Секция крепи очистного забоя мощного крутонаклонного угольного пласта

Изобретение относится к горному делу и может использоваться при добыче угля и других полезных ископаемых из крутонаклонных пластов выше средней мощности. Оно направлено на повышение эффективности крепления забоя за счет повышения ремонтопригодности и сокращения длины опорных балок вне массива полезного ископаемого. Секция крепи содержит перекрытие с выдвижным козырьком, основание и две опорные балки (верхнюю и нижнюю) с буровыми снарядами, установленные параллельно друг другу и связанные с гидравлическими стойками, установленными по нормали к ним и напластованию, верхний и нижний элементы ограждения и гидравлические домкраты передвижки. Элементы ограждения связаны между собой с возможностью угловых перемещений поперечной балкой и установлены друг к другу под острым углом, во внутреннем пространстве которого установлены гидравлические стойки. Их штоки шарнирно связаны с верхним элементом ограждения, а цилиндры - с нижним. Каждая опорная балка установлена ниже соответствующей гидравлической стойки по линии падения пласта, связана с ней по касательной: по оси балки с возможностью свободных перемещений, по линии падения - жестко, а по нормали к напластованию - с возможностью ограниченных относительных перемещений. Завальный конец опорной балки посредством тяги шарнирно связан с поперечной балкой. Домкрат передвижки одним концом шарнирно связан с наружной боковой поверхностью нижней опорной балки, а другим - с поперечной балкой соседней секции крепи, установленной ниже по падению пласта. 2 ил.

 

Изобретение относится к горному делу, в частности к крепям для очистных забоев мощных крутонаклонных угольных пластов при отработке последних по системе разработки длинными столбами по простиранию.

Известна крепь для очистных забоев крутых и крутонаклонных угольных пластов, содержащая основание и перекрытие, установленные параллельно друг другу и связанные гидравлическими стойками. Стойки ориентированы по нормали к основанию и перекрытию [1]. Серьезным недостатком такой крепи является слабость фиксации секции на заданном уровне, вследствие чего за каждый шаг передвижки она сползает по линии падения пласта.

За прототип принята крепь очистного забоя мощного крутого угольного пласта, содержащая: основание, перекрытие с козырьком и опорные балки с буровыми снарядами, установленные параллельно друг другу и связанные с гидравлическими стойками, установленными по нормали к ним и напластованию, верхний и нижний элементы ограждения и домкраты передвижки [2]. Секция крепи связана с массивом полезного ископаемого посредством опорных балок, вставленных в скважины, пробуренные в массиве в направлении последующей передвижки.

Недостатками прототипа являются:

- увеличенная длина опорной балки вне массива полезного ископаемого из-за необходимости иметь величину хода поршня домкрата передвижки, в два раза превышающую величину захвата исполнительного органа выемочной машины, что значительно снижает прочностные свойства самой опорной балки, а следовательно, и надежность конструкции крепи;

- при передвижке секции крепи точкой приложения усилий передвижки является примерно средняя часть гидравлических стоек соседних секций. Это накладывает отрицательный отпечаток как на работу гидростойки (усилие передвижки вызывает изгиб стойки), так и на работу этих секций крепи – усилие передвижки ослабляет прижатие перекрытий соседних секций к кровле пласта;

- повышенная сложность проведения ремонтных и профилактических работ, связанных с буровым исполнительным органом из-за жесткости связи опорной балки со стойкой крепи и невозможности вывода опорной балки из скважины.

Эти недостатки резко ограничивают область эффективного применения данной крепи по мощности и углу падения пласта, а следовательно, и эффективность крепления очистных забоев мощных крутонаклонных угольных пластов.

Цель предлагаемого изобретения - повышение эффективности крепления очистного забоя мощного крутонаклонного угольного пласта за счет повышения ремонтопригодности секции крепи и сокращения длины опорных балок вне массива полезного ископаемого.

Поставленная цель достигается тем, что в секции крепи очистного забоя мощного крутонаклонного угольного пласта, содержащей перекрытие с выдвижным козырьком, основание и две опорные балки (верхнюю и нижнюю) с буровыми снарядами, установленные параллельно друг другу и связанные с гидравлическими стойками, установленными по нормали к ним и напластованию, верхний и нижний элементы ограждения и гидравлические домкраты передвижки, элементы ограждения связаны между собой с возможностью угловых перемещений поперечной балкой и установлены под острым углом друг к другу, во внутреннем пространстве которого установлены гидравлические стойки, штоки которых шарнирно связаны с верхним элементом ограждения, а цилиндры - с нижним, каждая опорная балка установлена ниже соответствующей гидравлической стойки по линии падения пласта, связана с ней по касательной, причем по оси балки с возможностью свободных перемещений, по линии падения - жестко, а по нормали к напластованию - с возможностью ограниченных относительных перемещений, домкрат передвижки одним концом шарнирно связан с наружной поверхностью нижней опорной балки, а другим - с поперечной балкой соседней секции крепи, установленной ниже по падению пласта.

Предлагаемое изобретение поясняется схемами. На фиг.1 показана секция крепи в очистном забое (вид сбоку), на фиг.2 - то же (вид в плане).

Секция крепи очистного забоя мощного крутонаклонного угольного пласта содержит основание 1, две гидравлические стойки 2, перекрытие 3, две опорные балки 4, ограждение 5, гидравлический домкрат передвижки 6 и кран управления гидравлической системой крепи.

Перекрытие 3 имеет коробчатое сечение и в его внутренней полости установлен с возможностью телескопического перемещения козырек 7.

Ограждение 5 выполнено из двух элементов - верхнего и нижнего. Верхний элемент ограждения с возможностью угловых перемещений вокруг оси 8 связан с перекрытием 3, нижний элемент посредством оси 9 аналогичным образом связан с основанием 1. Между собой верхний и нижний элементы ограждения связаны поперечной балкой 10 с возможностью угловых перемещений вокруг нее и образуют острый угол, во внутреннем пространстве которого установлены гидравлические стойки 2, ориентированные по нормали к основанию 1 и перекрытию 3.

Опорные балки 4, ориентированные параллельно друг другу, основанию и перекрытию, установлены на уровне примерно средней линии высоты крепи и жестко связаны между собой стяжкой 11. При установке в очистном забое крутонаклонного пласта одна из балок является верхней, а другая - нижней (определяется по линии падения пласта). Завальный конец каждой опорной балки шарнирно связан с тягой 12, посредством которой он также шарнирно связан с поперечной балкой 10. Посредством хомута 13 завальный конец каждой опорной балки 4 по касательной связан с соответствующей гидравлической стойкой 2 с возможностью свободных перемещений в направлении оси балки, ограниченных перемещений по оси стойки и жестко - в направлении линии падения пласта. При этом стойка располагается выше опорной балки по линии восстания.

Нижняя опорная балка снабжена кронштейном 14, приваренным к ее наружной боковой поверхности на расстоянии, равном двукратному шагу передвижки секции от завального конца. На расстоянии не менее шага передвижки секции крепи, но не более двух, от кронштейна в сторону забоя к той же поверхности опорной балки приварен палец 15. На таком же расстоянии от завального края приварен такой же палец к внутренней поверхности верхней опорной балки. К кронштейну 14 шарнирно крепится один конец домкрата передвижки 6, другой конец которого крепится так же шарнирно к поперечной балке 10 соседней секции крепи, установленной ниже по линии падения пласта.

Секции крепи устанавливают по всей длине очистного забоя, наклоненного в сторону последующего подвигания на угол 75...80 градусов, вплотную друг к другу. Соседние секции крепи связывают домкратами передвижки. В исходном состоянии стойки крепи расперты, опорные балки вставлены в неглубокие скважины, пробуренные в угольном массиве в сторону предполагаемой отработки выемочного столба, козырек каждой секции крепи спрятан во внутреннем пространстве перекрытия, штоки домкратов передвижки выдвинуты наполовину.

Секции крепи работают следующим образом. Во время выемки верхней полосы угля очистной комбайн движется по комбайновой дорожке на уровне чуть выше опорных балок 4 секций крепи. При этом машинист комбайна управляет исполнительными органами комбайна, регулируя высоту их установки над уровнем слоя, а машинист крепи, располагающийся на специальной площадке сбоку от корпуса комбайна, управляет козырьками секций крепи. Сразу после отбойки угля в зоне поддержания кровли текущей секции крепи машинист крепи посредством крана управления выдвигает козырек 7 данной секции крепи в сторону очистного забоя, подхватывая тем самым обнаженную кровлю. Отбитый уголь под действием силы тяжести самотеком устремляется вниз.

После выхода комбайна на вентиляционный штрек козырьки всех секций будут выдвинуты. Начинают выемку полосы угля в нижнем слое, т.е. в слое ниже опорных балок 4. При этом машинист комбайна управляет исполнительными органами комбайна по высоте, не допуская опасного приближения одного из них к опорным балкам, а машинист крепи управляет секцией крепи, в зоне которой ведется выемка угля. Для этого машинист крепи подключает специальный кабель от комбайна к электрическому разъему на секции крепи и включает в работу буровые исполнительные органы, размещенные в опорных балках, и подачу буровых инструментов на забой. После окончания бурения скважин на глубину, равную величине захвата исполнительного органа комбайна, машинист крепи выключает приводы буровых инструментов и отсоединяет кабель электропитания от секции крепи. Затем, управляя краном управления гидросистемы, обеспечивает обратный ход козырька текущей секции крепи во внутреннее пространство перекрытия 3. После этого снимает распор гидравлических стоек 2 и включает в работу гидравлические домкраты передвижки данной секции крепи. Опорные балки 4 секции крепи вдвигаются в пробуренные скважины. При этом усилие передвижки от нижнего (по линии падения пласта) домкрата передвижки передается нижней опорной балке, от нее через тягу 12 - поперечной балке 10 и далее ограждению, основанию и перекрытию. От верхнего домкрата передвижки усилие передается поперечной балке 10, далее через тягу 12 - верхней опорной балке, а через ограждение - основанию и перекрытию. По окончании передвижки секцию крепи опять распирают, а работы переносят на следующую секцию крепи.

При возникновении необходимости проведения ремонтных или профилактических работ на буровом снаряде, например по замене зубков исполнительного бурового органа, выполняют следующие операции. Вынимают полосу угля в верхнем слое, как это описано выше. Затем тяги 12 и хомуты 13 данной секции крепи отсоединяют от опорных балок. Удерживая секцию крепи в распертом состоянии, домкратом передвижки нижней опорной балки выдвигают опорные балки из скважин. При этом усилие от домкрата передвижки передается нижней опорной балке, стяжке 11 и верхней опорной балке. После выбора хода штока домкрата передвижки стяжку 11 демонтируют, домкрат 6 отсоединяют от кронштейна 14 и присоединяют к пальцу 15 и продолжают выводить нижнюю опорную балку из скважины. При обслуживании верхней опорной балки также используют домкрат передвижки, но теперь его переносят с нижней на верхнюю опорную балку и поступают аналогично. Когда исполнительный орган бурового снаряда выйдет из массива и окажется в зоне, смежной с рабочим пространством верхнего слоя, выдачу бурового инструмента останавливают, зачищают пространство вокруг бурового инструмента и производят замену зубков. Именно в этот момент можно так же удалить данную опорную балку и заменить ее новой.

Таким образом, за счет связи опорной балки и стойки крепи по касательной и соединения элементов ограждения под острым углом друг к другу появляется возможность вывода опорной балки из скважины для проведения ремонтно-профилактических работ на буровом органе; за счет связи опорной балки домкратом передвижки с поперечной балкой соседней секции крепи появляется возможность уменьшить длину опорной балки вне массива полезного ископаемого, а это резко повышает прочность балки и надежность секции крепи; за счет подвижного соединения опорной балки со стойкой исключена передача усилия передвижки стойке крепи в ее средней части, а это резко снижает вероятность изгиба стойки и потери ею герметичности. Все это способствует повышению эффективности крепления очистного забоя мощного крутонаклонного пласта. Более того, появляется возможность эффективной добычи угля из мощных крутонаклонных пластов на всю мощность по системе разработки “Длинные столбы по простиранию”.

Источники информации

1. Жигалов М.Л. Технология, механизация и организация подземных горных работ: Учеб. для вузов / М.Л.Жигалов, С.А.Ярунин. - М.: Недра, 1990, с.284, рис.3.14.

2. Патент РФ № 2212541, 7 E 21 D 23/00 (прототип).

Секция крепи очистного забоя мощного крутонаклонного угольного пласта, содержащая перекрытие с выдвижным козырьком, основание и две опорные балки (верхнюю и нижнюю) с буровыми снарядами, установленные параллельно друг другу и связанные с гидравлическими стойками, установленными по нормали к ним и напластованию, верхний и нижний элементы ограждения и гидравлические домкраты передвижки, отличающаяся тем, что элементы ограждения связаны между собой с возможностью угловых перемещений поперечной балкой и установлены под острым углом друг к другу, во внутреннем пространстве которого установлены гидравлические стойки, штоки которых шарнирно связаны с верхним элементом ограждения, а цилиндры - с нижним, каждая опорная балка установлена ниже соответствующей гидравлической стойки по линии падения пласта, связана с ней по касательной: по оси балки с возможностью свободных перемещений, по линии падения - жестко, а по нормали к напластованию - с возможностью ограниченных относительных перемещений, завальный конец опорной балки посредством тяги шарнирно связан с поперечной балкой, домкрат передвижки одним концом шарнирно связан с наружной боковой поверхностью нижней опорной балки, а другим - с поперечной балкой соседней секции крепи, установленной ниже по падению пласта.