Секция комплектно-агрегатной механизированной крепи

 

Использование: при подземной разработке пластовых месторождений полезных ископаемых. Сущность изобретения: секция комплектно-агрегатной механизированной крепи включает основание и перекрытие, связанные между собой посредством шарнирно закрепленных на них гидростоек с механизмами поперечной стабилизации, выполненными в виде подвижных в осевом направлении кожухов с упорами, размещенных на цилиндрах гидростоек с возможностью взаимодействия в нижней части с базисной поверхностью, а в верхней части с грундбуксами гидростоек. Кожухи гидростоек в верхней части снабжены днищами с отверстиями, через которые свободно пропущены штоки гидростоек, а в нижней части - упорами, выполненными в виде усеченной цилиндрической поверхности с радиусом кривизны относительно оси поворота гидростоек в основании и обращенными выпулкой поверхностью кривизны к базисным поверхностям, размещенным над основанием и расположенным вдоль поперечной оси секции крепи. Базисные поверхности могут быть выполнены в виде пары самоустанавливающихся балансиров, размещенных на кронштейнах, жестко связанных с основанием и охватывающих гидростойки. Кожухи гидростоек в нижней части могут быть снабжены открытыми к основанию овальными пазами, а цилиндры гидростоек - направляющими штифтами, жестко связанными с ними и размещенными в плоскости, параллельной продольной оси секции, с возможностью взаимодействия с пазами. Кожухи гидростоек в верхней части могут быть снабжены закрытыми овальными пазами, а цилиндры гидростоек - съемными направляющими штифтами. 3 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к горной промышленности. Объектом изобретения является секция комплектно-агрегатной механизированной крепи в системе комплексно-механизированных и автоматизированных очистных забоев при подземной разработке пластовых месторождений полезных ископаемых, преимущественно угля.

Известна секция щитовой механизированной крепи, оснащенная лемнискатным направляющим механизмом положения перекрытия относительно основания в вертикальной плоскости секций. Этот механизм образован жестким рычагом со стороны выработанного пространства и гидравлическим раздвижным рычагом со стороны забоя. Для обеспечения постоянной величины усилия в гидравлическом раздвижном рычаге при изменении высоты крепи и положения рычагов направляющего механизма с целью возможности снижения его металлоемкости изменяют величину раздвижного рычага посредством гидравлического клапана управления и датчиков, расположенных в характерных местах секции [1] Недостатком этой щитовой механизированной крепи является то, что не обеспечивается полная внутренняя устойчивость крепи, при которой происходит отклонение призабойных стоек в секции по падению пласта и угловой разворот и отклонение в плоскости пласта перекрытия относительно основания из-за наличия зазоров в сопрягаемых элементах рычагов с перекрытием и основанием. Это снижает надежность работы крепи и приводит к необходимости повышения трудоемкости обслуживания крепи при корректировке положения секций. Недостатком щитовой секции механизированной крепи является также ее повышенная сложность и металлоемкость.

Известна также секция механизированной крепи, оснащенная направляющим механизмом с рычагами постоянной длины. Для повышения боковой устойчивости секции путем разгрузки шарнирных соединений рычагов от воздействия боковых усилий основания секций оснащены упорными выступами для взаимодействия с цилиндрами гидростоек, которые должны воспринимать изгибающие моменты, действующие поперек секции [2] Недостатком данной секции механизированной крепи является то, что частично разгружаемый направляющий механизм передает боковые изгибающие напряжения гидростойкам, что снижает надежность работы секции.

Общим недостатком известных щитовых секций механизированных крепей является ограниченная возможность их приспособления к изменяющейся гипсометрии кровли пласта.

Наиболее близкой к предлагаемой является секция комплектно-агрегатной механизированной крепи, имеющая основание и перекрытие, связанные между собой шарнирно установленными гидростойками с механизмом поперечной стабилизации, выполненным из кожухов с фланцами и упорами, взаимодействующими в верхней части с цилиндрами гидростроек, а в нижней части с верхним листом основания, промежуточными элементами с двуплечими рычагами, при этом упоры выполнены в виде сегмента, обращенного выпуклой поверхностью к верхнему листу основания [3] Недостатком такой комплектно-агрегатной механизированной крепи является то, что упоры, выполненные в виде сегмента, размещаются во внутренней полости основания секции с ограниченным пространством, что исключает возможность их выполнения с кривизной, аналогичной радиусу поворота днища гидростоек в основании секции, что приводит к тому, что при взаимодействии сегментов с внутренним верхним листом основания и поворотах и наклонах гидростоек днища последних выворачиваются (выходят) из опор основания. Вторым недостатком такой крепи является отсутствие средств крепления гидростоек в основании, исключающих их выход из сферических опор. Третьим недостатком крепи является то, что сегменты, выполненные заодно с нижними частями кожухов гидростоек, сложно ввести во внутреннюю полость основания в процессе сборки секции или замене гидростоек. Наконец, выполнение кожухов гидростоек заодно с верхними фланцами делает их технологически сложным в изготовлении и не допускает радиальных отклонений, что привело бы к потере герметичности штоковых полостей гидростоек. Оснащение механизма поперечной стабилизации секции промежуточными элементами и двуплечими рычагами приводит к дополнительной сложности крепи. Указанные недостатки крепи приводят к снижению ее эксплуатационной надежности. Кроме того, такая механизированная крепь относится к устаревшему классу костровых секций, не обеспечивающих эффективную защиту призабойного пространства со стороны пород обрушенного массива.

Предложенное устройство комлектно-агрегатной механизированной крепи промышленно применимо и технически эффективно в системе комплексно-механизированных и автоматизированных очистных забоев для повышения надежности функционирования, снижения трудоемкости эксплуатации и расширения области применения путем обеспечения ежецикличной автономной пространственной стабилизации секций щитовой механизированной крепи, улучшения приспособления к гипсометрии пласта и повышения эффективности поддержания кровли и др.

Промышленная применимость предложенной секции комплектно-агрегатной механизированной крепи реализована совокупностью признаков, представляющих собой основание и перекрытие, связанные между собой посредством шарнирно закрепленных на них гидростоек с механизмами поперечной стабилизации, выполненными в виде подвижных в осевом направлении кожухов с упорами, размещенных на цилиндрах гидростоек с возможностью взаимодействия в нижней части с базисной поверхностью, а в верхней части с грундбуксами гидростоек, причем кожухи гидростоек в верхней части снабжены крышками с отверстиями, через которые свободно пропущены штоки гидростоек, а в нижней части упорами, выполненными в виде усеченной цилиндрической поверхности с радиусом кривизны относительно оси поворота гидростоек в основании и обращенными выпуклой поверхностью кривизны к базисным поверхностям, размещенным над основанием и расположенным по бокам гидростоек вдоль поперечной оси секции крепи.

В предложенной секции комплектно-агрегатной механизированной крепи базисные поверхности выполнены в виде самоустанавливающихся относительно упоров балансиров, размещенных на осях и кронштейнах, жестко связанных с основанием и охватывающих гидростойки.

На фиг.1 изображена секция комплектно-агрегатной механизированной крепи, вид сбоку; на фиг.2 та же секция, вид сверху без перекрытия и ограждения; на фиг.3 сечения А-А на фиг.2; на фиг.4 сечение Б-Б на фиг.2.

Секция комплектно-агрегатной механизированной крепи имеет основание 1 и перекрытие 2, связанные гидростойками 3, гидродомкраты 4 передвижки, размещенные в направляющих балках 5, расположенных по обе стороны основания 1, и механизм поперечной стабилизации секции, выполненный в виде подвижных в осевом направлении кожухов 6 с упорами 7, размещенных на цилиндрах 8 гидростоек 3 с возможностью взаимодействия в нижней части с базисной поверхностью 9, а в верхней части с грундбуксами 10 гидростоек 3.

Кожухи 6 гидростоек 3 в верхней части снабжены крышками 11 с отверстиями 12, через которые свободно пропущены штоки гидростоек 3, а в нижней части упорами 7, выполненными в виде усеченной цилиндрической поверхности с радиусом кривизны 13 относительно оси 14 поворота гидростоек 3 в основании 1 и обращенными выпуклой поверхностью кривизны к базисным поверхностям 9, размещенным над основанием 1 и расположенным по бокам гидростоек вдоль поперечной оси 0'-0' секции. Базисные поверхности 9 выполнены в виде пары самоустанавливающихся относительно упоров 7 балансиров 15, размещенных на осях и кронштейнах 16, жестко связанных с основанием 1 и охватывающих гидростойки 3.

Кожухи 6 гидростоек 3 в нижней части выполнены с открытыми к основанию 1 овальными пазами 17, а цилиндры 8 гидростоек 3 с направляющими штифтами 18, жестко связанными с ними и размещенными в плоскости, параллельной продольной оси 0-0 секции, с возможностью взаимодействия с пазами 17. Кожухи 6 гидростоек в верхней части выполнены с закрытыми овальными пазами 19, а цилиндры 8 гидростоек 3 со съемными направляющими штифтами 20. Штифты 20 могут быть выполнены полыми для подвода в штоковые полости 21 гидростоек 3 рабочей жидкости. Балансиры 15 размещены на кронштейнах 16 посредством осей 22, а кронштейны 16 снабжены ребрами 23 жесткости. Оси 14 поворота гидростоек 3 закреплены в основании 1, например, посредством выступов 24 с фиксаторами 25. Днище 26 гидростоек 3 выполнено с радиусом поворота R. Секция крепи снабжена также направляющим механизмом 27 и ограждением 28. Перекрытие 2 снабжено овальными в вертикальной плоскости посадочными отверстиями 29, в которых размещены пальцы 30 шарнира связи с направляющим механизмом 27. Направляющие балки 5 связаны с базой конвейером 31 посредством шарниров 32.

Секция комплектно-агрегатной механизированной крепи функционирует следующим образом.

В исходном статическом положении секция механизированной крепи расперта между кровлей и почвой пласта и отстоит от базы конвейера 31 на величину шага передвижки (фиг.1 и 2). Комбайн, перемещаясь по конвейеру 31, осуществляет выемку очередной полосы пластового полезного ископаемого, например угля. По мере перемещения комбайна и выемки ископаемого секции комплектно-агрегатной механизированной крепи последовательно разгружаются, перемещаются к забою и распираются между кровлей и почвой пласта.

Конструктивное устройство комплектно-агрегатной секции механизированной крепи обеспечивает возможность бесполомочного бокового отклонения верхней базы перекрытия 2 относительно нижней базы основания 1 секции под действием горного давления вследствие того, что имеется свободный зазор между упорами 7 и базисными поверхностями 9 балансиров 15, а также благодаря тому, что шарнир связи перекрытия 2 с направляющим механизмом 27 выполнен с овальными в вертикальной плоскости посадочными отверстиями 29.

Так как секция крепи оснащена механизмом поперечной стабилизации, то в процессе ее разгрузки от горного давления и передвижки секции при подаче рабочей жидкости в штоковые полости 21 гидростоек 3 грундбуксы 10 перемещаются вверх, увлекая за собой кожухи 6 гидростоек через крышки 11 до тех пор, пока упоры 7 вступят во взаимодействие с базисными поверхностями 9 самоустанавливающихся балансиров 15. При этом верхняя база перекрытие 2 самоустанавливается и стабилизируется относительно нижней базы основания 1 секции, после чего секция крепи распирается между кровлей и почвой пласта. Такие функциональные свойства комплектно-агрегатной механизированной крепи разгружают гидростойки 3 от изгибающих напряжений в плоскости поперечной оси секций при последующем цикле ее нагружения под воздействием горного давления с последующей пространственной стабилизацией секций крепи.

При передвижке секции с активным подпором перекрытия к кровле и изменении высоты секции крепи, которые приводят к изменению наклона гидростоек, в них могут возникать неблагоприятные изгибающие напряжения в плоскости продольной оси секции из-за того, что усилия передвижки прилагаются к основанию секции в направлении забоя, а сила трения перекрытия о кровлю в противоположном направлении.

Вследствие того, что кожухи 6 гидростоек 3 снабжены упорами 7, выполненными в виде усеченной цилиндрической поверхности с радиусом кривизны 13 относительно оси 14 поворота гидростоек 3 в основании 1 и обращенными выпуклой поверхностью кривизны к базисным поверхностям 9 самоустанавливающихся балансиров 15, расположенным вдоль поперечной оси 0'-0' секции, а перекрытие 2 и основание 1 связаны направляющим механизмом 27 с овальными в вертикальной плоскости посадочными отверстиями 29, в процессе передвижки секции и ее поперечной самоустановки упоры 7 взаимодействуют с базисными поверхностями 9 самоустанавливающихся балансиров 15 по контактной линии, параллельной поперечной оси 0'-0' секции и перпендикулярной большим усилиям, действующим в плоскости продольной оси 0-0 секции. Это создает эффект дополнительного условного шарнира относительно плоскости продольной оси секции при взаимодействии упоров 7 с базисными поверхностями 9 самоустанавливающихся балансиров 15 по осевой образующей, параллельной поперечной оси 0'-0'секции, что в сочетании с направляющим механизмом 27 разгружает гидростойки 3 от изгибающих напряжений и в плоскости продольной оси секции, что в совокупности повышает эксплуатационную надежность крепи. Кроме того, выполнение перекрытия 2 с овальными в вертикальной плоскости посадочными отверстиями 29 в сочетании с механизмами стабилизации положения секции разгружает секцию от неблагоприятных крутящих моментов и напряжений при взаимодействии с кровлей и почвой, имеющих переменную гипсометрию, что также обеспечивает возможность снижения материалоемкости механизированной крепи.

Оснащение кожухов 6 гидростоек 3 в нижней части открытыми овальными пазами, цилиндров гидростоек в нижней части штифтами, жестко связанными с ними, а в верхней части съемными штифтами облегчает процесс сборки механизмов стабилизации и предотвращает осевой поворот кожухов относительно цилиндров гидростоек, что повышает эксплуатационную надежность устройства.

Предложенная секция комплектно-агрегатной механизированной крепи, сочетающая в себе механизм пространственной поперечной стабилизации перекрытия относительно основания, а следовательно, и базы конвейера в процессе передвижки секции, разгружающий гидростойки от изгибающих напряжений в процессе цикличного нагружения крепи со стороны массива кровли, а также направляющий механизм продольной стабилизации секции с новыми функциональными свойствами, являет собой новый класс кострово-щитовых секций механизированных крепей.

Формула изобретения

1. СЕКЦИЯ КОМПЛЕКТНО-АГРЕГАТНОЙ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ КРЕПИ, включающая основание и перекрытие, связанные между собой посредством шарнирно закрепленных на них гидростоек с механизмами поперечной стабилизации, выполненными в виде подвижных в осевом направлении кожухов с упорами, размещенных на цилиндрах гидростоек с возможностью взаимодействия в нижней части с базисной поверхностью, а в верхней части с грундбуксами гидростоек, отличающаяся тем, что кожухи гидростоек в верхней части снабжены крышками с отверстиями, через которые свободно пропущены штоки гидростоек, а в нижней части упорами, выполненными в виде усеченной цилиндрической поверхности с радиусом кривизны относительно оси поворота гидростоек в основании и обращенными выпуклой поверхностью кривизны к базисным поверхностям, размещенным над основанием и расположенным по бокам гидростоек вдоль поперечной оси секции крепи.

2. Секция по п.1, отличающаяся тем, что базисные поверхности выполнены в виде пары самоустанавливающихся относительно упоров балансиров, размещенных на осях и кронштейнах, жестко связанных с основанием и охватывающих гидростойки.

3. Секция по п.1, отличающаяся тем, что кожухи гидростоек в нижней части выполнены с открытыми к основанию овальными пазами, а цилиндры гидростоек с направляющими штифтами, жестко связанными с ними и размещенными в плоскости, параллельной продольной оси секции с возможностью взаимодействия с пазами.

4. Секция по пп. 1 и 3, отличающаяся тем, что кожухи гидростоек в верхней части выполнены с закрытыми овальными пазами, а цилиндры гидростоек со съемными направляющими штифтами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4