механизированная крепь для крутых пластов

Формула изобретения

Механизированная крепь для крутых пластов, включающая базовый став, разделенный на базовые секции, каждая из которых состоит из передней и завальной стенок с пневмостойками распора и хвостовиков, соединяющих переднюю и завальную стенки по почве пласта, и линейные секции, каждая из которых состоит из верхняка, башмака, элемента распора в виде ряда пневмостоек, оградительного элемента в виде капсулы аппаратного отсека, элемента раздвижности в виде пневмоподьемника с замком-фиксатором, плоской рамы с роликовыми опорами на амортизаторах, имеющих возможность перемещаться внутри хвостовиков базовой секции, отличающаяся тем, что элемент распора состоит из многокамерной пневмоподушки, вставленной в вогнутую полость верхняка и выполняющую роль гибкого шарнира, и расположенной под ним системы однокамерных пневмоподушек, разделенной жесткими тонкими дисками на ярусы, несущая способность которых возрастает в направлении от верхняка к основанию секции крепи.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к области механизированного крепления очистных выработок при выемке угля из крутых пластов средней мощности на сверхкатегорийных шахтах. Техническим результатом является повышение работоспособности крепи в условиях блочного динамичного обрушения кровли. Известно из опыта работы механизированных крепей, что при обрушении блочной кровли секции садятся «насухо», - из гидростойки распора выдавливается масло полностью, секция зажимается боковыми породами. Для освобождения секции из завала применяется буровзрывной способ. Часто такая секция отправляется в металлом. Если же выемка угля ведется устройством физического разрушения угля (лазер, ультразвук, струя воды) и в рабочем пространстве лавы находится электронная аппаратура по управлению процессами выемки и передвижки, то освобождать застрявшие секции буровзрывным способом нельзя. Необходимо увеличивать податливость крепи и ее восприимчивость к динамическим проявлениям горного давления

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]. Эти высокопроизводительные комплексы с устойчивыми механизированными крепями работают при углах падения пласта до 10-15 градусов.

Комплексы КМ137, КМ138, КМ142, КМ143, КМ144 рассчитаны 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 такие крепи склонны к сползанию и опрокидыванию в сторону падения.

Поиски механизма стабилизации крепи ведутся в различных направлениях.

Известен комплекс A.M.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, пальцы которых расположены параллельно поверхности почвы и поверхности забоя, причем передняя балка соединена передним шарниром со ставом, средним шарниром - с задней балкой, задняя балка другим концом соединена посредством третьего шарнира - с вертикальным кронштейном основания, а двигательный домкрат секции крепи соединен одним концом со средним шарниром балок, а другим концом соединен с проушинами основания.

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 мало препятствует развороту, наклону и сползанию в сторону падения пласта. Сползанию, перекосам и опрокидыванию способствует 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 [4], предназначенная для отработки пластов выемочным органом с физическим способом разрушения угля.

Она включает базовый став, разделенный на базовые секции, каждая из которых состоит из передней и завальной стенок с гидростойками распора и верхняком базовой секции и хвостовиков, соединяющих переднюю и завальную стенки по почве пласта, при этом гидростойка линейной секции снабжена опорной плитой и крепится на арочной конструкции с роликовыми опорами, установленными с возможностью перемещения внутри хвостовиков базовой секции для фиксации линейной секции в строго нормальном к пласту положении при ее разгрузке и передвижке, а в основании каждой базовой секции расположены гидродомкраты коррекции с возможностью распирания в нижерасположенную загруженную базовую секцию для подачи данной секции по восстанию пласта по очереди, начиная с верхней. Башмак этой крепи установлен на роликовых опорах с гидроамортизаторами с возможностью подъема его над почвой при передвижке секции крепи для предотвращения его зарывания в слабую почву и опускания башмака при загрузке крепи для снятия нагрузки с роликовых опор и передачи ее на башмак. Внутри арочной конструкции располагается аппаратный отсек на вибропоглощающих растяжках для аппаратуры автоматизированного управления как выемочным органом с использованием лазера, ультразвука, режущей струи воды, так и всеми устройствами секции крепи.

Недостатками данной механизированной крепи являются:

1. Аппаратный отсек не заполняет все пространство под арочной конструкцией.

2. Как показали испытания агрегата АК-3 на крутом пласте [5, 6, 7] в условиях слабых боковых пород во время работы фронтального выемочного органа наблюдался мощный поток мелких кусков породы и угля, который будет трясти аппаратный отсек, наполненный электроникой системы автоматизированного управления, от чего не спасут эластичные растяжки, на которых он подвешен. При этом проникновение людей в лаву невозможно. Во время передвижки секций крепи тоже присутствие человека практически невозможно. А присутствие человека для диагностики агрегата особенно на стадии испытаний желательно. При простоях перемещение человека по лаве тоже опасно из-за рикошетов кусков породы и угля,- нет устройств, предохраняющих человека.

3. Применение физического способа разрушения угля требует широкого использовании электроники и оптики, для которых угольная и породная пыль предельно вредна.

Ни в одной из существующих механизированных крепей, проектов или изобретений [5, 6, 7] не предусмотрена изоляция пространства крепи и очищение воздуха или подача чистого воздуха под крепь.

Известна механизированная крепь для тонких пластов крутого падения [8].

Крепь включает базовый став и линейные секции, каждая из которых состоит из гидростойки с верхняком, башмака и гидродомкрата передвижки. Базовый став разделен на секции, каждая из которых состоит из передней и завальной стенок с гидростойками распора и верхняком базовой секции и хвостовиков, соединяющих переднюю и завальную стенки по почве пласта. Гидростойка линейной секции пропущена по центру жесткой плоской рамы с роликовыми опорами на гидроамортизаторах, установленными с возможностью перемещения внутри хвостовиков базовой секции для фиксации в строго нормальном к пласту положении при ее разгрузке и передвижке. В основании каждой базовой секции расположены гидродомкраты коррекции с возможностью распора в нижерасположенную загруженную базовую секцию для подачи данной секции по восстанию пласта по очереди, начиная с верхней. Башмак соединен с рамой на роликовых опорах с гидроамортизаторами с возможностью подъема его над почвой при передвижке секции крепи для предотвращения его зарывания в слабую почву и опускания башмака при загрузке крепи для снятия нагрузки с роликовых опор и передачи ее на башмак.

Изобретение позволяет повысить устойчивость и вписываемость крепи в пласт крутого падения, дает возможность восстанавливать нормальное к пласту положение секций и компенсировать сползание крепи подачей секций по восстанию.

Недостатками данной механизированной крепи являются:

- открытость рабочего пространства лавы для проникновения кусков породы и пыли;

- использование гидростоек в качестве несущих элементов крепи требует и наличие маслостанции с подводкой электрических кабелей, электропускателей и т.д., что не безопасно применять в условиях свехкатегорийных шахт.

Известна механизированная крепь для разработки тонких и средней мощности крутых пластов на сверхкатегорийных шахтах[9], принятая нами за прототип, которая обеспечивает безопасность и комфортность условий для работы людей и электронной аппаратуры, управляющей механизмами физического разрушения угля.

Механизированная крепь включает базовый став, разделенный на базовые секции, каждая из которых состоит из передней и завальной стенок с пневмостойками распора и хвостовиков, соединяющих переднюю и завальную стенки по почве пласта, и линейные секции, каждая из которых состоит из верхняка с направляющей, башмака, элемента распора, оградительного элемента, элемента раздвижности и плоской рамы с роликовыми опорами на амортизаторах, имеющих возможность перемещаться внутри хвостовиков базовой секции. В качестве оградительного элемента используется капсула, сверху которой расположены верхняк с направляющей, пропущенной через свод капсулы, а в дно капсулы распирается цилиндр пневмоподъемника с замком-фиксатором раздвижности, пропущенный через центр рамы, шток которого распирается в башмак, жестко связанный тягами с рамой.

Недостатками данной механизированной крепи являются:

- элемент распора представляет собой один ряд пневмоподушек, податливость которых не может компенсировать подвижки блоков кровли;

- верхняк, жестко связанный с направляющей, пропущенной через свод капсулы, при ударе массивных глыб породы может повредить капсулу аппаратного отсека и аппаратуру, находящуюся в ней, а также создать опасность для работающих людей.

ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ - повышение работоспособности крепи и оборудования в условиях динамических проявлений горного давления на сверхкатегорийных шахтах.

Работоспособность крепи повышается за счет увеличения податливости крепи и исключения посадки секций крепи «насухо»,- зажатия металлоконструкции крепи боковыми породами. Технически это реализуется тем, что элемент распора состоит из многоканальной пневмоподушки, вставленной в вогнутую полость верхняка и выполняющей роль гибкого шарнира, и расположенной под ним системы однокамерных пневмоподушек, разделенной жесткими тонкими дисками на ярусы, несущая способность которых возрастает в направлении от верхняка к основанию секции крепи.

Осуществляется возрастание несущей способности крепи за счет соответствующей настройки предохранительных клапанов пневмоподушек нижерасположенных ярусов на более высокое номинальное давление. Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен вертикальный разрез секции крепи; на фиг.2 - вид на секцию крепи сбоку и вертикальный разрез секции базового става; на фиг.3 - вид на секцию крепи сверху.

Верхняк 1 с вставленной в его вогнутую полость многоканальной пневмоподушкой 2 опирается на систему однокамерных подушек 3 с эластичным стержнем в центре 24. Система однокамерных подушек разделена тонкими жесткими дисками 23 на ярусы, несущая способность которых возрастает в направлении от верхняка к основанию. При осадке блочной кровли вначале сминается верхний ярус пневмоподушек, затем второй и т.д. При этом сопротивление крепи постоянно возрастает. Для защиты пневмоподушек от рикошета кусков породы они заключены в полимерный оградительный экран 25.

Нагрузка от боковых пород далее передается на капсулу 4 с ребрами жесткости, выполняющую роль аппаратного отсека.

Сама капсула закреплена на пневмоподъемнике 5 с замком-фиксатором 6. Пневмоподъемник установлен в стакане 7, который жестко связан с плоской рамой 8 по ее центру и опирается на башмак 9 своим штоком. Башмак тягами 10 так же связан с плоской рамой, которая стабилизирует линейную секцию в пространстве и установлена на роликовых опорах 11 с амортизаторами (рессорами). Роликовые опоры имеют возможность перемещаться внутри хвостовиков 12 базовой секции при передвижке крепи.

Базовый стан разделен на секции, каждая из которых представлена передней стенкой 13 с пневмостойками распора 14 и пневмодомкратами коррекции секций по восстанию-падению пласта 15,завальной стенкой 16 с аналогичными пневмостойками 17 и пневмодомкратами коррекции 18. Завальная и передняя стенки базовой секции соединены хвостовиками 12, внутри которых перемещаются роликовые опоры 11,что обеспечивает строго нормальное к пласту положение линейной секции при ее разгрузке и передвижке.

Базовые и линейные секции крепи связаны между собой пневмодомкратами передвижки 19.

Вдоль передней стенки базовой секции прожжен людской ходок 20 с трапом и жалюзями, телескопически соединенный с люком капсулы лазом 21.

Поверх людского ходка проложен воздуховод 22 для подачи чистого воздуха и создания подпора в людском ходке и капсуле аппаратного отсека.

Предлагаемая крепь может работать со стругом при его движении по телескопическим направляющим, закрепленным на передней стенке базовой секции, однако, в основном, она предназначена для работы с выемочным органом физического способа разрушения угля (лазер, ультразвук или струя воды высокого давления).

Доставка угля по лаве на крутом падении осуществляется самотеком. Передвижку базовой секции на забой осуществляют пневмодомкратами передвижки 19 после выемки полоски угля и разгрузки пневмостоек 14 (если позволяют боковые породы, можно передвигать с подпором).

Затем эти пневмостойки распираются на полную мощность, а пневмоподушки 2 и 3 линейной секции крепи разгружаются, при этом после открытия замка-фиксатора 6 и снижения давления в пневмоподъемнике 5 раздвижность крепи уменьшается: амортизаторы (рессоры) роликовых опор приподнимают капсулу с башмаком от почвы пласта и линейная секция на роликовых опорах, находящихся внутри хвостовиков 12 базовой секции, пневмодомкратами передвижки 19 подтягивается к забою. При этом неровности почвы, ее склонность к вспучиванию не мешают передвижке крепи, не мешают и любые перегибы пласта и его волнистость. Каждая линейная секция, объединенная с базовой секцией в единое целое, вписывается в трассу, проложенную выемочным органом, индивидуально.

Периодически, для компенсации сползания на миг разгружаются пневмоподушки 2 и 3 самой верхней линейной секции (при возможном сохранении подпора в пневмостойках 14 и 17 базовой секции) и пневмодомкратами коррекции 15, 18, которые опираются на распертую нижележащую секцию, самая верхняя секция крепи подается вверх по восстанию на нужную величину и секция крепи вновь распирается на полную мощность.

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.

Особенностью предлагаемой крепи является применение. Изолированность рабочего пространства лавы и создание комфортных условий позволяют применять высокотехнологичные способы выемки угля с автоматизированным управлением всеми процессами.

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, с.217-279.

3. Патент RU 2276729 C1, E21D 23/00 от 04.10.2004, Бюл. № 14, 20.05.2006.

4. Патент RU 2324820 C1, E21D 23/00, 20.05.2008, Бюл. № 14

5. К.А.Ардашев, А.А.Перфилов (ВНИМИ), А.М.Долинский (Гипроуглемаш). Результаты испытаний агрегата АК. М.: «Горные машины и автоматика», 3, 1972.

6. 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.

7. А.А.Перфилов. Особенности взаимодействия механизированной крепи с предохранительной угольной пачкой. Кемерово, Труды КузПИ, сб.43, 1980.

8. Патент RU 2357083 C1, E21D 23/00, 24.12.2007, Бюл. № 15

9. Патент RU 2398969 C1, Е21D 23/00, 10.09.2010, Бюл. № 25