Механизированная крепь для крутых пластов
Изобретение относится к горной промышленности, в частности к области механизированного крепления очистных выработок при выемке угля из тонких и средней мощности крутых пластов. Техническим результатом является повышение устойчивости и улучшение передвижки крепи, предохранение капсулы от воздействия горного давления. Механизированная крепь для крутых тонких и средней мощности пластов состоит из однотипных взаимозаменяющихся линейных секций. Каждая из линейных секций имеет верхняк, башмак, капсулу аппаратного отсека, завальное и призабойное ограждения, а также элементы распора, передвижки и коррекции. В качестве элемента распора и раздвижности используется раздвижная рама со специальным горизонтально расположенным гидродомкратом для ее раздвижки и распора, которые вместе с верхняком опираются на силовой каркас и далее на башмак. Причем внутри силового каркаса расположена капсула аппаратного отсека с возможностью ее извлечения при диагностике и ремонте аппаратуры. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к угольной промышленности, в частности к области механизированного крепления очистных выработок при выемке угля из тонких и средней мощности крутых пластов. Тонкие пласты отличаются высокой геологической нарушенностью выемочных полей и большой изменчивостью гипсометрии, при этом нагрузки на крепь невелики.
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]. Это 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 (купола 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. Из-за малых габаритов крепи тонких пластов войти в аппаратный отсек невозможно, поэтому капсула аппаратного отсека должна иметь возможность извлекаться при диагностике и ремонте аппаратуры.
Крытые пласты, особенно тонкие, отличаются большой изменчивостью гипсометрии пласта - при малых габаритах крепь должна обладать большой раздвижностью. Для реализации такой задачи верхняк крепится на раздвижной раме со специальным гидродомкратом, обеспечивающим необходимую раздвижность и реакцию крепи.
Предлагаемая крепь для крутых тонких пластов и средней мощности, 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, отличается тем, что в качестве элемента распора и раздвижности используется раздвижная рама со специальным горизонтально расположенным гидродомкратом для ее раздвижки и распора, которые вместе с верхняком опираются на силовой каркас и далее на башмак, причем внутри силового каркаса расположена капсула аппаратного отсека с возможностью ее извлечения при диагностике и ремонте аппаратуры.
Конструкция раздвижной рамы состоит из четырех пантографов, крестообразно насаженных по центру на скользящую ось, причем каждый из пантографов одним концом шарнирно прикреплен к опорной плите или верхняку, а свободным концом опирается на каток с возможностью перемещения при распоре и разгрузки крепи.
В качестве элементов передвижки и коррекции силовой каркас со стороны забоя и завала имеет раздвижные кронштейны с гидродомкратами передвижки внутри них, которые кинематически связаны с раздвижной траверсой, соединяющей стойки распора призабойного ограждения, и с раздвижной траверсой, соединяющей стойки распора завального ограждения, причем внутри траверс располагаются домкраты коррекции крепи.
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, соединенных между собой раздвижной рамой, 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 крепится раздвижной кронштейн 13 с домкратом передвижки 16, расположенным внутри него. Поворот кронштейна 13 вверх-вниз осуществляется домкратом 28. Кронштейн 13 телескопически связан с раздвижной траверсой 15, внутри которой находится домкрат коррекции двустороннего действия 20. Траверса связывает тягами 18, 19 между собой гидростойки распора 14, 17, на которых крепится призабойное ограждение 22.
Сзади к силовому каркасу 4 шарнирно крепится раздвижной кронштейн 9 с домкратом передвижки 10, расположенным внутри него. Кронштейн телескопически связан с раздвижной траверсой 6, внутри которой находится домкрат коррекции двустороннего действия 8. Траверса связывает между собой мощные гидростойки 7, 12 завального ограждения 21. Поворот кронштейна вверх-вниз осуществляется домкратом 11, установленным на башмаке линейной секции 5.
Раздвижная рама восполняет большую изменчивость гипсометрии тонких пластов, а домкрат 26 создает необходимую реакцию крепи. Раздвижная рама состоит из четырех пантографов 23, крестообразно насаженных по центру на скользящую ось 24, причем каждый из пантографов одним концом шарнирно прикреплен к опорной плите или верхняку 25, а свободным концом опирается на каток 27 с возможностью перемещения при распоре и разгрузки крепи.
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 приподнимается домкратом 28 и подается на забой домкратом передвижки 16, при этом кронштейн 13 раздвигается. Затем гидростойки 14, 17 распираются, а линейная секция крепи разгружается, при этом рама «складывается» посредством домкрата 26, секция приподнимается от почвы пласта и «переносится», подтягивается домкратом передвижки 16 к призабойному ограждению 22. Передвижке линейной секции помогает и домкрат 10 со стороны завального ограждения, который при этом раздвигается.
После распора линейной секции разгружаются гидростойки завального ограждения 7, 12. При этом кронштейн 9 поворачивается домкратом 11 и приподнимает траверсу 6 вместе с мощными домкратами и их башмаками, а домкрат передвижки 10 подтягивает указанные выше элементы и завальное ограждение 21 к линейной секции. Затем мощные домкраты 7, 12 распираются. 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 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 путем раздвижки траверс 6, 15 домкратами коррекции 8, 20 они подаются вверх по восстанию. После распора гидростоек 14, 7 разгружается и подтягивается линейная секция теми же домкратами коррекции 8, 20. После распора линейной секции путем сближения пантографов 25 гидродомкратом 26 разгружаются гидростойки 17 и 12, которые путем сокращения траверс 15, 6 подтягиваются домкратами коррекции 8, 20 к линейной секции.
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 послужит 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 2324820 C1, E21D 23/00, Бюл. №14.
1. Механизированная крепь для крутых тонких пластов и средней мощности, 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 используется раздвижная рама со специальным горизонтально расположенным гидродомкратом для ее раздвижки и распора, которые вместе с верхняком опираются на 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 раздвижная рама состоит из четырех пантографов, крестообразно насаженных по центру на скользящую ось, причем каждый из пантографов одним концом шарнирно прикреплен к опорной плите или верхняку, а свободным концом опирается на каток с возможностью перемещения при распоре и разгрузки крепи.
3. Механизированная крепь по п.1, отличающаяся тем, что в качестве элементов передвижки и коррекции силовой каркас со стороны забоя и завала имеет раздвижные кронштейны с гидродомкратами передвижки внутри них, которые кинематически связаны с раздвижной траверсой, соединяющей стойки распора призабойного ограждения, и с раздвижной траверсой, соединяющей стойки распора завального ограждения, причем внутри траверс располагаются домкраты коррекции крепи.
