крепь очистного забоя крутонаклонного угольного пласта

Формула изобретения

1. Крепь очистного забоя крутонаклонного угольного пласта, содержащая первую, линейные и концевую агрегатированные секции, связанные между собой в плоскости пласта и с выемочно-доставочной машиной, каждая из которых имеет фланговую и противоположную боковые, а также забойную и завальную стороны и содержит основание, перекрытие, гидравлические стойки, опоры, ограждения, укосины, электро- и гидрооборудование, отличающаяся тем, что секции связаны между собой гидродомкратами передвижки двойной раздвижности, каждая из которых равна шагу передвижки секции крепи; четыре гидравлические стойки и четыре опоры, высота которых не меньше минимальной длины гидравлической стойки, установлены попарно с забойной и завальной стороны; с фланговой стороны к основанию и перекрытию секции приварены боковые ограждения на длину, равную двойному шагу передвижки, начиная с завальной стороны; укосины шарнирно связаны с опорами со стороны забоя и с нижней поверхностью перекрытия с завальной стороны; каждая отдельная секция крепи, кроме первой, конструктивно связана с отдельной выемочно-доставочной машиной; в пространстве между парами гидравлических стоек и опор к основанию, начиная с завальной стороны, приварены разной высоты и длины ступени, образующие лестницу, обеспечивающую подъем от фланговой стороны секции к противоположной и от забойной к завальной стороне; концевых секций может быть две и более, каждая из которых с завальной стороны имеет технологический проем; концевая секция, расположенная ближе к первой секции, снабжена боковым ограждением с фланговой стороны, удлиненным в завальную сторону на длину, равную шагу передвижки, а концевая секция, установленная последней, снабжена аналогичным боковым ограждением с противоположной стороны; выемочно-доставочная машина выполнена в виде горизонтально ориентированного шнека, оснащенного режущим инструментом, причем привод шнека размещен в его внутренней полости, а направление вращения шнека и навивка его реборд соответствуют направлению транспортирования отбитого угля к фланговой стороне секции.

2. Крепь очистного забоя крутонаклонного угольного пласта по п.1, отличающаяся тем, что ступени лестницы приварены к основанию под углом, примерно равным углу залегания пласта и раскрывающимся в сторону забоя, длина лестницы ограничена с забойной стороны ограждением, приваренным к основанию под углом 90°- , где - угол залегания пласта, град, раскрывающийся в сторону выработанного пространства, а высота равна B·sin , где В - шаг передвижки секции крепи, м.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу, в частности к крепям для поддержания очистных забоев крутонаклонных пластов средней мощности при выемке угля полосами по падению.

Известно щитовое перекрытие для разработки крутых и крутонаклонных угольных пластов, содержащее различные элементы, обеспечивающие крепление кровли, подачу выемочной машины на забой, отделение угля от массива, транспорт отбитого угля вдоль забоя и фронтальную передвижку [1]. Недостатками такого щитового перекрытия являются повышенная чувствительность к прямолинейности очистного забоя, узкая область применения, ограниченная участками без тектонических нарушений, повышенная трудоемкость монтажно-демонтажных работ.

За прототип принята агрегатированная крепь для поддержания рабочего пространства при разработке крутых и крутонаклонных угольных пластов, содержащая: первую, линейные и концевую секции, каждая из которых содержит основание, перекрытие, укосины, гидравлические стойки и ограждение, защищающее рабочее пространство от проникновения обрушенных пород, и конструктивно связанная с выемочно-доставочной машиной [2].

Недостатками прототипа являются:

- объединение 6-8 секций крепи в блоки выемочно-доставочной машиной, из-за чего возникает необходимость соблюдения прямолинейности забоя не только в зоне данного блока, но и по всей ширине полосы, что повышает трудоемкость ведения очистных работ;

- использование выемочно-доставочной машины, выполненной в виде конвейероструга, также требующего прямолинейности линии очистного забоя;

- фиксированная длина очистного забоя, соответствующая количеству блоков в комплекте, которая остается неизменной до окончания выемки полосы;

- повышенная трудоемкость монтажно-демонтажных работ;

- слабая жесткость крепи по линии падения пласта, вследствие чего во время передвижки, при разгрузке секции, ее перекрытие под давлением пород за крепью может опередить основание, но тогда гидравлические стойки из нормального займут диагональное положение между основанием и перекрытием, что снижает устойчивость секции и усилие ее распора;

- отсутствие безопасного места под крепью для обслуживающего персонала для управления и наблюдения за работой оборудования.

Эти недостатки, по нашему мнению, резко снижают область применения данной крепи, эффективность поддержания кровли в рабочем пространстве очистного забоя и безопасность ведения горных работ.

Цель предлагаемого изобретения - повышение эффективности поддержания рабочего пространства очистного забоя крутонаклонного угольного пласта и расширение области применения крепи до пластов с частыми горно-геологическими нарушениями и породами кровли до сыпучих за счет индивидуального агрегатирования секции крепи с выемочно-доставочной машиной.

Поставленная цель достигается тем, что в крепи очистного забоя крутонаклонного угольного пласта, содержащей первую, линейные и концевую агрегатированные секции, связанные между собой в плоскости пласта и с выемочно-доставочной машиной, каждая из которых имеет фланговую и противоположную боковые, а также забойную и завальную стороны и содержит основание, перекрытие, гидравлические стойки, опоры, ограждения, укосины, электро- и гидрооборудование, секции связаны между собой гидродомкратами передвижки двойной раздвижности, каждая из которых равна шагу передвижки секции крепи; четыре гидравлические стойки и четыре опоры, высота которых не меньше минимальной длины гидравлической стойки, установлены попарно с забойной и завальной стороны; с фланговой стороны к основанию и перекрытию секции приварены боковые ограждения на длину, равную двойному шагу передвижки, начиная с завальной стороны; укосины шарнирно связаны с опорами со стороны забоя и с нижней поверхностью перекрытия с завальной стороны; каждая отдельная секция крепи (кроме первой) конструктивно связана с отдельной выемочно-доставочной машиной; в пространстве между парами гидравлических стоек и опор к основанию, начиная с завальной стороны, приварены разной высоты и длины ступени под углом, примерно равным углу залегания пласта и раскрывающимся в сторону забоя, которые образуют лестницу, обеспечивающую подъем от фланговой стороны секции к противоположной и от забойной к завальной сторонам; длина лестницы ограничена с забойной стороны ограждением, приваренным к основанию под углом (90- ), где - угол залегания пласта, град, раскрывающимся в завальную сторону, а высота - равна B·sin , где В - шаг передвижки секции крепи; концевых секций может быть две и более, каждая из которых с завальной стороны имеет технологический проем; концевая секция, расположенная ближе к первой секции, снабжена боковым ограждением с фланговой стороны, удлиненным в завальную сторону на длину, равную шагу передвижки, а концевая секция, установленная последней, снабжена аналогичным боковым ограждением с противоположной стороны; выемочно-доставочная машина выполнена в виде горизонтально ориентированного шнека, оснащенного режущим инструментом, причем привод шнека размещен в его внутренней полости, а направление вращения шнека и навивка его реборд соответствуют направлению транспортирования отбитого угля к фланговой стороне секции.

Предлагаемое изобретение поясняется схемами. На фиг.1 показан комплект крепи в очистном забое крутонаклонного пласта (вид в плоскости пласта); на фиг.2 - линейная секция агрегатированной крепи (вид сбоку), на фиг.3 - то же (вид со стороны выработанного пространства); на фиг.4 - первая секция (вид сбоку); на фиг.5 - концевая секция (вид сбоку); на фиг.6 - то же (вид со стороны выработанного пространства); на фиг.7 - то же (вид в плане); на фиг.8 - линейная секция со снятыми боковыми ограждениями и передней опорой (вид сбоку); на фиг.9 - рабочее положение линейной секции крепи в забое крутонаклонного пласта; на фиг.10 - схема установки секций крепи в очистном забое крутонаклонного угольного пласта.

Крепь очистного забоя крутонаклонного угольного пласта содержит линейные агрегатированные секции крепи 1, связанные между собой гидродомкратами передвижки 2, первую 3 и концевые 4 секции.

Линейная агрегатированная секция крепи 1 (фиг.8) содержит основание 5, две завальные опоры 6, перекрытие 7, выдвижной козырек 8, две гидравлические стойки 9 забойного ряда, две гидравлические стойки 10 завального ряда, две забойные опоры 11, кронштейн 12, выемочно-доставочную машину 13, завальные верхнее 14 и нижнее 15 и фланговые (фиг.6) верхнее 16 и нижнее 17 ограждения.

К основанию 5 прямоугольной формы с завальной стороны по углам приварены завальные опоры 6, ориентированные перпендикулярно основанию, нижнее ограждение 15, связанное также с опорами 6, и два кронштейна 18 шарнирного крепления гидравлических стоек 10 завального ряда. С забойной стороны к основанию приварены: два кронштейна 19, к которым посредством осей шарнирно присоединяются гидравлические стойки 9 забойного ряда; кронштейн 12 - шарнирного присоединения стрелы 20 выемочно-доставочной машины 13; кронштейн 21 - шарнирного присоединения домкрата 22 качания выемочно-доставочной машины и две опоры 11, ориентированные перпендикулярно плоскости основания и по высоте равные высоте опор 6. Высота опор 6 и 11 не меньше минимальной длины гидравлических стоек 9 и 10.

Перекрытие 7 коробчатого сечения во внутренней полости содержит выдвижной козырек 8 и ориентировано параллельно основанию 5. Со стороны основания к перекрытию 7 приварены кронштейны 23, шарнирного крепления гидравлических стоек 10 завального ряда; 24 - аналогичного крепления стоек 9 забойного ряда и два кронштейна 25 для шарнирного крепления одной стороны укосин 26, причем кронштейны 23 размещены в створе между кронштейнами 25. Две укосины 26 с другой стороны также шарнирно связаны с соответствующими опорами 11 в основании крепи.

Выемочно-доставочная машина 13 выполнена в виде горизонтально ориентированного барабана, во внутренней полости которого размещен его привод, а снаружи приварены реборды с кулаками, снабженными режущим инструментом. Выемочно-доставочная машина посредством телескопической стрелы 20 шарнирно связана с кронштейном 12, а посредством домкрата качания 22 - с кронштейном 21 в основании секции крепи.

В пространстве между рядами стоек 9 и 10 к основанию секции крепи, начиная от завальной стороны, приварены разной высоты и длины ступени 27, плоскость которых образует с основанием 5 угол , примерно равный углу залегания пласта, раскрывающийся в сторону забоя. Длина ступеней 27 ограничена с забойной стороны ограждением 28, приваренным к основанию 5 под углом (90- ), раскрывающимся в сторону выработанного пространства.

Ступени 27 образуют лестницу, обеспечивающую подъем от одной стороны секции до другой на высоту, равную B·sin , где В - шаг передвижки секции крепи.

Боковая сторона секции крепи, от которой начинается подъем ступеней 27, является фланговой и перекрыта верхним 16 и нижним 17 ограждениями по длине секции от завального края не менее двукратной величины шага передвижки. При этом верхнее ограждение 16 приварено к фланговой стороне перекрытия 7, а нижнее - к фланговой стороне основания 5.

Гидродомкрат передвижки 2 выполнен двойной раздвижности, каждая из которых равна шагу передвижки секции крепи, устанавливается в пространстве между основаниями 5 агрегатированных секций.

Крайние секции отличаются от линейных. Первая секция 3 (см. фиг.4) не имеет выемочно-доставочной машины 13 и домкрата передвижки 2 с фланговой стороны, а концевые 4 (две и более) - не имеют завальных ограждений 14 и 15. Вследствие этого концевые секции с завальной стороны имеют технологический проем, обеспечивающий возможность выхода из поддерживаемого пространства в завальную сторону, не только для воздушной струи, но и для человека. Концевая секция, установленная ближе к первой, снабжена удлиненными в сторону завала ограждениями 16 и 17. При этом нижнее ограждение 17 связано дополнительными ребрами жесткости 29 с опорой 6 с фланговой стороны, а верхнее 16 - ребром жесткости 30 с перекрытием 7 с завальной стороны. Концевая секция, установленная дальше от первой секции, снабжена аналогичными ограждениями с противоположной стороны.

Крепь предназначена для работы в очистном забое крутонаклонного угольного пласта, отрабатываемого полосами по падению. Выемочную полосу подготавливают (фиг.1) проведением ската 31 между конвейерным 32 и вентиляционным 33 штреками и монтажной камеры 34 на сопряжении ската 31 с вентиляционным штреком 32. В монтажной камере 34 секции крепи устанавливают по длине очистного забоя вплотную друг к другу, ориентируя их по линии падения пласта. При этом первую секцию устанавливают в створе со скатом 31 таким образом, чтобы за противоположной стороной находился массив вынимаемой полосы. Сверху, т.е. со стороны предполагаемого выработанного пространства, ограждения 14 и 15 накрывают кусками отслужившей свой срок конвейерной ленты для защиты рабочего пространства от мелкой породной просыпи, причем накрывают с нахлесткой от последующей на предыдущую секцию. Основания соседних секций связывают гидравлическими домкратами передвижки 2, ориентируя их цилиндром в сторону завала, а штоком - в сторону забоя. Концевые секции 4 (это может быть две и более секций, в зависимости от газовыделения пласта) не накрывают конвейерной лентой. Направление навивки реборды выемочно-доставочной машины каждой секции принимают в соответствии с направлением вращения ее исполнительного органа и направлением транспортирования отбитого угля на фланг выемочной полосы. Для перевода секции крепи в рабочее положение из транспортного сначала включают завальные гидравлические стойки 10 - завальный край перекрытия 7 поднимется к кровле пласта. Затем включают забойные гидравлические стойки 9 - перекрытие 7 будет полностью прижато к кровле пласта. При этом укосина 26 займет диагональное положение и будет способствовать увеличению жесткости секции крепи. Пространство за ограждениями 14 и 15 заполняют породой, создавая тем самым породную подушку.

Крепь работает следующим образом. Сначала демонтируют часть крепления ската 31 (фиг.10) ниже первой секции крепи 3 на участке протяженностью, равной двойному шагу передвижки крепи, и передвигают первую секцию на один и второй шаг передвижки. Затем включают в работу выемочно-доставочную машину 13 второй секции - отбивают уголь на шаг передвижки по всей мощности пласта и транспортируют отбитый уголь в сторону углеспускного ската. По завершении работы по выемке вторую секцию передвигают по линии падения на один шаг передвижки. Далее таким же образом включают в работу третью секцию крепи, которая в конце передвижки догонит вторую секцию и станет с ней вровень по линии забоя. При этом уголь, отбитый в зоне действия третьей секции, ее выемочно-доставочной машиной транспортируется в зону действия выемочно-доставочной машины второй секции и ею уже в углеспускной скат. После этого выключают выемочно-доставочную машину третьей секции, вынимают уголь в зоне второй секции и передвигают ее на шаг передвижки. Затем передвигают первую секцию, демонтировав часть крепления углеспускного ската 31 и т.д.

Проветривание очистного забоя осуществляется за счет общешахтной депрессии. Свежая струя воздуха поступает от конвейерного штрека 32 по скату 31 и проходит в пространстве, поддерживаемом секциями крепи 3, 1, 4, и далее выходит на вентиляционный штрек 33 (см. фиг.1). После того, как будут запущены в работу концевые секции крепи 4, за ними предусматривается сооружение вентиляционного ската 35. Для этого сначала возводят часть органного ряда 36, защищающего закрепное пространство последних секций от обрушения пород кровли, и следом возводят крепь 37 вентиляционного ската 35. Теперь воздушная струя из очистного забоя поступает в вентиляционный скат 35 через пространство между стойками 10 завального ряда последних секций крепи 4 (см. фиг.10), т.е. через технологические проемы в концевых секциях крепи. Правила безопасности предписывают, что содержание метана в исходящей струе очистного забоя должно быть не более 1%. Для соблюдения этого условия и обеспечения безопасной работы очистного забоя количество концевых секций 4 может быть две и более в зависимости от газоносности разрабатываемого пласта и нагрузки очистного забоя.

Во время работы выемочно-доставочной машины любой секции крепи оператор крепи находится на ступенях 27 секции крепи, расположенной ближе к флангу полосы, переходя по этим ступеням из рабочего пространства одной секции крепи в рабочее пространство следующей секции. То есть, при выемке угля от фланга к стволу (от ската к стволу) оператор отстает от зоны выемки угля, а при выемке угля в обратном направлении, наоборот, опережает на одну секцию.

Для того чтобы оператор мог переходить из рабочего пространства одной секции крепи в рабочее пространство другой секции и находиться в нем во время работы выемочно-доставочной машины соседней секции, под перекрытием 7 каждой секции крепи предусмотрено пространство, оборудованное ступенями 27. В последних секциях, дальних от фланга выемочной полосы, отсутствуют завальные ограждения 14 и 15, что обеспечивает запасный выход в закрепное пространство и проветривание очистного забоя в соответствии с Правилами безопасности. Удлиненные боковые ограждения защищают выработанное пространство за концевыми секциями от прорыва обрушенных пород и обеспечивают возможность возведения органной крепи в выработанном пространстве за секцией на шаг ее передвижки.

Демонтаж крепи осуществляют отдельными секциями. Для удаления первой секции из рабочего пространства и перевода ее на штрек отсоединяют цилиндр гидравлического домкрата 2 передвижки от основания соседней секции, снимают распор с гидравлических стоек 9 и 10 и укладывают перекрытие 7 на опоры 6 и 11, т.е. переводят секцию в транспортное положение. В этом положении секцию передвигают на штрек. Линейную секцию также переводят в транспортное положение, но сначала демонтируют выемочно-доставочную машину, разделяя тем самым секцию на два транспортабельных узла.

Таким образом, за счет индивидуального агрегатирования секции крепи с выемочно-доставочной машиной исключена необходимость прямолинейности линии очистного забоя, более того линия забоя может быть ступенчатой. Индивидуальное агрегатирование позволяет на начальном этапе совместить во времени очистные работы с монтажными, а в заключительной стадии - с демонтажными. За счет обустройства специального пространства для присутствия обслуживающего персонала, соответствующего требованиям Правил безопасности, повышается безопасность труда и комфортность его условий. За счет принудительного складывания секции крепи снижаются трудозатраты при ее демонтаже. Появляется возможность использовать эту крепь при выемке пластов с неустойчивой кровлей, т.е. повысить эффективность крепления кровли в очистном забое и расширить область применения крепи. Все перечисленное свидетельствует о достижении цели изобретения.

Источники информации

1. Патент РФ №2069267 (аналог).

2. Оборудование для механизации очистных работ в угольных шахтах./ Под ред. Б.Ф.Братченко, М., Недра, 1972, с.130-134, рис.II-43 (прототип).