Перекрытие секции механизированной крепи

 

Изобретение предназначено для крепления горных выработок. Оно позволяет повысить распорное усилие и сопротивление забойной части перекрытия механизированной крепи - козырька, при сохранении минимальных габаритов перекрытия по высоте, а также снизить минимальную высоту раздвижности крепи, уменьшить нижний предел вынимаемой мощности механизированной крепи, улучшить состояние кровли в призабойной полосе очистного забоя, повысить технический уровень и ремонтопригодность перекрытия секции механизированной крепи. Перекрытие имеет верхняк с опорными клиньями, козырек, шарнирно связанный с верхняком, гидроцилиндр управления козырьком. Верхняк имеет открытый снизу карман, в котором размещены козырек, выполненный с забойной консолью, и опорные клинья, установленные параллельно продольной оси верхняка. Гидроцилиндр управления козырьком размещен по нормали к продольной оси верхняка с возможностью взаимодействия гидроцилиндра с опорными клиньями. Гидроцилиндр управления козырьком может быть установлен на козырьке, размещен между опорными клиньями, жестко закрепленными в верхняке, и выполнен с упорами по противоположным сторонам. 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к разработке месторождений полезных ископаемых подземным способом, а именно к механизированным крепям очистных комплексов и агрегатов, преимущественно для выемки маломощных пластов.

Известно перекрытие механизированной крепи, включающее состоящий из плиты и жестко прикрепленного к ней снизу короба козырек, шарнирно закрепленный на верхняке, передний конец которого образован верхней и нижней плитами с поперечным ребром между ними, гидроцилиндр управления, один конец которого шарнирно связан с козырьком, а другой - с верхняком, предохранительные упоры, один из которых расположен в нижней части короба, а другой выполнен в виде накладки, которая жестко прикреплена на нижней поверхности плиты с возможностью взаимодействия с торцом верхняка при максимальной раздвижке гидроцилиндра, а другой упор выполнен в виде установленных по торцам короба продольных ребер с выступами для взаимодействия с передним торцом ограждения при минимальной раздвижке гидроцилиндра управления (а.с. СССР N 1798519, кл. E 21 D 23/06, 1990).

Известное решение не предназначено для работы на пластах с малой вынимаемой мощностью в первую очередь потому, что гидроцилиндр расположен в рабочем проходе и не позволяет свободно перемещаться выемочной машине.

Известно перекрытие секции механизированной крепи, включающее верхняк и козырек, соединенные шарнирно закрепленными промежуточными звеньями, связанную с верхняком подпорную балку, установленную с возможностью взаимодействия одним концом с козырьком, а другим - через гидродомкрат управления с верхняком, причем промежуточные звенья выполнены в виде закрепленных соосно серег, а подпорная балка закреплена на верхняке шарнирно, оперта на гидродомкрат управления и расположена перпендикулярно к его продольной оси (а.с. СССР N 1620644, кл. E 21 D 23/06, 1989).

Известно также перекрытие секции механизированной крепи, включающее верхняк, связанный шарниром и гидродомкратом с консолью, шарнирно закрепленной к верхняку, цапфы гидропатрона и опоры гидростоек, отличающееся тем, что перекрытие снабжено двуплечим рычагом, завальное плечо которого выполнено короче забойного, двуплечий рычаг шарнирно закреплен между осями шарниров, связывающих верхняк с консолью, и расположен в П-образных в поперечном сечении перекрытия проемах, выполненных открытыми понизу вдоль консоли и верхняка, причем одно плечо двуплечего рычага расположено в проеме верхняка и связано с цапфами гидропатрона, а другое плечо расположено в замкнутом со стороны конца двуплечего рычага проеме консоли с возможностью взаимодействия с опорной площадкой консоли, которая расположена по длине консоли таким образом, что делит плечи консоли на две неравные части, завальная консоль короче забойной (Патент РФ N 2058488, кл. E 21 D 23/06, 1996).

Недостатками таких решений является размещение гидродомкрата в перекрытии вертикально, что снижает возможность уменьшения толщины верхняка, так как выступающий из него гидродомкрат сводит на нет уменьшение этого габарита.

Кроме того, размещение гидродомкрата в отверстии, выполненном в опорной балке, снижает прочность конструкции, а учитывая, что увеличение габаритов при малой вынимаемой мощности для увеличения прочности перекрытия неприемлемо, работа такого перекрытия будет затруднительна из-за снижения проходного сечения рабочего пространства.

Наиболее близкой к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является забойная консоль устройства для поддержания кровли, включающая верхняк с опорными клиньями, козырек, шарнирно связанный с верхняком, и гидроцилиндр управления козырьком (а.с. СССР N 1364740, М.кл. E 21 D 23/06, 1989) - принято за прототип.

Основным недостатком принятого за прототип технического решения является то, что данное перекрытие наиболее работоспособно при работе на нижнем пределе вынимаемой мощности, когда его козырек и верхняк расположены в положении, близком к естественному углу опускания кровли. С повышением вынимаемой мощности пласта перекрытие начинает работать в оградительном режиме и не соответствовать углу опускания кровли. Между козырьком и верхняком образуется ступень, по линии которой начинает проявляться обрез кровли, зачастую приводящий к ее обрушению в рабочем пространстве. Кроме того, распорное усилие козырька в кровлю также зависит от раздвижности крепи, при вынимаемой мощности, так как угол клина в процессе раздвижности изменяется, а чем меньше угол клина, тем больше распорное усилие.

Сущность изобретения заключается в том, что верхняк имеет открытый снизу карман, в котором размещены козырек, выполненный с забойной консолью, и опорные клинья, установленные параллельно продольной оси верхняка, при этом гидроцилиндр управления козырьком размещен по нормали к продольной оси верхняка, с возможностью взаимодействия гидроцилиндра с опорными клиньями.

Кроме того, гидроцилиндр управления козырьком с возможностью продольного перемещения установлен на козырьке, размещен между опорными клиньями, жестко закрепленными в верхняке, и выполнен с упорами по противоположным сторонам.

Кроме того, гидроцилиндр управления козырьком по противоположным сторонам снабжен шарнирно закрепленными упорами, выполненными с тягами, размещен между опорными клиньями, жестко установленными в верхняке, при этом упоры тягами шарнирно связаны с козырьком.

Кроме того, гидроцилиндры управления козырьком размещены по обе стороны кармана, с возможностью взаимодействия одной стороной с верхняком, а опорные клинья установлены с возможностью перемещения навстречу упорам, выполненным на козырьке.

Кроме того, опорный клин имеет одну или две рабочие грани, выполненные в виде наклонных плоскостей с углом наклона более угла трения взаимодействующих поверхностей клинового соединения.

Кроме того, плоскости опорного клина в поперечном сечении выполнены криволинейными.

Причинно-следственная связь между совокупностью заявляемых существенных признаков и достигаемым техническим результатом следующая.

Признак "верхняк имеет открытый снизу карман, в котором размещен козырек, выполненный с забойной консолью" позволяет разместить в кармане верхняка снизу козырек и снабдить его забойной консолью, что дает возможность обеспечить его активным управлением с увеличением распорного усилия и сопротивления козырька в призабойной зоне и улучшает состояние кровли очистного забоя при минимальных габаритах перекрытия.

Признак "опорные клинья, установленные параллельно продольной оси верхняка" обеспечивает рациональное взаимодействие гидроцилиндров с опорными клиньями и выполняет основное преимущество заявляемого технического решения - увеличение сопротивления и распорного усилия козырька и улучшение состояния кровли, причем при минимальных габаритах перекрытия по высоте.

Признак "при этом гидроцилиндр управления козырьком размещен по нормали к продольной оси верхняка с возможностью взаимодействия гидроцилиндра с опорными клиньями" дает возможность наиболее рационального размещения гидроцилиндра по отношению к верхняку и взаимодействия с опорными клиньями, обеспечивающий увеличение сопротивления и распорного усилия козырька.

Признак "гидроцилиндр управления козырьком с возможностью продольного перемещения установлен на козырьке" обеспечивает взаимодействие гидроцилиндра управления козырьком с опорными клиньями при расположении гидроцилиндра на козырьке, что увеличивает распорное усилие и сопротивление козырька. Кроме того, позволяет гидроцилиндру, в допустимых пределах, продольное перемещение.

Признак "размещен между опорными клиньями, жестко закрепленными в верхняке" обеспечивает взаимодействие гидроцилиндра, установленного в козырьке с опорными клиньями, размещенными в верхняке, чем создает дополнительные сопротивление и распорное усилие козырька.

Признак "и выполнен с упорами по противоположным сторонам" позволяет по концам гидроцилиндра выполнить упоры, обеспечивающие рациональное взаимодействие с опорными клиньями, например трение металла по металлу, или заменителем металла с одной из сторон, например пластмассой и т.п., предотвращающие быстрый износ пары трения или качения.

Признак "гидроцилиндр управления козырьком по противоположным сторонам снабжен шарнирно закрепленными упорами, выполненными с тягами" позволяет разместить гидроцилиндр вне козырька и обеспечить взаимодействие с опорными клиньями через тяги с шарнирно закрепленными упорами, что снизит сопротивление трению и повысит распорное усилие и сопротивление козырька.

Признак "размещен между опорными клиньями, жестко установленными в верхняке" позволяет разместить гидроцилиндр вне козырька напротив опорных клиньев, размещенных в верхняке, и при этом создать необходимые распорные усилия и сопротивление козырька.

Признак "при этом упоры тягами шарнирно связаны с козырьком" шарнирная связь упоров с козырьком выполняется горизонтально шарнирами, с вертикальными осями, что обеспечивает работоспособность конструкции, передачу усилия распора гидроцилиндра, расположенного между опорными клиньями, через тяги на козырек.

Признак "гидроцилиндры управления козырьком размещены по обе стороны кармана с возможностью взаимодействия одной стороной с верхняком" позволяет разместить гидроцилиндры управления в верхняке по обе стороны от кармана и каждый гидроцилиндр со стороны кармана связать с опорным клином, взаимодействующим с упором, выполненным на козырьке, что обеспечивает повышенные распор и сопротивление козырька.

Признак "а опорные клинья установлены с возможностью перемещения навстречу упорам, выполненным на козырьке" подчеркивает, что в этой схеме исполнения опорные клинья установлены с возможностью их перемещения навстречу упорам, которые выполнены на козырьке, что обеспечивает необходимые распорное усилие и сопротивление козырька.

Признак "опорный клин имеет одну или две рабочие грани, выполненные в виде наклонных плоскостей" обеспечивает перестановку клина в положение, когда в работе находится одна или другая наклонная плоскость, то есть их взаимозаменяемость, дающая возможность замены рабочей плоскости, взаимодействующей с упором на другую, резервную, что позволяет продлить срок службы опорного клина и козырька в целом.

Признак "с углом наклона более угла трения взаимодействующих поверхностей клинового соединения" обеспечивает работоспособность конструкции клинового соединения.

Признак "наклонные плоскости опорного клина в поперечном сечении выполнены криволинейными" обеспечивает изменение распорного усилия клинового соединения в зависимости от угла клина, который изменяется в соответствии с выполнением профиля криволинейной поверхности, что позволяет подчинить изменение распорного усилия и сопротивление козырька какой-либо закономерности, например повышать сопротивление козырька с уменьшением мощности, улучшая при этом состояние кровли очистного забоя.

Технический результат заявляемого решения заключается в повышении распорного усилия и сопротивления забойной части перекрытия механизированной крепи - козырька, при сохранении минимальных габаритов перекрытия по высоте, а значит и снижении минимальной высоты раздвижности крепи, уменьшении нижнего предела вынимаемой мощности механизированной крепи, улучшении состояния кровли в призабойной полосе очистного забоя, повышении технического уровня и ремонтопригодности перекрытия секции механизированной крепи.

На фиг. 1 показано перекрытие секции механизированной крепи, в котором гидроцилиндр управления козырьком установлен на козырьке, вид сбоку, вдоль забоя; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - вид по Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - вид снизу перекрытия секции, в котором гидроцилиндр управления размещен между опорными клиньями и связан упорами с козырьком; на фиг. 5 - вид по В-В на фиг. 4; на фиг. 6 - вид снизу перекрытия секции, в котором гидроцилиндры управления размещены по обе стороны кармана, а опорные клинья установлены навстречу упорам, выполненным на козырьке; на фиг. 7 - вид по Г-Г на фиг. 6.

Перекрытие секции механизированной крепи состоит из верхняка 1 с открытым снизу карманом 2, в котором размещен козырек 3, выполненный жестко связанным с забойной консолью 4 и шарнирно, с помощью пальцев 5, связанный с верхняком. В кармане 2 верхняка 1 параллельно его продольной оси установлены опорные клинья 6. Гидроцилиндр управления 7 козырьком 3 размещен по нормали к продольной оси верхняка, с возможностью взаимодействия гидроцилиндра управления с опорными клиньями 6.

Гидроцилиндр управления 7 козырьком 3 может быть установлен на козырьке с возможностью продольного перемещения, размещен между опорными клиньями 6, жестко закрепленными в верхняке, и выполнен с упорами 8 по противоположным сторонам (фиг. 1-3).

Гидроцилиндр управления 7 козырьком 3 может быть выполнен с упорами 8, связанными с ним шарнирно, с помощью вертикально расположенных осей 9. В этом случае упоры 8 выполнены с жестко связанными с ними тягами 10, другая сторона которых шарнирно, с помощью вертикально расположенных осей 11, связана с козырьком 3 (фиг. 4 и 5).

Гидроцилиндры управления 7 козырьком 3 могут быть размещены по обе стороны кармана 2, с возможностью взаимодействия одной стороной с верхняком 1. При этом опорные клинья 6 установлены в кармане 2 верхняка 1 с возможностью перемещения навстречу упорам 8, выполненным на козырьке 3 (фиг. 6 и 7).

Опорный клин может иметь одну или две наклонные грани, выполненные в виде наклонных плоскостей с учетом наклона более угла трения взаимодействующих поверхностей клинового соединения. При этом опорный клин может устанавливаться с возможностью его крепления, например с помощью болтов, и перестановки из одного положения в другое, обеспечивающих работу соседних граней.

Наклонные плоскости опорного клина в поперечном сечении могут быть выполнены криволинейными, что обеспечивает изменение распорного усилия клинового соединения в зависимости от угла наклона опорного клина, который изменяется в соответствии с профилем криволинейной поверхности, что позволяет подчинить изменение распорного усилия и сопротивления козырька какой-либо закономерности, например повышать сопротивление козырька с уменьшением вынимаемой мощности.

Перекрытие секции механизированной крепи работает следующим образом.

После передвижения секции механизированной крепи ее верхняк 1 гидростойками распирают в кровлю пласта и одновременно распирают гидроцилиндры управления 7. При этом гидроцилиндр управления 7, раздвигаясь, взаимодействует через упоры 8 с опорными клиньями 6, жестко установленными в кармане 2 верхняка 1 (фиг. 1-3). Под действием сил распора при раздвижке гидроцилиндра управления 7, последний опускается по наклонным плоскостям опорных клиньев 6, с возможностью одновременного свободного перемещения в месте установки на козырьке 3 для того, чтобы избежать возникновения изгибающих моментов в пальцах 5 и проушинах, связывающих козырек 3 с верхняком 1. Силовое перемещение гидроцилиндра управления 7 по наклонным плоскостям опорных клиньев 6 приводит к соответствующему опусканию вниз козырька 1, на котором установлен гидроцилиндр управления. Козырек 1 поворачивается вокруг шарниров с осью, совпадающей с осью пальцев 5, и распирает в кровлю пласта забойную консоль 4. Во время распора совместным усилием гидростоек секции механизированной крепи, передаваемых верхняку 1, и усилием распора гидроцилиндра управления 7, передаваемым на забойную консоль 4, создается мощный начальный распор перекрытия в кровлю пласта, обеспечивающий ее поддержание. В таком положении гидроцилиндр управления 7 запирается предохранительным клапаном. В дальнейшем, при нагружении секции крепи силами горного давления нагрузка передается на верхняк 1 и забойную консоль 4 и далее через шарнир, связывающий козырек 3 с верхняком на гидроцилиндр управления 7, который расперт между опорными клиньями 6. Эффект клиньев разгружает гидроцилиндр управления 7, поэтому давление в нем, даже при максимальном нагружении секции крепи, оказывается незначительным, что благоприятно отражается на состоянии призабойной полосы кровли.

В случае, если упоры 8 связаны с гидроцилиндром управления 7 шарнирно с помощью вертикально расположенных осей 9 и выполнены жестко связанными с тягами 10, которые, в свою очередь, с помощью вертикально расположенных осей 11 связаны с козырьком 3, то взаимодействие деталей перекрытия от взаимодействия последних в ранее описанном случае, будет отличаться следующим (фиг. 4 и 5). При раздвижке гидроцилиндра управления 7 он взаимодействует с опорными клиньями 6 через упоры 8, связанные с ними шарнирно, с помощью вертикально расположенных осей 9, а упоры, выполненные с жестко связанными с ними тягами 10, передают вертикальную составляющую усилия распора при движении гидроцилиндра управления вслед по наклонным плоскостям опорных клиньев 6 через тяги на козырек 3 с помощью вертикально расположенных осей 11. При этом связь гидроцилиндра управления 7 с козырьком 3 через вертикальные шарниры обеспечивает исключение появления изгибающих моментов при отклонении продольных осей козырька и верхняка 1, а их связь посредством тяг 11, дает возможность уменьшить высоту верхняка по сравнению с фиг. 2 и 3. В остальном работа перекрытия на фиг. 4 и 5 аналогична вышеописанной работе перекрытия по фиг. 2 и 3 за исключением того, что упоры 8 при раздвижке гидроцилиндром 7 вращаются относительно оси 11 посредством тяг 10.

В случае если гидроцилиндры управления 7 козырьком 3 размещены по обе стороны кармана 2, опорные клинья 6 установлены в кармане 2 верхняка 1 с возможностью перемещения навстречу упорам 8, выполненным на козырьке 3 (фиг. 6 и 7). Работа перекрытия в этом случае будет отличаться от работы, описанной на фиг. 1-3 следующим. При раздвижке гидроцилиндров 7, последние распираются между бортами верхняка 1 и опорными клиньями 6, а так как последние размещены с возможностью перемещения навстречу упорам 8, выполненным на козырьке 3, то при взаимодействии опорных клиньев с упорами на козырьке последний опускается вниз, козырек поворачивается вниз вокруг шарниров, совпадающих с осями пальцев 5, и распирается в кровлю пласта забойной консолью 4. В остальном работа перекрытия на фиг. 6 и 7 аналогична вышеописанной работе перекрытия на фиг. 1-3.

Опорный клин 6, являясь одной из основных деталей взаимодействующих между собой поверхностей клинового соединения, естественно подлежит наибольшему износу, поэтому наиболее рациональным, с точки зрения износа, будет возможность его перестановки из одного положения, поочередно, после износа первой наклонной плоскости, в другое положение, когда упор 8 будет взаимодействовать с другой наклонной плоскостью.

Для этого клин выполняют с возможностью установки, например, с помощью болтов, и после износа одной плоскости его можно переставить для работы другой плоскостью, возможно с установкой клиновой прокладки между плоскостью установки и основанием клина для сохранения, или наоборот, изменения угла наклона рабочей грани.

Придание рабочей плоскости наклонной рабочей грани криволинейной в поперечном сечении поверхности, позволяет изменять распорное усилие клинового соединения в зависимости от профиля этой криволинейной поверхности. Это позволяет подчинить сопротивление забойной консоли козырька какой-либо закономерности, рациональной с точки зрения взаимодействия с кровлей, например повышать сопротивление козырька с уменьшением вынимаемой мощности. Для замены опорного клина 6 плоского опорного профиля на другой, криволинейный, достаточно, как отмечалось выше, выполнить его крепление с возможностью замены одного опорного клина на другой, например с помощью болтового соединения.

Формула изобретения

1. Перекрытие секции механизированной крепи, включающее верхняк с опорными клиньями, козырек, шарнирно связанный с верхняком, и гидроцилиндр управления козырьком, отличающееся тем, что верхняк имеет открытый снизу карман, в котором размещены козырек, выполненный с забойной консолью, и опорные клинья, установленные параллельно продольной оси верхняка, при этом гидроцилиндр управления козырьком размещен по нормали к продольной оси верхняка с возможностью взаимодействия гидроцилиндра с опорными клиньями.

2. Перекрытие секции по п.1, отличающееся тем, что гидроцилиндр управления козырьком с возможностью продольного перемещения установлен на козырьке, размещен между опорными клиньями, жестко закрепленными в верхняке, и выполнен с упорами по противоположным сторонам.

3. Перекрытие секции по п.1, отличающееся тем, что гидроцилиндр управления козырьком по противоположным сторонам снабжен шарнирно закрепленными упорами, выполненными с тягами, размещен между опорными клиньями, жестко установленными в верхняке, при этом упоры тягами шарнирно связаны с козырьком.

4. Перекрытие секции по п.1, отличающееся тем, что гидроцилиндры управления козырьком размещены по обе стороны кармана с возможностью взаимодействия одной стороной с верхняком, а опорные клинья установлены с возможностью перемещения навстречу упорам, выполненным на козырьке.

5. Перекрытие секции по п.1, или 2, или 3, или 4, отличающееся тем, что опорный клин имеет одну или две рабочие грани, выполненные в виде наклонных плоскостей с углом наклона более угла трения взаимодействующих поверхностей клинового соединения.

6. Перекрытие секции по п.1, или 2, или 3, или 4, отличающееся тем, что наклонные плоскости опорного клина в поперечном сечении выполнены криволинейными.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7