Секция механизированной крепи
Изобретение относится к добыче полезных ископаемых и повышает надежность в работе секции при активном управлении горным давлением в условиях труднообрушиваемых кровель за счет снижения динамических нагрузок по ; всему контуру взаимодействия с вмещающими породами. Для этого каждая гидростойка содержит цилиндр 10, полый шток 11, поршень (П) 13 и демпфер в виде дополнительного П 12. Последний уплотнен манжетами 14 и пере (Л 00 со СП о 00 1Ч .г
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
А2
OllHGAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 1221378 (21) 3901933/22-03 (22) 23.05.85 (46) 07.09.87. Бюл. 1Ф 33 (71) Тульский политехнический институт (72) В.М.Степанов, В.С.Косырихин, А.B.Îðåøêèí, В.И.Никонов и С.И.Соколов (53) 622.284(088.8) (56) .Авторское свидетельство СССР Р 900004, кл. Е 21 9 23/00, 1980. Авторское свидетельство СССР У 1221378, кл. Е 21 D 23/04,03.07.84. (54) СЕКЩИ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ КРЕПИ (57) Изобретение относится к добыче полезных ископаемых и повышает надежность в работе секции при активном управлении горным давлением в условиях труднообрушиваемых кровель за счет снижения динамических нагрузок по всему контуру взаимодействия с вмещающими породами. Для этого каждая гидростойка содержит цилиндр 10, полый шток 11 поршень (П) 13 и демпфер в виде дополнительного П 12. Последний уплотнен манжетами 14 и пере1335708 мещается но П 13, выполненному в ви- рационального соотношения эффективде утолщения штока 11.Газовый аморти- ных площадей демпфера в виде двойнозатор 24, в цилиндре которого раз- го поршня, газового амортизатора, 24 мещен П 25, жестко соединен со што- устанавливается требуемое быстродейкс м 11 гидростойки. Поршневая по- ствие замкнутой гидромеханической лость газового амортизатора 24 отвер- системы и достигается требуемый застием 28 соединена с внутренней по- кон активного управления горным давлостью 29 штока 11. За счет выбора. лением. 2 ил„ Изобретение относится к добыче полезных ископаемых подземным способом, в частности к креплению очистных забоев угольных шахт механизи5 рованными крепями поддерживающего и оградительно-поддерживающего типа, и является усовершенствованием устройства по авт.св. Р 1221378. Целью изобретения является повышение надежности работы секции при активном управлении горным давлени— ем в условиях труднообрушаемых кровель за счет снижения динамических нагрузок по всему контуру взаимодействия крепи с вмещающими породами. На фиг.1 изображена секция механизированной крепи, вид сбоку; на фиг.2конструктивная схема гидростойки. Секция состоит из козырька 1, перекрытия 2, соединенного с ограждением 3, которое в свою очередь шарнирно закреплено на основании 4. Перекрытие 2 поддерживается гидравлическими стойками 5. Рессорные пласти- ?5 ны 6 соединены с козырьком 1, перекрытием 2, ограждением 3, тягами 7 шарнирно через проушины с пазом. Штоки. гидропатронов 8 связаны шарнирно с рессорными пластинами 6, а гидро- 30 цилиндры гидропатронов 8 закреплены жестко с оградительно-поддерживающими элементами 1-3. Гидропатроны 8 и гидростойки 5 соединены гидромагистралью 9, образуя с упругими рессорными пластинами 6 замкнутую гидромеханическую систему активного управления горным давлением. Гидропатроны 8 расположены в активных зонах действия ударной нагруз- 4О ки. Количество гидропатронов выбирают из условия перекрытия их зон действия. Гидравлическая стойка 5 секции содержит цилиндр 10 с внутренним диаметром d полый шток 11 диаметром d и диаметром расточки d>, демпфер в виде дополнительного поршня 12 и поршень 13. Дополнительный поршень 12 уплотнен манжетами 14 и может в пределах высоты h внутренней полости перемещаться по поршню 13, выполненному в виде утолщения штока 11, уплотненному кольцом 15. Штоковая полость гидростойки сообщена с гидроблоком 16 каналом 17, а поршневая — каналом 18 с предохранительным клапаном 19, настроенным на несущую способность гидростойки, и гидрозамком 20. К гидроблоку 16 присоединены подводы 21 и 22. Рабочая жидкость нагнетается в полость штока 11 через канал 23. Канал 23 соединяет внутреннюю полость 29 штока 11 с напорной магистралью 21, гидросистемы через распределитель гидроблока 16 управления. Газовый амортизатор 24, в цилиндре которого размещен поршень 25 уплотненный манжетами 26, жестко соединен с штоком 11 гидростойки 5. Сжатый газ нагнетается в цилиндр амортизатора 24 через канал 27, нормально закрытый. Поршневая полость газового амортизатора 24 отверстием 28 соединена с внутреннеи полостью 29 штока 11. Секция механизированной крепи работает следующим образом. При соединении напорной магистрали 21 через гидрозамок 20 с каналом 18 рабочая жидкость попадает в поршневую полость и раздвигает 20 где P — рабочее давление в поршне 1 вой полости стойки, P — давление жидкостей в полос4 ти штока, d< — внутренний диаметр цилинд- 25 ра стойки; d — наружный диаметр штока, d — диаметр расточки штока; d — внутренний диаметр внешнеФ го поршня. В момент проявления динамических нагрузок при внезапном обрушении непосредственной кровли в любом месте секции крепи блоки породы ударяют по упругим рессорным пластинам 6. Они перемещаются вниз вместе с тягами 7 и со штоками гидропатронов 8„ которые за счет деформации упругих элементов становятся упругими опорами, При этом упругие рессорные пластины и гидропатроны гасят энергию ударной нагрузки на контакте взаимодействия крепи с боковыми породами и передают на ограждение, козырек, перекрытие и на все другие элементы 45 секции крепи нарастающую динамичес кую нагрузку. При отрыве горных пород в массиве и динамических явлениях в кровле первыми срабатывают упругие рессорные пластины с гидропатронами, так как нагрузка вначале возрастает на контакте крепи с кровлей, а затем передается на гидростойку и на газо" вый амортизатор. Если P — - динамическая нагрузка, действующая на козырек, перекрытие и ограждение, Р— величина начального распора гидростоек, то при 3 13357 гидростойку. После создания в поршневой полости рабочего давления при просадке стойки слив избыточной жидкости осуществляется через канал 18 5 и предохранительный клапан 19.В нижнем положении поршень 13 относительно поршня 12 удерживается давлением рабочей жидкости, нагнетаемой в полость полого штока 11 через канал 23. Такое положение поршня обеспечивается при условии 08 4 условии P >) F происходит мгновенное перемещение штока гидропатрона и жидкость из гидроцилиндра гидропатро" на выдавливается в гидростойки, что приводит к мгновенному их распору. При перемещении штоков гидропатро". . нов вниз поршни выдавливают часть рабочей жидкости из гидроцилиндров, которая поступает в гидростойки 5, так как гидросистема является замкнутой. Вследствие этого штоки гидростоек 5 выдвигаются и секция крепи работает в режиме предохранительной податливости. Ход штока гидростойки под действием вытесненной из гидростойки рабочей жидкости равняется величине хода штока гидронатрона. Благодаря этой податливости крепи снижаются динамические нагрузки. При срабатывании гидропатронов и вытеснении жидкости из их поршневых полостей в поршневую полость гидростойки, происходит ее раздвижка за счет дополнительной податливости рессорных пластин и деформации горных пород, но не на всю величину опускания горных пород, а на величину 20-. 30 мм, обеспечивающую допустимое смещение пород кровли. При срабатывании гидропатронов давление жидкости в поршневой полости гидростойки увеличивается. Однако срабатызание предохранительного клапана присходит при условии на штоке, превышающем несущую способность гидростойки. При динамических нагрузках давление в поршневой полости гидростойки увеличивается на величину 6Р, и когда < < < 3 р происходит смещение поршня вниз. При этом жидкость в штоковой полости дополнительно сжимается, воздействуя на поршень амортизатора 24 и сжимая газ в его поршневой полости., а просадка штока обеспечивается sa счет этого при постоянном объеме жидкости в поршневой полости стойки. После срабатывания предохранительного клапана 19 давления в поршневой полости гидростойки снижается до Р1, и поршень возвращается в верхнее положение. Газовый амортизатор дополнительно обеспечивает снижение динамических нагрузок на гидростойку, что повышает ее надежность. Гидравлическая связь газового амортизатора с по5 13357 лостью штока позволяет повысить быст родействие гидростойки за счет безынерционности газа, закаченного в амортизатор Влагодаря газовому амор5 тизатору и жидкости под давлением в штоковой полости в демпфере ймеется пространство для хода поршня. Причем давление в камере газового амортизатора создается таким, чтобы 10 обеспечить перемещение поршня 12 относительно поршня 13 на величину 6 h «< 20 †. 30 мм, т.е. допустимого смещения горных пород при динамических процессах в кровле, чем дости- 15 гается повышение эффективности активного управления горным давлением и регулирования ср ещения горных пород кровли при .динамическом режиме в системе крепь — вмещающие породы. 20 Предохранительный клапан 19 настраивается на рабочее давление, соответствующее несущей способности гидростойки, При увеличении давления горных 25 пород на гидростойку поршень 12 про саживается со сливом жидкости через предохранительный клапан. При динамических нагрузках поршень 13 со штоком 11 просаживается 39 по поршню 12, При этом избыток жид-, кости сжимает поршнем 25 газ в газовом амортизаторе 24 и дополнительный поршень несколько перемещается вниз, В этом случае давление газа увеличивается на ЬР и несколько возрастает давление жидкости во внутренней полости 29 штока 11 и в поршневой полости. После срабатывания предохранительного клапана 19, давле- 4р ние в поршневой полости опускается до рабочего, и поршень 12 возвращается в верхнее положение. При проявлении большого горного давления в условиях труднообрушаемых кровель и ударных динамических нагрузок, превышающих несущую спо- . собность гидростойки 5, срабатывает предохранительный клапан t9, дополнительный поршень 12 со штоком 11 перемещаются вверх до упора цилиндра и заходит посадка стойки ннежестко При просадке гидростойки "нежестко" поршень 12 перекрывает предохранительный клапан 19. При этом раздутия цилиндра и разрушения гидростоики не происходит, так как просадка штока гидростойки оказывается 08 6 возможной при сра.батывании этого же клапана от давления жидкости во внутренней полости 29 штока 11, которая соединена с ним каналом 23. Секция крепи не заклинивается,так как за счет демпфера жидкости, закаченной под воздействием в полость штока 11, газового амортизатора 24 еще имеется дополнительное пространство для хода h поршня 13 со штоком 11. При посадке дополнительного поршня гидростойки "нажестко" канал 18 им перекрывается. При возрастании горного давления поршень 13 со штоком 11 преодолевая сопротивление жидкости в полости штока и газа в газовом амортизаторе, перемещается внутри поршня 12. Однако просадка стойки уменьшается только на 20-30 мм и останется дополнительное пространство для хода штока на величину (h- (20-30)) мм. При этом раздутие и поломка штока в гидростойке исключается, так как внутренняя полость 29 штока соединена с предохранительным клапаном 19 и его срабатывание предотвращает разрушение конструкции. Кроме того, перемещается поршень газового амортизатора, обеспечивающий уменьшение динамических нагрузок. Давление рабочей жидкости в поршневой полости и внутренней полости штока одинаковое, так как они соединены между собой, и в случае отсутствия посадки гидростойки "насухо предохранительный клапан 19 одновре- менйо предотвраща.ет раздутие цилиндра гидростойки и штока. Такое соединение клапана с поршневой полостью и внутренней полостью штока на работоспособность гидростойки отрицательного влияния не оказывает ° Если при этом при перемещении поршня со штоком по дополнительному поршню зажатие секции не устраняется, то для дополнительной осадки стойки, посаженной "нажестко", распределитель гидроблока. 16 управления переключается на соединение внутренней штоковой полости через канал 17 с напором. В результате этого поршень 13 со штоком 11, перемещаясь по полому поршню 12, может быть опуь щен на дополнительную высоту (h — (20-30)j и секция крепи выводится из реклама заклинивания, что обеспечивает нормальное условие пе7 133 редвижки секция крепи. Это происходит при соблюдении неравенства (1 2 2 где P — давление маслостанции гидро3 системы управления механизированной крепыш. После высвобождения секции крепи от заклинивания и обеспечения ее нормального передвижения канал 17 соединяется со сливом и каналы 18 и 23 †. с напором, и стойка раздвигается ° При этом давлением жидкости в I полости штока поршень 12 возвращается в нижнее положение, и между . поршнями демпфера снова образуется камера для обеспечения аварийного хода h штока при зажатии секции, что позволяет значительно повысить несущую способность гидростойки и устранить зажатие секции крепи. При нормальной работе секции крепи смещение поршня 12 в гидростойке не происходит, а при настройке предохранительного клапана 19 на несущую способность гидростойки поршень 13 со штоком 11 имеет дополнительный запас хода при посадке стойки "нежестко", и секция крепи предохраняется от заклинивания, За счет выбора рационального соотношения эффективных площадей гидропатронов, демпфера в виде двойного поршня: внешнего и внутреннего, газового амортизатора устанавливается требуемое быстродействие замкнутой гидромеханической системы и достигается требуемый закон актив ного управления горным давлением. Таким образом, оснащение секции крепи гидростойками с двойным демпфером и газовым поршневым амортиза5708 8 тором позволяет повысить эксплуатационную надежность работы секции за счет устранения зажатия крепей и обеспечения их нормального функцио5 нирования ° Так как зоны действия гидропатро" нов перекрываются, то ограничение ударных нагрузок при проявлении 10 горного давления активно происходит по всему контуру взаимодействия крепи с вмещающими породами, осуществляется активное управление горным давлением и улучшается взаимодействие 15 секции крепи с кровлей. Формула изобретения Секция механизированной крепи 2g по авт.св. Ф 1221378, о т л и ч а ющ а я с я тем,, что, с целью повышения надежности работы секции.при активном управлении горным давлением в условиях труднообрушаемых кро25 вель за счет снижения динамичесхих нагрузок по всему контуру взаимодействия крепи с вмещающими породами, каждая гидростойка снабжена демпфером в виде дополнительного поршня, щ .выполненного с внутренней полостью, и газового поршневого амортизатора, гидроблоком управления, выполнен" ным с обратным клапаном и гидрозамком, при этом дополнительный поршень расположен с возможностью перемешения в цилиндре гидростойки, а амортнзатор закреплен на штоке, выполненном с полостью, сообщенной с полостью амортизатора и с полостью дополни4> тельного поршня, в которой размещен с возможностью перемещения поршень гидростойки, соединенной полостями вместе с полостью штока с гидроблоком управления, 1335708 Фиг. 1 Составитель А.Скалунов Техред JI,Ñåðäþêîâà Корректор А,Тяско Редактор Г.Гербер Тираж 454 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4 5 Заказ 4029/29 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул.Проектная, 4
