Крепь для поддержания очистного забоя крутого угольного пласта

 

Изобретение предназначено для использования в горном деле при добыче угля и других полезных ископаемых из крутых пластов. Задачей изобретения является повышение эффективности поддержания рабочего пространства очистного забоя за счет исключения сползания крепи по линии падения пласта путем установки ее в предварительно пробуренные скважины. Крепь имеет гидродомкраты передвижки, гидравлические стойки, установленные по нормали между нижней опорной балкой и верхним перекрытием, и ограждения. Она включает секции с кронштейнами под гидродомкраты передвижки, приваренными со стороны завального края, и секции с кронштейнами под гидродомкраты передвижки, приваренными ближе к середине. Верхнее и нижнее перекрытия каждой секции выполнены в виде опорной балки коробчатого сечения с технологической щелью в нижней стороне короба. Завальный конец верхней и нижней балок снабжен ограждениями, направленными по нормали к балке соответственно вниз и вверх. Во внутреннем пространстве каждой балки установлен буровой инструмент, содержащий трубу, забойный конец которой жестко связан с исполнительным органом и кинематически, посредством планетарной передачи, - со шнеком. Завальный конец трубы кинематически связан с вращателем и посредством подшипниковой опоры, толкателя и гидродомкрата подачи - с опорной балкой. На боковой поверхности забойной части трубы выполнены загрузочные отверстия и по уровню их завального края приварен погрузочный лемех. Оси сателлитных колес планетарного редуктора жестко связаны с толкателем. Диаметр исполнительного органа равен диагонали сечения опорной балки, а величина хода штока гидродомкрата передвижки в два раза больше величины хода гидродомкрата подачи. 9 ил.

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

Известен агрегат для разработки крутых угольных пластов средней мощности, содержащий различные элементы, обеспечивающие крепление кровли, подачу выемочной машины на забой, отделение угля от массива, фронтальную передвижку [1] . Недостатками агрегата являются повышенные чувствительность к изменению длины забоя вследствие отклонения в параллельности подготовительных выработок, металлоемкость добычи, загроможденность рабочего пространства забоя элементами агрегата.

За прототип принята крепь для поддержания рабочего пространства при разработке крутых пластов, содержащая нижнюю опорную балку, верхнее перекрытие, гидродомкраты передвижки, гидравлические стойки, установленные между нижней опорной балкой и верхним перекрытием, ориентированные по нормали к ним, и ограждение, защищающее рабочее пространство от проникновения обрушенных пород [2].

Недостатками прототипа являются: - повышенная металлоемкость очистного забоя, связанная с применением секционных гидравлических крепей; - повышенные затраты на удержание крепей от сползания по падению пласта во время их передвижки; - низкая надежность крепи, связанная с наличием в поддерживаемом пространстве гидравлических магистралей; - повышенная загроможденность рабочего пространства очистного забоя стойками и устройствами управления крепью.

Эти недостатки, по нашему мнению, резко снижают эффективность поддержания рабочего пространства очистного забоя.

Цель изобретения - повышение эффективности поддержания рабочего пространства очистного забоя за счет исключения сползания крепи по линии падения пласта путем установки ее в предварительно пробуренных скважинах.

Поставленная цель достигается тем, что в крепи, содержащей нижнюю опорную балку, верхнее перекрытие, гидродомкраты передвижки, гидравлические стойки, установленные по нормали между нижней опорной балкой и верхним перекрытием, и ограждение, верхнее перекрытие выполнено в виде опорной балки коробчатого сечения с технологической щелью в нижней части балки, нижняя опорная балка выполнена так же, как верхняя, завальный конец верхней балки снабжен ограждением, направленным по нормали к балке вниз, завальный конец нижней балки снабжен ограждением, направленным по нормали к балке вверх, во внутреннем пространстве каждой балки установлен буровой инструмент, содержащий трубу, забойный конец которой жестко связан с исполнительным органом и кинематически, посредством планетарной передачи, - со шнеком, завальный конец трубы кинематически связан с вращателем и посредством подшипниковой опоры и гидродомкрата подачи - с торцом опорной балки, кроме того, на боковой поверхности трубы в забойной ее части выполнены загрузочные отверстия и приварен погрузочный лемех.

Изобретение поясняется схемами. На фиг.1 показана секция крепи (вид сбоку), на фиг.2 - продольное сечение верхней опорной балки, на фиг.3 - сечение балки по линии А-А, указанной на фиг.2, на фиг.4 - сечение балки по линии Б-Б, указанной на фиг.2, на фиг.5 - верхняя опорная балка (вид сбоку), на фиг.6 - верхняя опорная балка (вид в плане), на фиг.7 - сечение верхней опорной балки по линии В-В, указанной на фиг.6, на фиг.8 - установка крепи в очистном забое крутого пласта (вид со стороны отработанного пространства, ограждение условно не показано); на фиг.9 - схема установки крепи (вид в плане).

Крепь для поддержания очистного забоя крутого угольного пласта содержит верхнюю 1 и нижнюю 2 опорные балки, гидравлическую стойку 3, верхнее 4 и нижнее 5 ограждения, гидродомкраты 6 передвижки верхней опорной балки, гидродомкраты 7 передвижки нижней опорной балки, гидравлический 8 и электрический 9 распределители.

Опорная балка 1 имеет коробчатое сечение и может быть выполнена из двух швеллеров 10 и 11, установленных параллельно, ориентированных полками друг к другу и соединенных посредством накладок 12 методом сварки. При этом в своей нижней части балка 1 имеет технологическую щель 13. Завальный конец балки жестко связан с верхним ограждением 4, ориентированным по нормали вниз, и снабжен кронштейном 14, приваренным к торцу изнутри балки. Во внутреннем пространстве опорной балки 1 установлен буровой инструмент 15.

Буровой инструмент 15 содержит трубу 16, исполнительный орган 17, планетарный редуктор 18, шнек 19, подшипниковую опору шнека 20, подшипниковую опору трубы 21, ось 22 и накладку 23.

Забойный конец трубы 16 снабжен наружной резьбой, посредством которой на трубу навинчивается исполнительный орган 17, и зубчатым колесом внутреннего зацепления, являющегося составной частью планетарного редуктора 18. На боковой поверхности забойной части трубы 16 выполнены сквозные загрузочные отверстия 24, по завальному краю которых к трубе приварен загрузочный лемех 25. Завальный конец трубы 16 снабжен зубчатым колесом 26 наружного зацепления, упорно-радиальным подшипником 21 и защитным кожухом 27, выполненным в виде конфузора, приваренного к внутренней поверхности трубы.

На забойном конце шнека 19 нарезаны зубья солнечного колеса планетарного редуктора 18, а на завальном - подготовлено посадочное место под радиальный подшипник 20. Вал шнека 19 выполнен в виде трубы, во внутреннем пространстве которой установлена штанга 22. Забойный конец шнека своими зубьями введен в зацепление с сателлитными колесами планетарного редуктора 18, оси которых при помощи накладки 23 связаны со штангой 22. Завальный конец штанги 22 жестко закреплен в центральном отверстии толкателя 28, который с одной стороны посредством подшипника 21 связан с трубой, посредством подшипника 20 - со шнеком, а с другой - посредством гидродомкрата 29 подачи и кронштейна 14 с опорной балкой 1. Зубчатое колесо 26 трубы 16 кинематически связано с вращателем 30, который, в свою очередь, жестко связан с толкателем 28.

Буровой инструмент 15 установлен во внутреннем пространстве опорной балки 1. Зазоры между внутренней поверхностью балки и наружной поверхностью трубы заполнены антифрикционным материалом 31. К боковой поверхности опорной балки приварены кронштейны 32 крепления гидродомкратов передвижки.

Нижняя опорная балка 2 имеет аналогичную конструкцию, за исключением того, что нижнее ограждение 5, жестко связанное с нижней балкой, ориентировано по нормали вверх, а к боковым поверхностям опорной балки 2 приварены кронштейны для крепления гидродомкратов 7 передвижки нижней опорной балки. Дополнительно нижняя опорная балка 2 снабжена поддирочным лемехом 33.

Крепи устанавливают по всей длине очистного забоя ограждениями вплотную друг к другу, перекрывая тем самым рабочее пространство очистного забоя от прорыва пород, расположенных за крепью. Для этого у границ пласта с кровлей и почвой намечают два ряда скважин, располагая их устья на нормалях к напластованию. В каждое устье скважин у кровли пласта вставляют опорную балку 1, а у почвы пласта - опорную балку 2, связывая балки между собой гидравлической стойкой 3 и ограждениями 4 и 5. Гидродомкратами 6 и 7 связывают опорные балки с одноименными балками соседних секций. На первой секции, например, к кронштейнам присоединяют цилиндры домкратов, тогда на второй секции - штоки, на третьей - опять цилиндры и т.д. При этом исходное состояние домкратов передвижки - штоки выдвинуты на половину хода. Поршневые и штоковые полости гидродомкратов передвижки 6, 7 и подачи 29 шлангами соединены с гидрораспределителем 8. При этом величина хода поршня домкрата передвижки 6 (7) в два раза больше хода поршня домкрата подачи 29. Пространство за ограждениями 4 и 5 заполняют породой, например обрушением.

Крепь работает следующим образом. Сначала подключают гидрораспределитель и приводы вращателей, например, к очистному комбайну, работающему с данной крепью. При одновременном включении приводов вращателей и домкратов подачи осуществляют бурение скважин. При этом угольный штыб, образующийся в скважинах, загрузочным лемехом 25 через загрузочные отверстия 24 направляется во внутрь трубы 16, где попадает в зону действия шнека 19. Вращение трубы 16 через планетарный редуктор 18 передается валу шнека 19, но в обратную сторону и втрое быстрее. Шнек 19 транспортирует штыб в сторону от забоя скважины до завального конца трубы. Пройдя конфузор 27, штыб под действием собственного веса через технологическую щель 13 высыпается в рабочее пространство очистного забоя. При подаче бурового инструмента на забой нижней скважины осуществляется подача поддирочного лемеха 33, за счет чего осуществляется поддирка почвы пласта от межбалочных целиков. Так как крепь устанавливают при выемке круто-наклонных и крутых пластов, то дальнейший транспорт штыба вдоль очистного забоя осуществляется самотеком.

По окончании углубления скважин выключают подачу буровых инструментов на забой и приводы вращетелей. Снимают распор с гидростойки 3, а затем включают в работу домкраты передвижки 6 и 7 - опорные балки 1 и 2 вдвигаются в пробуренные скважины, увлекая за собой стойку 3 и ограждения 4 и 5 данной секции крепи. По окончании передвижки крепь снова распирают и снимают питание, а работы по передвижке переносят на соседнюю секцию крепи.

Вдвое большая величина хода поршня гидродомкрата передвижки по сравнению с величиной хода штока гидродомкрата подачи позволяет организовать как одностороннюю, так и двустороннюю (челноковую) схему выемки угля или передвижки секций крепи.

Таким образом, за счет снабжения опорных балок буровым инструментом появляется возможность достижения цели изобретения. Появилась способность крепи в бурении скважин и установки в каждой из них по опорной балке; кроме того, появилась способность крепи постоянно углублять скважины без ухудшения условий поддержания забоя. Установка опорных балок в скважины обеспечивает безусловное удержание крепи от сползания по падению пласта, снижение не только металлоемкости очистного забоя (так как позволяет использовать угольный массив в качестве забойного ряда стоек крепи), но и загроможденности его оборудованием, а это, в свою очередь, улучшает условия проветривания рабочего пространства крутого пласта. Замена гидромагистралей на индивидуальное питание секций от комбайна не только снижает металлоемкость добычи, но и повышает надежность крепления очистного забоя, а отклонения в параллельности подготовительных выработок могут быть нивелированы путем установки дополнительных секций со стороны примыкающих выработок. Все это способствует повышению эффективности разработки крутого угольного пласта.

Предложенная крепь может быть использована при реализации способа разработки крутого угольного пласта по заявке 2001130108. Область ее применения может быть расширена на мощные пологие угольные пласты, в частности, верхняя опорная балка, связанная с гидравлической стойкой и ограждением, может быть использована при реализации способов разработки по патенту РФ 2168629, заявкам 2000116245 и 2000116246 в качестве крепи очистного забоя пологого угольного пласта.

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.290, рис.3.16.

2. Там же, с.284, рис.3.14 (прототип).

Формула изобретения

Крепь для поддержания очистного забоя крутого угольного пласта, содержащая нижнюю опорную балку, верхнее перекрытие, гидродомкраты передвижки, гидравлические стойки, установленные по нормали между нижней опорной балкой и верхним перекрытием, и ограждения, отличающаяся тем, что включает секции с кронштейнами под гидродомкраты передвижки, приваренными со стороны завального края, и секции с кронштейнами под гидродомкраты передвижки, приваренными ближе к середине, верхнее перекрытие каждой секции выполнено в виде опорной балки коробчатого сечения с технологической щелью в нижней стороне короба, нижняя опорная балка выполнена так же, как верхняя, завальный конец верхней балки снабжен ограждением, направленным по нормали к балке вниз, завальный конец нижней балки снабжен ограждением, направленным по нормали к балке вверх, во внутреннем пространстве каждой балки установлен буровой инструмент, содержащий трубу, забойный конец которой жестко связан с исполнительным органом и кинематически, посредством планетарной передачи, - со шнеком, завальный конец трубы кинематически связан с вращателем и посредством подшипниковой опоры толкателя и гидродомкрата подачи - с опорной балкой, на боковой поверхности забойной части трубы выполнены загрузочные отверстия и по уровню их завального края приварен погрузочный лемех, оси сателлитных колес планетарного редуктора жестко связаны с толкателем, диаметр исполнительного органа равен диагонали сечения опорной балки, а величина хода штока гидродомкрата передвижки в два раза больше величины хода гидродомкрата подачи.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9