механизированная крепь для крутых пластов

Формула изобретения

1. Механизированная крепь для крутых пластов средней мощности и мощных до 5-6 м, состоящая из однотипных взаимозаменяющихся линейных секций, каждая из которых имеет верхняк, башмак, капсулу аппаратного отсека, завальное и призабойное ограждения, а также элементы распора, передвижки и коррекции, отличающаяся тем, что в качестве элемента распора и раздвижности используются резиновые пневмостойки, армированные металлической сеткой и обручами, которые вместе с верхняком опираются на плиту и силовой каркас и далее на башмак, причем внутри силового каркаса расположена капсула аппаратного отсека с возможностью ее извлечения при диагностике и ремонте аппаратуры.

2. Механизированная крепь по п.1, отличающаяся тем, что в качестве элементов передвижки и коррекции силовой каркас со стороны забоя и завала имеет поворотные арки и кронштейны с гидродомкратами передвижки внутри них, которые кинематически связаны с гидростойками распора призабойного и соответственно, с гидростойками распора завального ограждения, причем при повороте кронштейнов стойки подаются вверх по восстанию пласта.

3. Механизированная крепь по п.1, отличающаяся тем, что на опорной плите между резиновыми пневмостойками расположен людской ходок, представляющий собой отрезок резиновой трубы, армированный металлической сеткой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к угольной промышленности, в частности к области механизированного крепления очистных выработок при выемке угля из средней мощности и мощных до 5-6 м крутых пластов с физическим способом разрушения угля (лазером, ультразвуком, режущей струей воды). Крутые пласты отличаются высокой геологической нарушенностью выемочных полей и большой изменчивостью гипсометрии, при этом нагрузки на крепь невелики, так как части лавы самоподбучиваются породами, перепускаемыми с верхних, ранее отработанных горизонтов. Основная нагрузка ложится на завальный, органный ряд гидростоек в периоды осадки основной кровли. В пределах рабочего пространства лавы нагрузки в 1.5-2 раза ниже.

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

Известны современные унифицированные комплексы нового технического уровня типа КМ137, КМ138, КМ142, КМ143, КМ144, рассчитанные 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 крепь склонна к сползанию и опрокидыванию в сторону падения. Поиски механизма стабилизации крепи ведутся в различных направлениях.

Известен комплекс 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.

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 и неприжатость базовой балки к почве пласта, особенно при обводненности почвы (естественная или при орошении), при вибрации выемочного органа при слабых боковых породах(купала над верхняками и зарывание башмака в почву пласта).

Известна механизированная крепь для пластов крутого падения [4], принятая в качестве прототипа.

Она включает базовый став, разделенный на базовые секции, каждая из которых состоит из передней и завальной стенок с гидростойками распора и 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 аппаратного отсека с ребрами жесткости и покрытую пористой резиной или полимером, на которую опираются 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.

Недостатком данной механизированной крепи является размещение роликовых опор внутри хвостовиков, что может привести к их заштыбовке и заклиниванию, особенно на пластах со слабыми боковыми породами и почвами, склонными к вспучиванию. Заклинивание роликовых опор может значительно снизить работоспособность крепи.

Другим важным недостатком нужно считать использование корпуса капсулы аппаратного отсека в качестве несущего элемента крепи, воспринимающего горное давление в полном объеме.

Цель изобретения - дальнейшее повышение устойчивости и улучшение передвижки крепи на крутом падении в условиях слабых боковых пород, а также предохранение капсулы аппаратного отсека от непосредственного воздействия горного давления.

Задача повышения устойчивости и улучшения передвижки крепи решается за счет улучшения компоновки и кинематической схемы передвижки, а вторая задача - за счет применения прочного силового каркаса, внутри которого помещена капсула аппаратного отсека.

Особо важной задачей является увеличение устойчивости секций крепи к опрокидыванию. Логическим развитием большинства современных разработок крепей крутого падения является крепь действующего агрегата АК-3. Размеры его секции крепи по основанию 1200×2390 [5]. Если поставить металлические гидростойки длиной 5-6 м на каркас аппаратного отсека, то секция крепи станет весьма неустойчивой. Поэтому предлагается в качестве распорных гидростоек использовать легкие резиновые армированные металлом пневмостойки.

Предлагаемая механизированная крепь для крутых пластов средней мощности и мощных до 5-6 м состоит из однотипных взаимозаменяющихся линейных секций, каждая из которых имеет верхняк, опорную плиту, башмак, капсулу аппаратного отсека, завальное и призабойное ограждения, а также элементы распора, передвижки и коррекции, отличается тем, что в качестве элемента распора и раздвижности используются резиновые пневмостойки, армированные металлической сеткой и обручами. Пневмостойки вместе с верхняком опираются на опорную плиту, силовой каркас и далее на башмак, причем внутри силового каркаса расположена капсула аппаратного отсека с возможностью ее извлечения при диагностике и ремонте аппаратуры.

Вторым отличительным признаком механизированной крепи является то, что в качестве элементов передвижки и коррекции силовой каркас со стороны забоя и завала имеет поворотные арки и кронштейны с гидродомкратами передвижки внутри них, которые кинематически связаны с гидростойками распора призабойного и соответственно с гидростойками распора завального ограждения, причем при повороте кронштейнов стойки подаются вверх по восстанию пласта. После их распора появляется возможность коррекции крепи от сползания путем подачи секций крепи вверх по восстанию, начиная с верхней секции.

С целью эффективного использования рабочего пространства лавы по высоте и повышения комфортности для работы людей и автоматизированной системы управления устройств физического разрушения угля предлагается людской ходок, представляющий собой отрезок резиновой трубы армированный металлической сеткой, располагать на опорной плите между резиновыми пневмостойками сверху силового каркаса аппаратного отсека. С торцов людской ходок закрыт шторками. Чистый воздух, подаваемый по воздухопроводу, создает подпор воздуха как в аппаратном отсеке, так и в людском ходке, что препятствует проникновению пыли в пространства где находятся люди и электронное оборудование.

Другие компоненты крепи идентичны аналогу [4]. Управляющая электроника ограждена от горного давления силовым каркасом, а от виброударных воздействий покрытием корпуса капсулы слоем пористой резины или полимером.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 представлен вертикальный разрез секции крепи (вид сзади), на фиг.2 - вид на крепь сверху с разрезом; на фиг.3 - вид на крепь сбоку с местным разрезом.

Линейная секция состоит из верхняка 1 и опорной плиты 2, между которыми устанавливаются резиновые пневмостойки 23, армированные металлической сеткой и металлическими обручами, силового каркаса 4, внутри которого находится капсула аппаратного отсека 3, покрытая резиной или полимером. Днище силового каркаса имеет утолщение нижней ее части в виде башмака 5.

Спереди непосредственно к силовому каркасу 4 шарнирно крепятся поворотные арки 26 (левая и правая) и раздвижные поворотные кронштейн 13 (левый и правый) с домкратами передвижки 16 (левым и правым), расположенным внутри них. Поворот кронштейнов 13 вверх-вниз по восстанию пласта осуществляется домкратом коррекции 11. Кронштейны 13 (левый и правый) телескопически связаны посредством гидродомкратов передвижки 16 с гидростойками распора 14, 17, на которых крепится призабойное ограждение 22.

Сзади к силовому каркасу 4 шарнирно крепятся поворотные арки 27 и раздвижные поворотные кронштейны 9 с домкратами передвижки 20, расположенными внутри них. Между левым и правым кронштейнами находятся домкраты коррекции двустороннего действия 6, 8. Кронштейны телескопически через гидродомкраты передвижки 20 связаны с гидростойками распора 7, 12 завального ограждения 21. Поворот левого и правого кронштейнов вверх-вниз по восстанию пласта осуществляется домкратами 6, 8.

Между резиновыми армированными пневмостойками 23 на опорной плите 2 расположен людской ходок 24 с трапом, представляющий собой отрезок резиновой трубы, армированный металлической сеткой, посредством которого можно обеспечить обслуживание крепи в необходимом объеме.

Призабойное ограждение 22 (возможно сеточное) и завальное телескопическое ограждение 21 должны обладать возможностью удлиняться и сокращаться при перемещении крепи вверх по восстанию в целях компенсации сползания или удлинения лавы по мере изменения гипсометрии пласта.

У предлагаемой крепи передняя и задняя стенки базовой секции утратили непосредственную конструктивную связь. Линейная секция приобрела большинство ее функций и в принципе превратилась в робота (предполагается автоматизированное управление всеми элементами крепи).

Ход работ.

Выемочный цикл начинается с разрушения угля физическим способом с использованием лазера, ультразвука или струи воды высокого давления. Аппаратура управления выемочным органом расположена в капсуле 3. Доставка угля по лаве на крутом падении осуществляется самотеком.

После выемки полоски угля призабойное ограждение 22 вместе с разгруженными гидростойками 14, 17 подается на забой домкратами передвижки 16, при этом кронштейны 13 раздвигаются. Затем гидростойки 14, 17 распираются, а линейная секция и пневмостойки 23 разгружаются, секция приподнимается от почвы пласта и «переносится», подтягивается домкратами передвижки 16 к призабойному ограждению 22. Передвижке линейной секции помогают и домкраты 20 со стороны завального ограждения, которые при этом раздвигаются.

После распора линейной секции разгружаются гидростойки завального ограждения 7, 12 и домкратами передвижки 20 подтягиваются к линейной секции и распираются. Эти гидростойки органного ряда в 1.5-2 раза мощнее призабойных. На этом заканчивается подготовка крепи к новому выемочному циклу.

Такой способ передвижки крепи особенно эффективен при слабой склонной к вспучиванию почве. При этом заштыбовка и заклинивание секциям крепи не грозит. Устойчивость крепи на крутом падении гарантируется тем, что большинство гидростоек или пневмостоек постоянно находится в распоре с боковыми породами. Главное отличие данной крепи что все секции однотипные, взаимозаменяемые обладающие собственной устойчивостью и передвигаемостью без громоздкой базы или базовых секций.

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 кратковременной разгрузки гидростоек 14, 7 и их переноса по восстанию пласта путем поворота левых арок 26, 27 и кронштейнов 9, 13 (левых) домкратами коррекции 11, 6. После их распора левые домкраты передвижки 16, 20 подтягивают к себе линейную секцию крепи, которая затем распирается пневмостойками 23. Гидростойки 12, 17 подтягиваются правыми гидродомкратами передвижки 16, 20, при этом гидродомкраты коррекции восстанавливают нормальное положение секций относильно забоя путем разворота арок и кронштейнов.

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.

Техническая и экономическая польза от внедрения данного изобретения очевидна: из-за отсутствия работоспособных крепей огромные запасы угля в крутых пластах консервируются. Запасы нефти и газа истощаются, холодный термоядерный синтез оказался неосуществим... И в будущем уголек сослужит человечеству верную службу, как это было всегда. Из угля можно получить почти все необходимое человеку и все для техники.

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, Бюл. № 14.

4. Патент RU 2372483 C1, E21D 23/00, Бюл. № 31, 2009.

5. Совершенствование разработки угольных пластов Прокопьевско-Киселевского месторождения Кузбасса с применением комплексной механизации. Сборник трудов. Прокопьевск, 1972 г.