способ удержания проходческой машины в заданном положении

Формула изобретения

Способ удержания проходческой машины в заданном положении при отработке единичного уступа рабочим органом, включающий подготовительные операции бурения с промывкой скважин в почву выработки с помощью нескольких полых штанг с режущими коронками, анкерования проходческой машины в стенки пробуренных скважин с помощью имеющихся на полых штангах пружинно-поршневых механизмов с анкерующим элементом без извлечения полых штанг из скважин, а новый уступ отрабатывают после извлечения этих штанг, отличающийся тем, что после анкерования проходческой машины анкерующий элемент удерживают при отработке уступа натяжением полой штанги при отсутствии давления воды в ее полости, а перед извлечением полой штанги сначала выводят анкерующий элемент из контакта со стенкой скважины перемещением штанги на забой при одновременной подаче воды под давлением в ее полость, причем пружинно-поршневой механизм воздействует на анкерующий элемент перпендикулярно стенке скважины, затем штангу извлекают, после чего проходческую машину передвигают на величину уступа и повторяют операции по ее удержанию в заданном положении.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к угольной промышленности, в частности к нарезным машинам для гидрошахт.

Известен способ удержания горной проходческой машины в заданном положении, в частности, посредством распора в кровлю выработки самоходной крепи, принадлежащей машине и состоящей из трех секций, работающих попеременно на распор - передвижение - распор (см., например, Я.И.Базер и др. Проходческие комбайны. - М.: Недра, 1974, - с.36, рис.22; с.59, рис.42). Этим способом достигается надежное удержание машины в заданном положении при работе ее, в том числе на больших (до 50° - по рис.22 книги Я.И.Базера) углах подъема выработки при передаче на машину в это время любых реакций от забоя.

Условием эффективного использования такого способа является устойчивость кровли проводимой выработки; в противном случае имеет место куполение кровли, а следовательно, недопустимо большое повышение трудоемкости работ по креплению выработки или невозможность ее проведения, как это имеет место на пластах крутого падения, где "кровля" - это уголь.

Известен способ удержания горной машины в заданном положении путем ее временного анкерования в опережающей скважине, проводимой по оси основной выработки (Указанная книга Я.И.Базера и др., с.69 и рис.49). При проведении выработки сечением S₁ сначала комбайн распирают в стенки выработки, затем выбуривают по ее оси с помощью связанной с машиной центральной буровой штанги опережающую скважину сечением S₂<S₁, затем буровую штангу "защемляют" (анкеруют машину) в этой скважине распорным устройством. Теперь машина зафиксирована в проводимой выработке и может воспринимать рабочие нагрузки.

Преимущество этого способа очевидно: машина безусловно удерживается в заданном положении в процессе обработки забоя.

Однако этот способ относится к машинам, движущимся только по оси опережающей скважины, т.е. только бурового типа, и нельзя его применить, например, при проведении восстающей диагональной печи самоходным гидромонитором по пласту крутого падения с углом ее подъема =30° (см. Л.А.Пучков и др. Интегрированные технологии добычи угля на основе гидромеханизации." - М.: Изд. МГТУ, 2000, стр.66, 67). Нельзя использовать этот способ и при проведении подэтажных штреков на пластах крутого падения механогидравлическими комбайнами с исполнительным органом избирательного действия (комбайны К56МГ, ГПКСГ, "Урал-38" для гидрошахт). Кроме того, такую машину необходимо раскрепить в выработке, прежде чем начать бурение опережающей скважины - для крутого падения такое крепление сопровождается указанными выше вывалами угля, т.е. повышением трудоемкости крепления проводимой выработки.

Известен способ удержания проходческой машины в заданном положении при отработке единичного уступа рабочим органом, включающий подготовительные операции бурения с промывкой скважин в почву выработки с помощью нескольких полых штанг с режущими коронками и анкерования проходческой машины в стенки пробуренных скважин с помощью имеющихся на полых штангах пружинно-поршневых механизмов с анкерующим элементом без извлечения полых штанг из скважин, и отработку нового уступа после извлечения этих штанг - прототип (заявка на изобретение RU №93014499/03 от 19.03.1993 на "Способ удержания горной машины в заданном положении и устройство для его осуществления"; дата публикации 10.03.1995).

Способ-прототип открывает возможность создания легкой машины для проведения нарезных выработок, а именно подэтажных штреков при гидродобыче. Но обладает недостаточно высокой надежностью процесса анкерования.

Техническим результатом изобретения является устранение указанного недостатка, т.е. повышение надежности процесса временного анкерования проходческой машины при проведении выработки.

Технический результат достигается тем, что в способе удержания проходческой машины в заданном положении, включающем подготовительные операции бурения с промывкой скважин в почву выработки с помощью нескольких полых штанг с режущими коронками, анкерования проходческой машины в стенки пробуренных скважин с помощью имеющихся на полых штангах пружинно-поршневых механизмов с анкерующим элементом без извлечения полых штанг из скважин и перемещения проходческой машины после извлечения этих штанг, после анкерования проходческой машины анкерующий элемент удерживают при отработке уступа натяжением полой штанги при отсутствии давления воды в ее полости, а перед извлечением полой штанги сначала выводят анкерующий элемент из контакта со стенкой скважины перемещением штанги на забой при одновременной подаче воды под давлением в ее полость, причем пружинно-поршневой механизм воздействует на анкерующий элемент перпендикулярно стенке скважины, затем штангу извлекают, после этого проходческую машину передвигают на величину уступа и повторяют операции по ее удержанию в заданном положении.

Такое усовершенствование способа-прототипа позволяет держать машину при отработке очередного уступа притянутой к почве выработки и беспрепятственно извлекать полую штангу из скважины перед изменением позиции проходческой машины, что повышает надежность способа. В целом же решается крупная задача по устранению куполообразования при проведении подготовительных выработок с неустойчивыми кровлями, особенно на пластах крутого падения, т.к. с реализацией этих предложений нет необходимости вводить в контакт с кровлей и боковыми породами какие-либо раскрепляющие механизмы; при этом трудоемкость крепления выработки снижается.

Сравнение заявляемых признаков технического решения с прототипом позволило установить соответствие их критерию "новизна". При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".

Заявляемый способ поясняется чертежами, где

на фиг.1 показана нарезная машина в исходном положении при виде сбоку;

на фиг.2 - то же при виде сверху;

на фиг.3 схематично изображен буроанкер в исходном положении;

на фиг.4 схематично изображен буроанкер с системой его управления после анкерования машины;

на фиг.5 дан узел М на фиг.4;

на фиг.6 показан разрез А-А на фиг.5.

На чертежах изображены 1 - пульт управления машиной, 2 - выдвижной стол рамы, 3 - рама машины, 4 - буроанкер рамы, 5 - двигатель рабочего органа (РО) машины, 6 - РО, 7 - буроанкер стола, 8 - гидроцилиндр подачи стола, 9 - маслостанция, 10 - коронка режущая буроанкера, 11 - вращатель гидравлический коронки, 12 - механизм анкерующий, 13 - штанга полая, 14 - кронштейн для штанги, 15 - муфта, 16 - стойка направляющая, 17 - связь жесткая стойки 16 с подающим гидроцилиндром, 18 - кронштейн гидроцилиндра подачи, 19 - гидроцилиндр подачи, 20 - полость штока, 21 - скважина, 22 - гидрозамок, 23 - гидрораспределитель подачи, 24 - гидрораспределитель задвижки, 25 - задвижка с гидроприводом, 26 - гидролиния воды, 27 - полость штанги, 28 - фланец, 29 - палец шарнира, 30 - анкерующий элемент (стержень), 31 - пружина, 32 - поршень, 33 - ось штанги, 34 - полость гидроцилиндра "на бурение", 35 - гидролиния нагнетания масла, 36 - полость гидроцилиндра "на извлечение", 37 - расточка штанги, 38 - патрубок, 39 - полость патрубка, 40 - плечо стержня головное, 41 - плечо стержня хвостовое.

Показана машина "механогидравлическая": разрушение угля производится механическим рабочим органом (РО) 6, а транспорт разрушенной горной массы - водой, использованной в качестве энергоносителя для вращателя 5 РО 6, которым может быть, в частности, шиберный высокомоментный гидродвигатель типа ДМ (Медведков В.И., Краюшкин В.Г. Новые водяные двигатели для забойного оборудования гидрошахт / Сб. науч. тр. ВНИИгидроугля. - Новокузнецк, 1991). Эта же вода (фиг.4) использована и для промывки скважины 21 и для вращателя 11 типа ДМ, который установлен между режущей коронкой 10 и буровой полой штангой 13. Корпус вращателя 11 жестко соединен со штангой 13, вал - с режущей коронкой 10. Штанга 13 не вращается.

С помощью указанной нарезной машины проводятся подэтажные штреки по углю на пластах крутого падения, а рассматриваемые скважины ориентированы в почву выработки, т.е. проводятся также по углю.

Машина по фиг.1, 2 представлена рамой 3 сварной конструкции с двумя бурильно-анкеровальными установками 4 (БАУ) и маслостанцией 9 (МНС) с приводной гидротурбиной и столом 2 с двумя БАУ 7 и РО 6.

Стол 2 соединен с рамой 3 по типу крышки пенала и может перемещаться относительно рамы 3 гидроцилиндрами 8. Пульт управления 1 может быть соединен как со столом, так и с рамой машины, а также вынесен за пределы самой машины; на чертеже он соединен со столом. Место машиниста прикрыто сверху козырьком, не передающим усилия РО на кровлю выработки. Компоновка машины показана в качестве примера. Количество БАУ и места их установки показаны как пример.

Состав каждой БАУ: режущая коронка 10, вращатель 11, вал которого соединен с коронкой 10, один или несколько анкерующих механизмов 12 (фиг.3, 4), соединенных болтами между собой, с вращателем 11 и штангой 13 через фланцы 28 (фиг.5, 6), водоподводящая муфта 15 (фиг.3) и телескопический гидроцилиндр 19 подачи буроанкера, который имеет полость "на бурение" 34 и полость 36 "на извлечение" штанги.

Штанга 13 имеет полость 27, гидравлически сообщенную с гидролинией 26 через муфту 15. Гидроцилиндр 19 имеет полый шток 20, через полость которого подается масло от МНС 9 по гидролинии 35 на сокращение гидроцилиндра, т.е. извлечение из скважины 21 буроанкера. Гидроцилиндр 19 связан жестко со штангой 13 через кронштейн 14, имеющий прямоугольное отверстие с контактом по соответствующим фаскам штанги - обеспечивается отсутствие ее проворота во время бурения скважины. Шток гидроцилиндра 19 жестко соединен (кронштейн 18, шлицы, болт, гайка) с конструкцией машины посредством связи 17 и стойки 16 корытообразной формы. Форма сечения стойки 16 обеспечивает направление движения буроанкера; стойка жестко соединена с рамой или столом (на фиг.3, 4 показано соединение со столом 2).

Анкерующий механизм 12 состоит из минимум одного анкерующего стержня 30 (фиг.5, 6), шарнирно с помощью оси 29 связанного со штангой 13, пружины 31 и поршня 32. Поршень 32 и пружина 31 расположены перпендикулярно оси скважины 21. При этом торец поршня со стороны открытой полости 39 патрубка 38, закрепленного в расточке 37 штанги, постоянно омывается проточной водой, что гарантирует отсутствие заштыбовки и повышение надежности работы анкерующего механизма (в отличие от анкерующего механизма в способе-прототипе). Головное плечо 40 стержня 30 введено в контакт с поршнем 32 с возможностью центростремительного отклонения хвостового плеча 41 при наличии избыточного давления воды в полости 27 штанги 13; хвостовое плечо 41 подпружинено относительно штанги с возможностью его центробежного движения при отсутствии давления воды в полости 27. Вместо поршня 32 можно установить с теми же функциями диафрагму. Можно использовать плоскую пружину вместо витой.

Система управления БАУ (4 и 7) упрощенно представлена на фиг.4, где изображены гидрозамок 22 в гидролинии сокращения гидроцилиндра 19, распределитель 23 того же гидроцилиндра, где позиция А соответствует подаче буроанкера вниз (на бурение скважины), а позиция Б - подаче буроанкера вверх (извлечение), и распределитель 24, являющийся пилотным для крана 25, управляющий включением-отключением подачи воды в полость 27 (фиг.5) штанги 13. Вращатель 11 конструктивно не раскрыт, т.к. 1) его конструкция известна, например, из а.с. СССР 1523705, БИ за 1989 г. №43 или из указанной статьи "Новые водяные двигатели..."; 2) предмет изобретения эта конструкция дополнительно не характеризует.

Работа машины с бурильно-анкеровальными установками (БАУ).

Легкая нарезная машина с рабочим органом (РО) 6 избирательного действия готова к проведению выработки на шаг Н (фиг.1). При этом штанги 13 с режущими коронками 10 и вращателями 11 (фиг.3) БАУ 4 и 7 находятся над почвой выработки (фиг.3); гидроцилиндры 8 (фиг.2) раздвинуты; стол 2 "отстает" на шаг Н от рамы 3.

Забуривание РО.

Двумя БАУ 4 бурят скважины в почву выработки. Бурение сопровождается подачей напорной воды по гидролинии 26 (фиг.3, 4) в полость 27 (фиг.5, 6) штанг 13 и далее - в проточную часть гидродвигателя 11 - вращается коронка 10. Отработавшая в гидродвигателе вода выносит продукты разрушения по буримой скважине 21 (фиг.4) вверх. Подача штанги вниз осуществляется гидроцилиндром 19 при положении А распределителя 23 (полость 34 по фиг.3) при питании гидроцилиндра от МНС 9 по гидролинии 35. Подача происходит без вращения штанги благодаря фиксации последней от проворота в кронштейне 14, который жестко связан с гидроцилиндром 19, шток которого зафиксирован от проворота в кронштейне 18. Кронштейн 18 благодаря связи 17 является частью жесткой конструкции направляющей 16, закрепленной жестко на столе 2 (или раме 3).

Во время бурения поршень 32 взаимодействует с головным плечом 40 анкерующего стержня 30, прижимая его хвостовой конец 41 к телу штанги. Обеспечивается беспрепятственное бурение скважины. В отличие от прототипа анкерующий механизм 12 (фиг.5, 6) с расположением поршня 32 перпендикулярно оси 33 штанги и скважины 21 не имеет глухой кольцевой полости, а торец этого поршня омывается транзитно проходящей к двигателю 11 водой. Следовательно, прижатие хвостового плеча 41 стержня 30 к телу штанги 13 здесь гарантировано.

По окончании процесса бурения скважины отключают задвижкой 25 подачу воды в полость 27 штанги. Под действием пружины 31, установленной перпендикулярно оси скважины, хвостовое плечо 41 стержня 30 поворачивается на шарнире 29 и входит в силовой контакт со стенкой скважины. В отличие от способа-прототипа, где подающий гидроцилиндр в этот момент отключен и знакопеременные динамические нагрузки на штангу заставляют машину смещаться в вертикальной плоскости на люфт, соответствующий ходу анкерующего стержня на внедрение в уголь - на выход из контакта с углем, т.е. терять устойчивость и производительность, в предлагаемом способе для гарантии анкерования подающий гидроцилиндр 19 не отключают, а устанавливают на извлечение штанги переключением распределителя 23 в положение Б, при этом масло по гидролинии 35 поступает в полости 20 и 36 гидроцилиндра 19 через гидрозамок 22.

Динамические нагрузки вверх, как и в прототипе, заставляют стержень 30 внедряться в массив угля, но в отличие от прототипа, "люфт" не появляется, поскольку штанга 13 всегда натянута вверх. Отсутствием указанного "люфта" и достигнут первый раз положительный эффект.

Относительно заанкерованной рамы 3 сокращением гидроцилиндров 8 подают стол 2 с РО 6 на забой на глубину уступа Н, управляя с пульта 1.

Затем с помощью БАУ 7 бурят скважину под столом 2 (в порядке и с особенностями, описанными при работе БАУ 4) и анкеруют стол 2. Заметим, что количество анкерующих механизмов 12 данной заявкой не ограничивается, набор их может осуществляться благодаря фланцам 28 или иным образом (например, с помощью резьбы).

Обработка забоя

Так как рама 3 и стол 2 притянуты к почве с помощью БАУ 4 и 7, машина готова для устойчивой (положительный эффект) обработки уступа глубиной Н. Обычным путем, т.е. с помощью гидроцилиндров качания стрелы РО в двух плоскостях (не показаны) и РО, приводимого гидродвигателем 5, обрабатывают забой. Транспорт горной массы, пылеподавление и охлаждение инструмента осуществляют отработавшей в гидродвигателе 5 водой.

Перестановка машины на новую позицию

Извлекают БАУ 4. Для этого в способе-прототипе требовалось подать воду в полость 27 штанги 13 и включить подачу на извлечение штанги. Но при внедренных в массив угля стержнях 30 кольцевые поршни в камерах со штыбом могут не обеспечить выход стержней из контакта с этим массивом, поэтому подачей штанги "на извлечение" анкерующий элемент будет работать как резец, и штангу извлечь не удастся.

В предлагаемом способе для надежного извлечения штанг БАУ 4 следует краном 25 (установив распределитель-пилот 24 в положение А) подать воду в их полости 27 и одновременно подать масло через позицию А распределителя 23 (как на бурение) - штанги пойдут вниз, стержни 30 выйдут из "зацепления" со стенками скважин и прижмутся к телу штанг. Так как при этом режущие коронки 10 вращаются, возможно произойдет небольшое углубление скважины. Теперь можно извлечь штанги БАУ 4, но воду отключать при этом нельзя, чтобы не ввести в контакт со стенками скважины соответствующие стержни 30 - достигнут второй раз положительный эффект.

Включают гидроцилиндры 8 на раздвижку - рама 3 перемещается вперед на шаг Н относительно ранее заанкерованного с помощью БАУ 7 стола 2.

Бурят две скважины 21 под рамой 3 с помощью БАУ 4 и анкеруют раму описанным выше образом; в результате машина подготовлена для отработки следующего уступа глубиной Н.

Обрабатывают забой по всей его поверхности на глубину уступа Н. Динамические нагрузки в вертикальной и горизонтальной плоскости передаются на буроанкеры, обеспечивающие удержание машины в заданном положении.

Приведенное описание позволяет считать заявляемый способ новым и полезным, в связи с чем мы заявляем и просим выдать патент на "Способ удержания горной машины в заданном положении" согласно прилагаемой формуле изобретения.