал на гидродомкрат 5 исполнительного органа проходческого щита, возвращает его в исходное положение. В крайнем положении гидродомкрат 5 воздействует на путевой выключатель, который переключит золотник насосной станции 17 установки продавливания, и давление поступит в гидродомкрат 5 исполнительного органа проходческого щита, а гидродомкраты 15 установки продавливания прекратят движение. Планшайба 2, вращаясь, поднимается относительно корпуса 1 проходческого щита, т.е. цикл повторяется. После перемещения проходческого щита на величину ширины кольца крепи 9 проходку останавливают.

Затем переключают насосную станцию 17 установки продавливания и опускают одну из составных частей (одно полукольцо) нажимного элемента 16 установки продавливания. Производят сборку тюбингов крепи 9 этой части полукольца.

Далее опущенное полукольцо нажимного элемента 16 гидродомкратами 15 поднимают и прижимают к крепи 9. Опускают второе полукольцо нажимного элемента 16 установки продавливания. Собирают оставшуюся часть тюбингов крепи в кольцо и гидродомкратами 15 поднимают второе полукольцо нажимного элемента 16 установки продавливания. Цикл проходки одного кольца крепи 9 завершен. Данный цикл проходки повторяют.

Предлагаемое изобретение за счет технологических и конструктивных особенностей позволяет передвигать проходческий щит и продавливать тюбинговую крепь 9 снизу вверх для обеспечения сооружения вертикальных горных выработок ограниченного диаметра.