Механизированная крепь для наклонных пластов



Механизированная крепь для наклонных пластов
Механизированная крепь для наклонных пластов

 


Владельцы патента RU 2539067:

Перфилов Александр Александрович (RU)

Изобретение относится к угольной промышленности, в частности к области механизированного крепления очистных выработок при выемке угля из мощных наклонных пластов. Предложена механизированная крепь для наклонных мощных пластов, содержащая секции, каждая из которых включает верхняк, башмак, пневмостойку и завальное ограждение, а также капсулу аппаратного отсека и механизм передвижки. При этом пневмостойка расположена на опорной податливой арке, состоящей из шарнирно соединенных секторов, подпружиненных пластинчатыми пружинами, и мягко опирающейся на башмак через пневматические амортизаторы. Кроме того, механизм передвижки состоит из двух манипуляторов, опирающихся на почву пласта и ультразвукового генератора с волноводом, обеспечивающим плавное скольжение башмака по почве пласта при передвижке крепи. Предложенная крепь обеспечивает дальнейшее повышение работоспособности крепи на наклонном падении за счет совершенствования конструкции, повышения устойчивости, снижения энергозатрат при передвижке крепи и сверхвысокую податливость. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к угольной промышленности, в частности к области механизированного крепления очистных выработок при выемке угля из мощных НАКЛОННЫХ пластов.

На НАКЛОННОМ и крутом падении боковые породы слабые, с частыми геологическими нарушениями, непосредственная кровля зачастую ложная, а почва склонная к вспучиванию. Проблема мощных пластов заключается в больших колебаниях мощности пласта, причем никакой раздвижности крепи не хватает для ее вписывания в гипсометрию пласта - при увеличении мощности пласта над вехняками остается значительная пачка угля, а при резком утонении пласта возможны заклинивания секций крепи. При заклинивании необходимо сохранить высокотехнологичный, а значит дорогой выемочный орган физического разрушения угля. Этой проблеме посвящено предлагаемое изобретение.

Опыт эксплуатации агрегата АК-3 А.М. Долинского на крутом падении показал следующее: 1, К.А. Ардашев, А.А. Перфилов, А.М. Долинский и др. Результаты испытаний агрегата АК. - М.: Горные машины и автоматика, №3, 1972.

Агрегат сконструирован Гипроуглемашем для пологих, а его модернизированный вариант АК для наклонных и крутых пластов средней мощности столбами по простиранию. Основными отличиями агрегата являются: наличие прочного жесткого става, обеспечивающего прямолинейность агрегата и возможность управления его движением путем поворотов става относительно элементов залегания пласта; наличие конструктивной связи последовательно передвигаемых секций крепи с передним и задним поясами базового става, обеспечивающей небольшие величины сползания агрегата по падению при его передвижке.

Оставление пачки угля у кровли толщиной до 0.3-0.4 м было предусмотрено проектом отработки участка в связи с наличием в кровле слоя очень слабых неустойчивых пород.

К тому же прямолинейность агрегата при волнистом залегании пласта приводит тоже к оставлению пачки угля в кровле или почве пласта. Было замечено, что на отдельных участках лавы угольная пачка систематически разрушалась, что приводило к раздвижке гидростоек, находящихся под распором, уменьшению их сопротивления, а над секциями образовывалась куполообразная зона обрушения. Также в этих местах наблюдался активный отжим угля из забоя, вызванный недостаточной сопротивляемостью крепи (2, А.А. Перфилов. Особенности взаимодействия механизированной крепи с предохранительной угольной пачкой. - Кемерово, Труды КузПИ, сб.43, 1980).

Разрушение предохранительной пачки угля не может происходить только под действием статической нагрузки. При максимально достигнутом сопротивлении крепи, равном 45 тс на гидростойку, усадка угольной пачки составляла 0.6 мм. Расчеты и наблюдения подтвердили предположение, что разрушение угольной пачки происходило в результате вибраций, передающихся от выемочного органа через жесткую базовую балку на крепь. Источником возмущающей силы являются движущиеся каретки струга и сила энерции неуравновешенных частей приводов. Кроме этого, особенности кинематики цепной передачи выемочного органа обуславливают колебания линейной скорости цепи и момента на валу звездочки вследствие периодического изменения радиуса приложения окружного усилия.

Собственная частота колебаний гидростойки (секции) под распором, вычисленная по формуле Бусенеску, изменяется от 4.8 Гц в начале цикла до 1.7 Гц при полной нагрузке крепи. При этом частота на валу двигателя равна 150 Гц, а частота на валу звездочки при скорости резания 1.09 м/сек равна 2.5 Гц. Известно, что в области, близкой к резонансу, когда частота собственных колебаний опоры отличается от частоты вынужденных колебаний не более 30%, появляются неупругие деформации горных пород. В данном случае собственные колебания секции крепи могут резонировать с колебаниями, обусловленными кинематикой цепной передачи выемочного органа, возникающими на валу звездочки в диапазоне 1.75-3.25 Гц, что соответствует сопротивлению крепи 30 тс и выше, вплоть до номинала. Такое давление гидростойки создавалось лишь в 10-15 м от вентиляционного штрека. В средней части лавы оно не превышало 17 тс/секц, а в 0-10 м от конвейерного штрека вновь возрастала до 25 тс/секц. То есть неупругие деформации боковых пород могли возникнуть лишь в верхней 1/3 части лавы, где и действительно наблюдалось высыпание предохранительной пачки угля и внедрение башмаков гидростоек в слабую, склонную к вспучиванию почву пласта. Такие секции при передвижке деформировались, а при невозможности передвижки оставлялись в выработанном пространстве. Наличие жесткого базового става по всей длине лавы способствовало тому, что некоторые секции, «привязанные» к нему домкратами передвижки, в разгруженном состоянии перетаскивались через зоны куполения.

Более перспективные крепи по-разному приспосабливаются к слабым боковым породам крутых пластов.

Известен комплекс Долинского МКД с механизированной крепью (3, патент RU 2276729 С1, E21D 23/00 от 04.10.2004, бюл. №14, 20.05.2006), включающий секции крепи, каждая из которых содержит перекрытие с козырьком, имеющим возможность поворачиваться в сторону забоя на 180 градусов и подхватывать вновь обнаженную кровлю вслед за проходом выемочного органа.

Дальнейшее развитие конструкции крепей проходит по пути разделения жесткого базового става на базовые секции, кинематически связанные с линейными секциями, передвигающимися на Катковых опорах по хвостовикам базовых секций (4, патенты RU 2324820 С1, RU 2357083 С1), и обладающие собственными средствами передвижки и стабилизации. При этом решаются все вопросы преодоления любых нарушений почвы и ее пучения. Важным является отказ от механического способа разрушения угля и применение физических способов разрушения угля (5, патенты RU 2372283 С1, RU 2398969 С1). Этим устраняется разрушение боковых пород под действием вибрации выемочного органа и нет необходимости оставлять предохранительную угольную пачку. Однако остается проблема преодоления зон куполения и геологических нарушений - воспользоваться базовым ставом или опереться на соседние секции теперь невозможно. В дальнейшем происходит улучшение конструкции средств передвижки, капсулы аппаратного отсека и отказ от базовых секций в пользу развития у линейных секций собственных средств передвижки и стабилизации и средств «мягкого» воздействия верхняка крепи на кровлю пласта (6, патенты RU 2413846 С1, RU 2411362 С1, RU 2411363 С1) путем применения пневмосильфонов, пневмоподушек и раздвижных рам, компенсирующих высоту куполения.

В условиях слабых боковых пород невозможно достичь высокого сопротивления крепи, поэтому можно применить в качестве элемента распора резиновые пневмостойки, армированные металлической сеткой и обручами, что позволяет существенно увеличить раздвижность крепи, не утяжеляя ее конструкции (7, патент RU 2412355 С1). Для «мягкого» контакта можно использовать верхняк, который состоит из множества траков, соединенных шарнирно между собой и распирающихся пучком стержней из рессорной стали (8, RU 2419722 С1). Предлагается и совсем экзотический механизм передвижки крепи (9, RU 2423611 С1), состоящий из домкратов, шестерней и колес.

Интересна механизированная крепь (10, RU 2434138 С1), отличающаяся тем, что роль механизма подачи исполнительного органа физического разрушения угля по площади забоя выполняет робот- манипулятор с механической рукой и захватом, установленным на платформе спереди капсулы аппаратного отсека. Другой особенностью этой крепи является то, что механизм стабилизации и коррекции, расположенный по обеим сторонам капсулы аппаратного отсека, состоит из опорных щитов и пневмоподушек, распирающихся в боковые поверхности капсул соседних секций.

Известна механизированная крепь (11, RU 2495249 С1), каждая секция которой включает верхняк, пневмоподушки, элемент передвижки, капсулу аппаратного отсека, башмак, забойное и завальное ограждения. При этом в качестве элемента передвижки служат манипуляторы, расположенные по два у почвы и по два у кровли выработки с обоих боков капсулы аппаратного отсека и выполненные с возможностью совершать шагающие движения для переноса секции крепи к забою. Данная крепь принята нами за прототип.

Ее недостатком можно считать излишняя металлоемкость крепи - для крепи наклонного падения нет необходимости в распоре манипуляторов в кровлю пласта при разгрузки секции и ее передвижки.

ЦЕЛЬЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ является повышение приспособляемости крепи к большим изменениям гипсометрии мощных наклонных пластов. Крепь должна иметь особенности: иметь большую раздвижку, «мягко» контактировать с боковыми породами, «выживать» при резком утонении пласта и зажимах крепи, корпус крепи должен быть прочным, чтобы выдерживать вес обрушенных пород при куполении, иметь механизм передвижки, обеспечивающий «выползание» секций из под завала и быть способной развивать большое сопротивление и обладать свехподатливостью в аварийных ситуациях.

Этим требованиям удовлетворяют пневмоподушки в качестве распорных элементов, при этом распор должен быть регулируемым, а при куполении подача воздуха должна быть импульсивной для встряски обрушенных пород. Однако в местах пережима пласта пневмостойка просто может «не раскрыться» и нагрузка от горного давления пород ляжет на капсулу аппаратного отсека, а значит, и выемочный орган будет под угрозой раздавливания. Предлагается пневмостойку расположить на опорной податливой арке, состоящей из шарнирно соединенных секторов, подпружиненных пластинчатыми пружинами, и мягко опирающейся на башмак через пневматические амортизаторы.

В качестве механизма передвижки предлагается использовать два манипулятора, опирающихся на почву пласта, причем для улучшения скольжения башмака по почве пласта, заштыбованой углем и мелкой породой, можно использовать ультразвуковые вибраторы [12]. Сигналы от ультразвукового генератора через волновод поступают под днище башмака, обеспечивая текучесть сыпучей массы, облегчая передвижку секций крепи манипуляторами.

Прочная капсула аппаратного отсека, покрытая резиновой или полимерной оболочкой, с выемочным органом физического разрушения угля (лазер или ультразвуковая установка) не тяжела и может быть переносима с легкостью раздвижной кареткой.

Все процессы роботоризованной системы и выемочного органа управляются бортовым компьютером. Капсула аппаратного отсека имеет технологические окна для диагностики аппаратуры и изъятия ее для ремонта.

Предлагаемая механизированная крепь для НАКЛОННЫХ мощных пластов, содержащая секции, каждая из которых включает верхняк, башмак, пневмостойку и завальное ограждение, а также капсулу аппаратного отсека и механизм передвижки, отличающаяся тем, что пневмостойка расположена на опорной податливой арке, состоящей из шарнирно соединенных секторов, подпружиненных пластинчатыми пружинами, и мягко опирающейся на башмак через пневматические амортизаторы.

Вторым отличием является то, что механизм передвижки состоит из 2-х манипуляторов, опирающихся на почву пласта и ультразвукового генератора с волноводом, обеспечивающим плавное скольжение башмака по почве пласта при передвижке крепи.

На фиг.1 - вид на секцию крепи сбоку, на фиг.2 - вид на секцию сзади с разрезом,

где:

1 - верхняк, 2 - пневмостойка, 3 - ребра жесткости (обручи), 4 - плита, 5 - опорная податливая арка, 6 - пластинчатая пружина, 7 - капсула аппаратного отсека, 8 - окно, 9 - аппарат физического разрушения угля, 10 - ультразвуковой генератор, 11 - волновод, 12 - раздвижная каретка, 13 - стойка, 14 - манипулятор, 15 - пневмоамортизатор, 16 - завальное ограждение, 17 - башмак, 18 - подставка.

ХОД РАБОТ

Нарезают монтажную печь, монтируют роботоризованный добычной комплекс, включают выемочный орган - лазерные или ультразвуковые установки, и процесс пошел, при этом раздвигаются окна 8 и выемочный орган - аппарат физического разрушения угля 9 подается на забой. Производится разрушение угля, уборка его самотеком, и следом за забоем постоянно ползут, опираясь на манипуляторы 14, секции крепи. При попадании секции под купол обрушенных пород, сжатый воздух импульсно подается в пневмостойки 2 с последующей их разгрузкой, тем самым раскачивая верхняк.

При больших утонениях пласта и возможности зажима секций, когда пневмостойка выключается из работы, то функцию поддержания и податливости крепи временно выполняет арка 5. Необходимую реакцию крепи осуществляют подпружиненные сектора арки, которые за счет проворота обеспечивают и необходимую податливость крепи. Динамическое воздействие блочной кровли смягчается пневматическими амортизаторами 15.

«XXI век - ВЕК УГОЛЬНОЙ ЭНЕРГЕНИКИ, - сказал 14 февраля 2011 г. по ТВ академик теплоэнергетики РАН Леонтьев А.И. - Вот поэтому мы - технари - упорно изобретаем средства механизации в условиях разрушенной индустрии, закрытия шахт и отсутствия Министерства угольной промышленности».

Источники информации

1. К.А. Ардашев, А.А. Перфилов, А.М. Долинский и др. Результаты испытаний агрегата АК. - М.: Горные машины и автоматика, №3, 1972.

2. А.А. Перфилов. Особенности взаимодействия механизированной крепи с предохранительной угольной пачкой. - Кемерово, Труды КузПИ, сб.43, 1980.

3. Патент RU 2276729 С1, E21D 23/00 от 04.10.2004, Бюл. №14, 20.05.2006.

4. Патенты RU 2324820 С1, RU 2357083 С1.

5. Патенты RU 2372283 С1, RU 2398969 С1.

6. Патенты RU 2413846 С1, RU2 411362 С1, RU 2411363 С1.

7. Патент RU 2412355 С1.

8. RU 2419722 С1.

9. RU 2423611 С1.

10. RU 2434138 С1.

11. RU 2495249 С1.

12. http://www.soring.ru/technology/ultra/more_kiiots/

1. Механизированная крепь для наклонных мощных пластов, содержащая секции, каждая из которых включает верхняк, башмак, пневмостойку и завальное ограждение, а также капсулу аппаратного отсека и механизм передвижки, отличающаяся тем, что пневмостойка расположена на опорной податливой арке, состоящей из шарнирно соединенных секторов, подпружиненных пластинчатыми пружинами, и мягко опирающейся на башмак через пневматические амортизаторы.

2. Механизированная крепь по п.1, отличающаяся тем, что механизм передвижки состоит из 2-х манипуляторов, опирающихся на почву пласта и ультразвукового генератора с волноводом, обеспечивающим плавное скольжение башмака по почве пласта при передвижке крепи.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к области механизированного крепления очистных выработок при выемке угля из средней мощности наклонных пластов.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к области механизированного крепления очистных выработок при выемке угля из мощных и средней мощности крутых пластов с блочным динамичным проявлением горного давления.

Изобретение относится к горному делу, в частности к агрегатированным крепям для поддержания очистного забоя наклонного слоя средней мощности. Техническим результатом является повышение безопасности ведения работ по сооружению гибкого перекрытия, эффективности поддержания рабочего пространства при разработке наклонных и крутонаклонных угольных пластов и расширение области применения.

Изобретение относится к горному делу, в частности к механизированным крепям для поддержания очистных забоев наклонных и крутонаклонных пластов. Техническим результатом является повышение эффективности поддержания рабочего пространства очистного забоя и расширение области применения.

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано для поддержания кровли в экстремальных условиях вечной мерзлоты. Техническим результатом является упрощение конструкции, снижение трудоемкости установки и повышение эффективности закрепления выработанного пространства за счет повышения устойчивости крепи.

Изобретение относится к горному делу, в частности к разработке наклонных угольных пластов. Способ включает подготовку шахтного поля столбами по системе разработки «Длинные столбы по простиранию» с применением очистных механизированных комплексов - ОМК, диагональное проведение вскрывающих горных выработок с углом наклона в пределах техусловий транспортных средств по выдаче полезных ископаемых, выемку угля в длинном очистном забое обратным ходом с проведением монтажной камеры, демонтажной камеры, комплексом и техосмотром при перемонтаже на промплощадке, управление горным давлением обрушением пород кровли в выработанном пространстве, сбор шахтных вод в нижних точках шахты и подачу водного раствора антипирогена в выработанное пространство.

Изобретение относится к горному делу, в частности к механизированной разработке мощных крутонаклонных угольных пластов в наклонных слоях по щитовой системе разработки с выпуском угля межслоевой пачки.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к области механизированного крепления очистных выработок при выемке угля из мощных и средней мощности крутых пластов.

Изобретение относится к горному делу, в частности, к креплению очистного забоя и касается конструкции механизированных крепей, предназначенных для поддержания рабочего пространства в очистных забоях при разработке мощных пластов с принудительным выпуском угля из подкровельной (межслоевой) толщи.

Изобретение относится к области горного дела, к способам разработки шахтных полей по системе разработки «Длинные столбы по простиранию». Способ включает выемку угля в длинном очистном забое обратным ходом, проветривание очистного забоя, управление горным давлением обрушением пород кровли в выработанном пространстве, сбор шахтных вод в нижних точках шахты и подачу водного раствора антипирогена в выработанное пространство.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к секции горной крепи, предназначенной для механизации очистных работ при разработке пластов угля, калийной соли и рудных залежей. Техническим результатом является трансформация энергии обрушающихся пород в электроэнергию, что позволяет уменьшить потребность очистного забоя в доставляемой с поверхности электрической энергии, повысить уровень комплексного извлечения энергоресурсов массива полезного ископаемого. Секция механизированной крепи содержит основание, ограждающий элемент, соединенный с основанием посредством четырехзвенника, поддерживающим элементом шарнирно соединенный с ограждающим элементом, гидростойки и гидродомкрат передвижки. При этом к верхней части ограждающего элемента секции шарнирно прикреплена подпружиненная панель, к противоположному концу которой шарнирно присоединена зубчатая рейка, другим концом контактирующая с шестерней электрогенератора, закрепленного на внутренней стороне ограждающего элемента и соединенного проводом с аккумулятором, размещенным на нижней поверхности поддерживающего элемента. 2 ил.

Изобретение относится к горному делу, в частности к средствам для добычи полезных ископаемых. Предложено забойное оборудование для машинной добычи в сплошной системе разработки, прежде всего при подземной разработке месторождений каменного угля, с расположенным вдоль фронта очистных работ забойным конвейером, выполненным с возможностью перемещения вдоль забойного конвейера очистным средством и закрепленными на нем под углом к забойному конвейеру узлами щитовой крепи. При этом для определения абсолютной высотной отметки заданных элементов забойного оборудования вдоль фронта (10) очистных работ на избранных элементах (12, 15, 31) забойного оборудования проложен наполненный жидкостью шланговый нивелир (17). Указанный шланговый нивелир подсоединен к точно определенной по своей высоте в качестве точки отсчета, расположенной в одном из параллельных выемочных штреков (13, 14) базисной станции (19). Причем с распределением по протяженности забойного оборудования на отдельных элементах (12, 15, 31) забойного оборудования в шлангопровод (18, 23, 24) шлангового нивелира (17) включены и соединены с центральным блоком обработки результатов и управления датчики (22) давления. Предложенное изобретение обеспечивает точное определение высотной отметки расположения элементов забойного оборудования за счет снижения влияния динамических факторов таких, как механических вибраций. 13 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к угольной промышленности, в частности к области механизированного крепления очистных выработок при выемке угля из наклонных и крутых пластов средней мощности. Предложена механизированная крепь для наклонных и крутых пластов средней мощности, содержащая секции, каждая из которых включает верхняк, башмак, пневмоподушку и завальное ограждение, а также капсулу аппаратного отсека и механизм передвижки. Кроме того, секция крепи выполнена с возможностью регулируемого распора и импульсивной подачи воздуха в пневмоподушки распорных элементов и содержит ультразвуковой генератор с волноводом, передающим ультразвук на башмак, возбуждая в нем колебания, способствующие улучшению скольжения секции крепи. При этом завальное ограждение состоит из шарнирно соединенных секторов, мягко опирающихся на башмак через пневматические амортизаторы. Механизм передвижки содержит две распорные штанги с выдвижными штырями, закрепленными на каретке, с возможностью перемещения их по направляющим, расположенным на боковых поверхностях капсулы аппаратного отсека с помощью пневмодомкрата двойного действия. Предложенная крепь обеспечивает повышение приспособляемости крепи к изменениям гипсометрии пласта, стабилизацию секции крепи и выживание ее в аварийных ситуациях, связанных с обрушением пород. 2 ил.

Группа изобретений относится к горному делу и может быть использована для определения и контроля местоположения элементов конструкции выемочного комплекса в очистном забое. Техническим результатом является обеспечение возможности одновременно отслеживать прямолинейность очистного забоя, регистрировать вертикальное и горизонтальное отклонение секций крепи и конвейера, автоматически контролировать ход секций крепи и/или следить за добычной машиной. Предложен способ определения положения механизмов в очистном забое при подземной разработке, включающий следующие этапы: устанавливают видеокамеру в области верхняка секции крепи с направлением взгляда в основном в направлении вентиляционной струи или против нее, ориентируют видеокамеру таким образом, чтобы точка схода изображения с камеры находилась в области правого или левого верхнего угла изображения с камеры, предусматривают освещенные маркировки на механизмах вдоль очистного забоя в области изображения с камеры и управляют ими, а также определяют положения механизмов с помощью электронной обработки маркировок, находящихся на изображении с камеры. Предложены также система и видеокамера для осуществления указанного способа. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к горной технике, в частности к выемочным комбайнам. Выемочный комбайн содержит треугольную платформу, снабженную тремя сдвоенными гусеничными ходами с индивидуальными электроприводами, способную перемещаться вокруг вертикальной оси и в заданном направлении; стартовую раму, к которой крепятся направляющие для перемещения по ним опорных рам; несущую траверсу треугольной платформы с перемещающимися по ней либо одной, либо двумя бурильными головками, соединенными с совками и закрепленными на них звездочками-метателями; приемную воронку для сбора и перегрузки дресвы в норию, наращиваемую модульными секциями по мере углубления в грунт; транспортер с регулируемым наклоном, передающий поднятую норией дресву на разгрузку, инжекторные блоки для закачки бентонита в водонасыщенный грунт для его закрепления. Технический результат - улучшение технологичности сооружения вертикальных цилиндрических колодцев. 3 ил.
Наверх