Способ проходки и погашения горных выработок и устройство для его реализации

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при проходке и погашении горных выработок. Оно направлено на обеспечение возможности передвижения щита как вперед, так и назад для погашения выработки после ее проходки без просадки земной поверхности. Способ включает разработку породы, ее транспортирование, возведение крепи и передвижение щита к забою. Для погашения выработки щит передвигают в обратном направлении к устью выработки с одновременной подачей забутовочного материала. В щите со стороны забоя устанавливают опорный элемент, удаляют часть крепи, образовавшееся пространство перед опорным элементом заполняют забутовочным материалом. Затем одновременно передают усилие на щит для его передвижения к устью выработки и на опорный элемент для его перемещения вдоль выработки в сторону забоя и подпрессовки забутовочного материала. Устройство представляет проходческий щит с корпусом из трех частей. Передняя часть выполнена в виде ножевой оболочки, в средней по ее периметру размещены гидродомкраты перемещения щита, а хвостовая часть корпуса выполнена в виде оболочки для возведения крепи. Щит имеет опорный элемент, установленный с возможностью перемещения относительно продольной оси корпуса и выполненный с возможностью перекрытия всего сечения ножевой оболочки корпуса. Гидродомкраты перемещения опорного элемента установлены в средней части корпуса с возможностью одновременного отталкивания его от щита. Ножевая оболочка выполнена из внутреннего конического и наружного цилиндрического ножевых колец. Гидродомкраты перемещения щита установлены с возможностью соединения с неподвижно закрепленными на устье горной выработки стержнями с возможностью подтягивания его в сторону крепи. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для погашения горных выработок.

Известен способ (1) проходки горных выработок, в котором производят разработку породы (грунта) в забое перед ножевым кольцом проходческого щита, погрузку породы и ее транспортирование, возведение обделки (крепи) из колец, перемещение щита вперед на забой за счет подключения щитовых гидравлических домкратов, цилиндры которых жестко закреплены в средней (опорной) части щита, а штоки специальными башмаками упираются в торец неподвижного кольца возведенной обделки (крепи). После перемещения щита на ширину кольца крепи штоки щитовых гидравлических домкратов убирают в исходное положение и возводят новое кольцо крепи, затем цикл повторяют.

Данный способ является наиболее близким аналогом данному изобретению по технической сути и достигаемому результату.

Недостатком этого способа является то, что он не может быть использован для погашения горных выработок.

В основу изобретения положена задача разработать способ проходки горных выработок, основой которого является передвижение проходческого щита в обратном направлении от забоя к устью горной выработки с одновременной подачей забутовочного материала в пространство между проходческим щитом и забоем, что необходимо для погашения горной выработки и предотвращения обрушения породы и просадки земной поверхности.

Задача решается тем, что предлагается способ проходки горных выработок, включающий разработку породы в забое, погрузку и транспортирование ее, возведение крепи и передвижение щита вперед к забою горной выработки, в котором, согласно изобретению, проходческий щит передвигают в обратном направлении от забоя к устью горной выработки с одновременной подачей забутовочного материала, при этом в щите со стороны забоя устанавливают опорный элемент, удаляют часть крепи, образовавшееся пространство перед опорным элементом заполняют забутовочным материалом, затем одновременно передают усилие на проходческий щит для его передвижения в сторону устья горной выработки и на опорный элемент, для его перемещения вдоль выработки в сторону забоя для подпрессовки забутовочного материала.

Операция по передвижению проходческого щита в обратном направлении от забоя к устью горной выработки с одновременной подачей забутовочного материала и его прессованием необходима для предотвращения просадки земной поверхности при погашении горной выработки, что является обязательным условием при проведении подземных работ. В то же время, необходимым условием погашения является одновременная передача усилия на опорный элемент для его движения в сторону забоя для подпрессовки забутовочного материала и на соединенные с неподвижно установленными продольными стержнями гидравлические домкраты перемещения проходческого щита для его движения в обратном направлении в сторону устья выработки.

Известно устройство (2) для проходки горных выработок, представляющее собой проходческий щит, включающий металлическую оболочку (корпус), как правило, цилиндрической формы, состоящую из трех основных частей. Передняя часть выполнена с цилиндрической режущей кромкой (ножевая оболочка или выступающий козырек) в верхней части забоя. Средняя часть оболочки (корпуса) является опорной. В ней по периметру размещены гидравлические домкраты перемещения проходческого щита. Хвостовая часть щита представляет собой цилиндрическую оболочку, внутри которой возводят очередное кольцо крепи.

Данное устройство является наиболее близким аналогом устройству по данному изобретению по технической сути и достигаемому результату.

Недостатком данного проходческого щита является то, что в его конструктивном исполнении не предусмотрена возможность передвижения обратным ходом, что необходимо для погашения горной выработки.

В основу изобретения положена задача разработать проходческий щит с такими элементами конструкции и их связями, которые обеспечили бы погашение горной выработки и предотвращение просадки земной поверхности за счет введения опорного элемента с гидравлическими домкратами его перемещения, а также установки данных гидравлических домкратов таким образом, чтобы при передаче им усилия одновременно происходило отталкивание от щита опорного элемента и подтягивание в сторону крепи самого щита.

Задача решается тем, что предлагается проходческий щит, включающий корпус, состоящий из трех частей, передняя из которых выполнена в виде ножевой оболочки, в средней части по ее периметру размещены гидравлические домкраты перемещения проходческого щита, а хвостовая часть корпуса выполнена в виде оболочки для возведения крепи, который, согласно изобретению, снабжен установленным с возможностью перемещения относительно продольной оси корпуса опорным элементом, выполненным с возможностью перекрытия всего сечения ножевой оболочки корпуса, и гидравлическими домкратами перемещения опорного элемента, установленными в средней части корпуса, при этом ножевая оболочка выполнена из внутреннего конического и наружного цилиндрического ножевых колец, гидравлические домкраты перемещения проходческого щита установлены с возможностью соединения с неподвижно закрепленными на устье горной выработки стержнями с возможностью подтягивания проходческого щита в сторону крепи, а гидравлические домкраты перемещения опорного элемента установлены с возможностью одновременного отталкивания его от щита.

Отличительные признаки, касающиеся введения и установления опорного элемента с гидравлическими домкратами, его перемещения, а также установления гидравлических домкратов с возможностью одновременного подтягивания и отталкивания, обеспечивают проходческому щиту передвижение в обратном направлении от забоя к устью горной выработки с одновременным прессованием забутовочного материала, что, в свою очередь, обеспечивает погашение горной выработки.

На фиг.1 и 2 схематично изображен принцип реализации изобретения. На фиг.1 представлен продольный вид щита при его движении вперед. На фиг.2 представлен продольный вид щита при его движении назад.

Устройство представляет собой проходческий щит, корпус которого состоит из трех частей, передняя из которых выполнена в виде ножевой оболочки, состоящей из двух ножевых колец 1 и 2, из которых кольцо 1 является наружным и выполнено цилиндрическим, а второе внутреннее кольцо 2 выполнено коническим. В средней части корпуса, которая может быть выполнена в виде опорного кольца 3, по периметру размещены гидравлические домкраты 4 перемещения проходческого щита и гидравлические домкраты 5 перемещения опорного элемента 6 (диафрагмы), которым подпрессовывают забутовочный материал в забое горной выработки.

Гидравлические домкраты 5 опорного элемента 6 соединены с опорным кольцом 3 щита и позволяют элементу 6 перемещаться относительно корпуса щита вдоль его оси. Кроме того, гидравлические домкраты 5 дополнительно способствуют перемещению проходческого щита в обратном направлении от забоя к устью горной выработки.

Ножевые кольца 1 и 2 могут быть разборными и состоять из соединенных сегментов. Хвостовая часть корпуса выполнена в виде оболочки 7, состоящей из сегментов, под защитой которой монтируют и демонтируют крепь 8. Крепь собирают из блоков в кольцо специальными крепежными элементами (болтами, шпильками), которыми эти же кольца одновременно соединяют в осевом направлении.

Для обратного движения проходческого щита крепежные элементы уложенных колец соединяют между собой, образуя тем самым вдоль всей выработки внутри блоков единые металлические продольные стержни 9, проходящие через специальные технологические отверстия, выполненные в крепи 8. Продольные стержни 9 неподвижно закреплены на устье горной выработки. При этом штоки его гидравлических домкратов через башмаки 10 крепят к неподвижно закрепленным разборным продольным стержням 9.

Во время проходки горной выработки и движения проходческого щита в прямом направлении для перемещения породы используют, например, тележку, конвейер или другие механизмы (на чертеже не показано). Гидравлические домкраты входят в гидросистему (на чертежах не показана) управления передвижением проходческого щита, которая включает также насосную станцию, аппаратуру, шланги и т.п.

Изобретение реализуют следующим образом.

Проходческий цикл начинают с разработки забоя и погрузки грунта в бадью, перемещаемую на тележке. Вперед щит перемещают гидравлическими домкратами, цилиндры которых жестко закреплены в опорном кольце 3, а штоки - специальными башмаками упираются и отталкиваются от ранее уложенной крепи. Откатку породы производят маневровой лебедкой в специальной бадье на тележке. Блоки крепи на этой же тележке подаются к проходческому щиту. После перемещения проходческого щита вперед на ширину кольца крепи производят ее монтаж. Затем цикл проходки повторяют.

При выполнении операций по погашению горной выработки, для движения проходческого щита в обратном направлении, производят перемонтаж гидравлических домкратов и монтаж опорного элемента 6. Для этого демонтируют внутреннее ножевое кольцо 2 и под защитой наружного ножевого кольца 1 устанавливают опорный элемент 6, которым перекрывают все сечение кольца 1. Ножевая оболочка выполнена из двух колец, внутреннее из которых коническое, т.к. для продвижения щита вперед необходимо преодолеть значительное сопротивление породы. В известных конструкциях проходческих щитов для преодоления значительного сопротивления породы обычно ножевое кольцо выполняют с наружной цилиндрической режущей кромкой, с выступающим козырьком или целиком конической формы. Для заявленного изобретения данная конструкция неприемлема, т.к. для движения щита назад козырек (коническая форма ножевой оболочки) будет мешать, поэтому при обратном ходе проходческого щита ножевое кольцо конической формы демонтируют.

Разбирают очередное кольцо крепи 8, находящееся под защитой оболочки 7 щита, выдвигают гидравлические домкраты 4 перемещения щита, башмаки 10 которых крепят к неподвижно закрепленным на устье выработки продольным стержням 9, за счет чего осуществляют подтягивание проходческого щита к крепи в сторону устья горной выработки.

Дополнительными гидравлическими домкратами 5 перемещают опорный элемент 6 от забоя внутрь щита и в образовавшееся пространство одновременно подают забутовочный материал, например, конвейером или с помощью насоса в зависимости от вида забутовочного материала. Затем включают дополнительные гидравлические домкраты 5 на прямой ход, и опорный элемент 6 перемещается вдоль оси выработки в сторону забоя, производя, таким образом, уплотнение забутовочного материала по всей площади забоя и одновременное отталкивание опорного элемента 6 от проходческого щита.

Одновременно с включением гидравлических домкратов 5 перемещения опорного элемента 6 на прямой ход включают гидравлические домкраты 4 перемещения щита на обратный ход, нагрузка от них передается по неподвижно закрепленным продольным стержням 9 на устье выработки (на чертеже не показано), исключая тем самым нагрузку на кольцевую крепь, и щит перемещается вдоль оси выработки в направлении крепи в сторону устья горной выработки. Таким образом, при погашении горной выработки происходит подтягивание проходческого щита в сторону крепи к устью горной выработки и одновременное отталкивание опорного элемента 6 от щита, что дополнительно способствует перемещению щита обратным ходом.

После осуществления полного хода гидравлических домкратов 4 перемещения щита отсоединяют башмаки 10 от неподвижно закрепленных продольных стержней 9, снова разбирают очередное кольцо крепи 8, возвращают в исходное положение опорный элемент 6, перед которым заполняют вновь образовавшееся пространство забутовочным материалом, например пенобетоном, породой, смесью и т.п., вновь подпрессовывают опорный элемент 6 и производят передвижку щита в прежней последовательности.

Предлагаемое изобретение, за счет обеспечения проходческому щиту возможности передвигаться не только вперед, но и назад, позволяет осуществить погашение горной выработки после ее проходки без просадки земной поверхности. Одновременно предлагаемое изобретение позволяет извлечь проходческий щит данной конструкции из горной выработки для его повторного использования.

Источники информации

1. Шахтное и подземное строительство. Москва, Издательство Академии горных наук, 2001. Т. II. С. 58.

2. Шахтное и подземное строительство. Москва, Издательство Академии горных наук, 2001. Т. II. С. 35-39.

Формула изобретения

1. Способ проходки и погашения горных выработок с использованием проходческого щита, характеризующийся тем, что он включает разработку породы в забое, погрузку и транспортирование ее, возведение крепи, передвижение проходческого щита вперед к забою горной выработки, причем для погашения горной выработки проходческий щит передвигают в обратном направлении от забоя к устью горной выработки с одновременной подачей забутовочного материала, при этом в проходческом щите со стороны забоя устанавливают опорный элемент, удаляют часть крепи, образовавшееся пространство перед опорным элементом заполняют забутовочным материалом, затем одновременно передают усилие на проходческий щит для его передвижения в сторону устья горной выработки и на опорный элемент для его перемещения вдоль выработки в сторону забоя для подпрессовки забутовочного материала.

2. Устройство для проходки и погашения горных выработок, представляющее собой проходческий щит, характеризующееся тем, что оно включает корпус, состоящий из трех частей, передняя из которых выполнена в виде ножевой оболочки, в средней части по ее периметру размещены гидравлические домкраты перемещения проходческого щита, а хвостовая часть корпуса выполнена в виде оболочки для возведения крепи, причем проходческий щит снабжен установленным с возможностью перемещения относительно продольной оси корпуса опорным элементом, выполненным с возможностью перекрытия всего сечения ножевой оболочки корпуса, и гидравлическими домкратами перемещения опорного элемента, установленными в средней части корпуса, при этом ножевая оболочка выполнена из внутреннего конического и наружного цилиндрического ножевых колец, гидравлические домкраты перемещения проходческого щита установлены с возможностью соединения с неподвижно закрепленными на устье горной выработки стержнями с возможностью подтягивания его в сторону крепи, а гидравлические домкраты перемещения опорного элемента установлены с возможностью одновременного отталкивания его от щита.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2