X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

1.Понятие механизированной крепи и ее назначение

Для выемки угля издавна применялись длинные очистные забои история которых насчитывает около 100 лет. В начале применялась буро-взрывная выемка, а в конце 40-ых годов и в начале 50-ых появились первые очистные, широкозахватные комбайны с полосой выемки до 2 метров. Крепь лавы-индивидуальная из стоек трения а затем и гидровлических стоек. В конце 50-ых,в начале 60-ых появляются механизированные крепи с длинной лавы до 120 м.З десь крепь представляла собой сплошное металическое перекрытие с гидростойкми, которая обычно имела общее оснавание (подошва), но иногда гидростоики имели отдельное опоры в виде тарелок. В этом случае гидростойка прекреплялась к верхнему перекрытию полужестко например, через шаровой шарнир и пружину вокруг цилиндра гидростойки. Пружина удерживала гидростойку от излишних наклонов, но в то же время давала возможность перекрытию приспосабливаться к неровностям кровли, рис1, а на рисунке 2 секция с жестким сплошным основанием.

рис1

Рис. 2- Секций крепи КМ -87: а-проход комбайна по лаве , б-после передвижки секций

Передвигать крепь на большую ширину до 2 м было затруднительно, поэтому комбайны стали делать узкозахватные с шириной полосы вынимаего угля до 0,63 м. На рисунке 3 показана лава в плане. Здесь показа крепь щитового типа Глиник.

Рис.3

На рисунке 4 представлен обший вид таких секций

Рис.4

Эти секций в отличий от первых имели связь перекрытие с оснаванием через ограждение с 4-ех хвенником Чебышева(лемнискатный механизм). Они имели связь с забойным конвейром через гидродомкрат передвижение. С одной стороны гидродомкрат крепился конвейер к балке , а с другой к основанию секций. Их связь выполнена по типу обратной, когда втягивание штока при распертой вызывает передвижение конвейера, а затем каждая секция по отдельности передвигаться к забою за счет выдвижение штока. Это дает возможность использовать большее усилие на передвижение тяжелых секций крепи и меньшее – конвейера.

Постепенно длину лавы довели до 200 а иногда до 300 м. Считалось что это обеспечивает безостановочную работу комбайна скользящему по бор там конвейера , и в этом случае обьем проводимых выработок резко сокращался. Эти выработки обычно проводят с двух сторон, оконтуривая лаву. Одна из них вентиляционная а другая транспортная - для перевозки добываемого угля из лавы. Недостатком лав считается необходимость провидение монтажных и демонтажных работ. Это нужно для начало работ, когда секций крепи переводяться из другого участка в новую монтажную камеру и для разборки секций после оканчания работ в лаве.

Рис.5

Крепь делят: по функциям взаимодействия с боковыми породами — на поддерживающие, оградительные, оградительно-поддерживающие и поддерживающе-оградительные; по конструктивной схеме взаимодействия секций — на секционные, комплектные и агрегатированные. Крепи поддерживающего типа (рис. а) предназначены для предотвращения обрушения кровли в пределах рабочего пространства очистнойвыработки. Секции их состоят из перекрытия, от двух до шести опорных гидравлических стоек, основания иодного или двух гидродомкратов передвижения. Призабойная зона лавы поддерживается перекрытиямисекции консольно. По длине перекрытие сплошное или состоит из двух и более звеньев, соединённыхшарнирами, чем обеспечивается лучший контакт его с неровной поверхностью кровли. М. к. поддерживающеготипа применяют в основном на пластах мощностью до 2 м, реже до 3,5 м. Крепи оградительного типаиспытывают только нагрузку, передаваемую обрушенными породами, защищая рабочее пространствоограждающими перекрытиями (рис. б). Эти крепи не нашли широкого применения. Крепи оградительно поддерживающего и поддерживающе типов имеют элементы, выполняющие функцииподдержания кровли и защиты рабочего пространства от обрушающихся пород. Крепи поддерживающе оградительного типа (рис.в) поддерживают кровлю на большей ширине рабочего пространства, чем крепи оградительно-поддерживающего типа (рис. г); секция имеет 2-3 гидростойки, что обусловливает возможность примененияеё в лавах с труднообрушающейся основной кровлей при слабой непосредственной кровле. Оградительнаячасть выполняется в виде прочного наклонного перекрытия. Эти крепи применяют в большинстве случаев напластах мощностью от 1,6 до 2,5 м; разрабатываются (1974) конструкции для пластов до 3,5 м. Секции крепи оградительно поддерживающего типа имеют прочное наклонное ограждающее перекрытие и относительно короткий козырёк, поддерживающий кровлю на небольшой ширине у забоя с помощью одной стойки. Крепи применяют при легко обрушаемых основных и слабых породах непосредственной кровли на пластах мощностью 2-3,5 м. М. к., секции которых не имеют постоянных кинематических связей между собой и с др. оборудованием лавы, называются секционными. Вследствие большой трудоёмкости передвижки и установки секционные крепи не нашли широкого применения. Комплектные крепи состоят из комплектов, включающих две и более кинематически связанных между собой секций. Комплекты крепи не имеют связей между собой. Секции агрегатированной крепи имеют постоянную кинематическую связь с базовым элементом очистного комплекса ставом конвейера, направляющей рамой выемочной машины или специальным базовым элементом. Гидродомкратами передвижения снабжаются все или часть секций агрегатированной крепи. Наличие постоянной связи с базой и, как правило, направленное движение являются благоприятными предпосылками для дистанционного и автоматизированного управления всем комплексом оборудования очистного забоя. Агрегатированные крепи считаются наиболее перспективными. Управление гидроприводом и гидросистемой М. к. производится с кнопочных постов, устанавливаемых в лаве через 5-8 м или центрального пульта, расположенного в штреке. В СССР на пластах пологого падения нашли применение М. к.: поддерживающиеМ-87 и М-97; поддерживающе-оградительные МК и М-81; оградительно-поддерживающие ОМКТ-М и ОКП иоградительные КТУ. Внедряются М. к. для пластов наклонного (М-87ДН, КМ-127 и др.), а также крутого (АЩ, КГД-2, АНЩ, АКД и др.) падения. Наиболее разнообразны М. к. поддерживающего типа.

За рубежом развитие М. к. идёт по пути создания и совершенствования в основном крепейподдерживающего типа как в агрегатированном (крепи фирм «Галлик», «Даути» и др. — Великобритания), таки в комплектном («Вестфалия», «Клекнер-Ферроматик» — ФРГ, «Карлтон» — Великобритания, «Саэ-Сомеми» — Франция, DVP-3 — ЧССР и др.) исполнении.

Совершенствование М. к. осуществляется по пути снижения их металлоёмкости и стоимости, повышениянадёжности всех узлов, оптимизации параметров, создания конструкций, обеспечивающих в комплексе свыемочными и транспортными средствами полную автоматизацию процессов выемки, транспортированияугля, крепления и управления горным давлением в очистном забое и на сопряжении его с подготовительнымивыработками.

Лит.: Справочник по креплению горных выработок, М., 1972.

В. В. Жуков.

Схемы механизированной крепи: а — поддерживающего типа; б — оградительного типа; в — поддерживающе-оградительного типа; г — оградительно-поддерживающего типа; 1 — опорные элементы — стойки; 2 — перекрытие; 3 — основание; 4 — защитное ограждение; 5 — ограждающее перекрытие; 6 — поддерживающий козырёк.

2. Особенности механизированных крепей на крутых и наклонных пластах

При подвигании лав по простиранию на крутых и наклонных пластах крепь и весь выемочный комплекс сползают по падению пласта под влиянием гравитационных сил и сдвижения вмещающих пород.

Чтобы предотвратить сползание и опрокидывание секций, их увязывают в единую кинематическую систему и производят передвижение крепи с активным подпором, путем последовательного передвижения секций подтягиванием их к предварительно передвинутой базе крепи с опорой на соседние секции.

При разработке крутых пластов одним из перспективных направлений является применение комплексов и агрегатов с щитовой оградительно-поддерживающей крепью, работающих по падению пласта. Опускание щитовых крепей осуществляется путем принудительного подтягивания их к конвейеростругу. Особенностью такой крепи является то, что ее секции опираются на забой не у почвы пласта, а в его середине через маятниковые опоры, проходящие через балку конвейероструга. Перед посадкой крепи направляющая балка конвейероструга выдвигается в крайнее положение к забою и закрепляется с помощью посадочных стоек, а затем к ней одновременно по всей лаве подтягиваются секции крепи.

2. Современные механизированные крепи для тонких и средней мощности пластов пологого и крутого падения

В условиях разработки тонких и средней мощности пологих и наклонных пластов применяются крепи поддерживающего и поддерживающе-оградительного типа.

Крепь 1М103 (рис. 7) – поддерживающего типа и агрегатирована с конвейером. Она состоит из четырехстоечных секций (2+2) со стойками 3 двойной раздвижности постоянного сопротивления, каждая из которых через жесткую балку 2 соединена со ставом конвейера и состоит из задней части перекрытия 5, опирающейся на две стойки посадочного ряда, средней части 4 с опорой на забойный ряд стоек и двух призабойных консолей 1, поддерживаемых своими гидропатронами.

Рис.7

Мощность обслуживаемых пластов 0,7...1,0 м. Крепь предназначена для работы в условиях категории пород кровли по устойчивости нижнего слоя не менее Б₃ (работает с постоянным подпором), по обрушаемости до А₃ включительно, по устойчивости почвы П₃.

Соседние секции крепи 1М103 попарно соединены друг с другом у оснований с помощью направляющей трубы, что позволяет применять крепь при углах падения пластов до 35.

Достоинства крепи заключаются в возможности двухстороннего дистанционного управления передвижкой секций из-под соседних секций и высокий начальный распор (до 600 кН).

В исходном положении (до прохода комбайна) основания секций оттянуты от забоя на ширину захвата (0,8 м), крепь готова к передвижке к забою после прохода комбайна. Передвижку секции крепи производят обычно последовательно (при скорости комбайна до 2,5 м/мин), возможна передвижка через одну (при большей скорости выемки) с последующим подтягиванием остальных непередвинутых секций.

Крепь “Донбасс-90” – поддерживающе-оградительного типа (рис. 2.7), соединена с забойным конвейером гидродомкратом передвижки. Крепь применяется при мощности пласта 0,8...1,2 м при углах падения до 35. Секция крепи состоит из четырех гидростоек двойной раздвижности, постоянного сопротивления, жесткого основания, верхнего и оградительного перекрытия. Конструкция крепи предусматривает возможность передвижки с активным подпором или с отрывом перекрытия от кровли. К передней консоли перекрытия шарнирно подвешены рессорные верхняки, поджимаемые к кровле передней парой гидростоек через промежуточные рычаги. Задняя консоль перекрытия связана с оградительным перекрытием, которое двумя спаренными траверсами, образующими шарнирный четырехзвенник, соединена с основанием секции.

Система передвижения секций состоит из домкрата и жесткой рамы, расположенных по середине основания, жесткая рама кинематически связана с забойным конвейером.

Управление секцией осуществляется дистанционно, из-под секции, расположенной рядом. Вслед за проходом комбайна готовые к передвижке гидростойки секции крепи разгружаются, после чего секция с активным подпором передней пары гидростоек подтягивается механизмом передвижения к конвейерному ставу (шаг передвижки 0,8 м), гидростойки распираются, в результате чего обнаженная кровля подхватывается верхняками с козырьками.

Оградительное перекрытие защищает рабочее пространство лавы с боковых сторон и со стороны выработанного пространства от обрушающейся породы кровли и осуществляет неизменную в плоскости пласта шарнирную связь основания и перекрытия, чем обеспечивается направленное перемещение секции крепи при передвижке.

Крепи предназначены для работы в условиях пород кровли по обрушаемости А₂, устойчивости нижнего слоя Б₃ и почвы П₂.

Крепь МК98 (рис.8) – поддерживающего типа, комплектная, состоит из отдельных комплектов, кинематически не связанных друг с другом и с забойным конвейером.

Крепь предназначена для разработки угольных пластов мощностью 0,70...1,25 м, с углом падения до 20.

Комплект включает в себя две двухстоечные секции рамного типа, соединенные между собой рессорной межсекционной связью и домкратом передвижки секций, расположенным у кровли между секциями, являющимся направляющей базой при передвижке последних.

Каждая секция комплекта состоит из двух одинаковых стоек двойной гидравлической раздвижности с тарельчатыми опорами на почву, перекрытия, ограждения, секционного гидрооборудования. Для передвижки забойного конвейера служат специальные гидродомкраты, которые с помощью хомутов соединены с одной из стоек каждого четвертого комплекта и подключены к гидрораспределителю этого комплекта.

Секции крепи МК98 в исходном положении располагаются по линейной, оттянутой от конвейера схеме. Это создает условие машинисту и его помощнику удобно управлять комбайном, находиться в бесстоечном пространстве.

Шаг установки комплектов 1,6 м, ширина перекрытий секций – 0,5 м. Шаг передвижки секций 0,8 м. При передвижении одна из секций разгружается, ее стойки поднимаются вверх и отрываются от почвы, перемещаются вперед и, стойки опускаясь на почву, распираются. Крепь как бы “шагает”.

Применение комплектной крепи является экономически эффективным. Это объясняется простотой конструкции комплекта, верхним расположением домкрата, хорошей приспосабливаемостью к изменению залегания пласта, мобильностью комплекта, отсутствием связи с конвейером и невысокой стоимостью монтажно-демонтажных работ.

Область применения крепи ограничена категорией пород кровли по обрушаемости А₂, по устойчивости Б₄, и устойчивости почвы П₃.

В исходном положении конвейер передвинут к забою, передние стойки секций комплектов крепи по всей длине лавы отстают от конвейера на расстояние, обеспечивающее передвижку секции на захват комбайна (0,8 м). Кровля над конвейером поддерживается управляющими консолями перекрытий. По мере подвигания комбайна передвигаются секции крепи, подхватывая свежеобнаженную кровлю в уступе забоя.

Для условий угольных пластов средней мощности на пологом и наклонном падениинаибольшее распространение получили крепи поддерживающего и оградительно-поддерживающего типа.

Рис.9Крепи 1М88 и 2М87УМН (рис. 9 а, б) – поддерживающего типа имеют один домкрат передвижки, агрегатированы с забойным конвейером.

Эти крепи двухстоечные рамного типа, стойки двойной раздвижности.

Перекрытия крепей сплошные и поддерживают кровлю по всей ширине секции, коэффициент затяжки кровли до 0,9, шаг установки секции 0,95 м.

Между секциями крепи имеются направляющие балки, которые через специальный кронштейн связаны с конвейером, обеспечивают направленное движение секции и удерживают конвейер от сползания вниз.

Крепь 1М88 предназначена для применения на пластах с углом падения до 15, мощностью 1,0...1,3 м. Крепь не имеет механизма для обеспечения боковой устойчивости секций, снабжена легким шарнирным ограждением со стороны выработанного пространства.

Крепь 2М87УМН отличается наличием у оснований каждой секции специального гидравлического устройства, которое не допускает бокового наклона разгруженной передвигаемой секции, а также наличием со стороны выработанного пространства П-образного щитка, надежно ограждающего рабочее пространство от проникновения обрушенных пород. Для подпитки гидропатронов механизма устойчивости секций по лаве проложен третий магистральный трубопровод.

Крепь 2М87УМН применяется для разработки пластов мощностью 1,25...1,95 м при углах падения до 35.

Крепи 1М88 и 2М87УМН предназначены для работы в условиях пород кровли по устойчивости Б₄ и обрушаемости А₂, устойчивой почвы. Шаг передвижки крепи 0,63 м.

Исходное положение крепи – конвейер передвинут к забою, секции готовы для передвижки и поддержания новых обнажений кровли вслед за подвиганием комбайна. Передвижка секций может осуществляться последовательно, одна за другой, или через одну или две (в зависимости от устойчивости кровли и скорости движения комбайна).

Крепь М87УМП отличается уплотненной расстановкой секций – группами – две секции крепи М87УМН шириной 0,95 м и три секции – шириной 0,63 м. Длина такой группы секций составляет 4 м, т.е. на каждый метр длины лавы устанавливается 2,5 ст/м. У крепи М87УМН на такую же длину приходится четыре секции с плотностью крепи 2,0 ст/м. Таким образом плотность крепи увеличивается на 25%.

При немонолитной основной кровле крепь М87УМП применима в лавах с труднообрушаемой кровлей (А₃), но при наличии средней устойчивости и кровли, и почвы.

Крепь М87УМП выпускается двух типоразмеров: для мощности пласта 1...1,4 м, и 1,25...1,95 м, при углах падения до 20. Схема работы крепи М87УМП аналогична М87УМН.

Крепь М87УМС – поддерживающая, комплектная, разработана специально для применения со струговыми установками.

В комплект крепи входят две двухстоечные секции, связанные друг с другом механизмом передвижки в виде направляющей телескопической балки, расположенной между основаниями; с балкой соединяются штоки гидродомкратов передвижки секции.

Комплекты крепи не связаны со ставом конвейера струговой установки, которая подается на забой обособленной системой гидроцилиндров, каждый из которых опирается на отрезки цепи, проходящей через проушины этих домкратов и анкеруются концами к основаниям секций.

Ширина по перекрытию комплекта – 1,6 м, шаг установки – 2 м, шаг передвижки секции – 1,3 м.

Крепь М87УМС изготавливается двух типоразмеров: первый для мощности пласта 1,0...1,4 м, второй – 1,25...1,95 м при углах падения до 20.

Характеристика вмещающих пород такая же, как для крепи М87УМН.

В исходном положении секции комплектов располагаются в “шахматном” порядке: опережающие секции придвинуты к конвейеру, а отстающие находятся от конвейера на расстоянии, равном шагу передвижки крепи, гидродомкрат передвижки “заряжен”.

При отработке стругом полосы пласта шириной 0,65 м отстающие секции поочередно разгружаются и передвигаются на 1,3 м, располагаясь впереди опережающих.

После полного выхода гидродомкрата передвижки домкрат подтягивается, один конец цепи отсоединяется от передвигаемой секции и прикрепляется к ней вновь по окончании ее передвижки и распора.

Далее цикл выемки и передвижки секций комплектов крепи повторяется аналогично.

Передвижка секций крепи производится в нескольких местах лавы – в “паевом” порядке, без прекращения работы струговой установки.

При относительно слабой породе непосредственной кровли, чтобы уменьшить ширину обнажаемой её полосы в призабойной зоне, можно уменьшить шаг передвижки крепи до 0,3 или 0,4 м.

При породах кровли Б₅ крепь устанавливают линейно, вдоль забоя, что обеспечивает удобное передвижение по лаве рабочих.

Крепь МТ (рис.10) – поддерживающая, агрегатированная с конвейером двумя домкратами передвижки. Крепь четырехстоечная, двойной раздвижности, постоянного сопротивления. Перекрытие секции цельное, со стороны забоя оно имеет три рессорных пакета, к которым прикреплен широкий призабойный козырек, податливо поддерживающий призабойную полосу кровли. Возможен вариант с гидроподжимным козырьком. Направляющая балка соединена с бортом забойного конвейера. Два домкрата передвижки секций, расположенные в направляющих балках, связаны с основаниями секций обрезками цепи через кронштейны, закрепленные на основании секции с двух сторон. Крепь МТ отличается от крепи М87УМН (обе предназначены для выемки пластов одинаковой мощности и углов падения) повышенным в 2,5 раза сопротивлением секций и призабойных козырьков, увеличенным коэффициентом затяжки кровли, возможностью передвижки секции с остаточным подпором. Все это позволяет применять крепи МТ в лавах с труднообрушаемой основной и ниже средней устойчивости непосредственной кровлей.

Рис.10

Технологическая схема применения крепи МТ аналогична схеме использования крепи М87УМН.

Крепь МК75 (рис. 11) – поддерживающе-оградительная, состоит из секций, каждая из которых соединяется с забойным конвейером гидродомкратом передвижки.

Рис.11Крепь состоит из поддерживающего перекрытия 2 с гидроподжимным козырьком 1, двух гидростоек 3 одинарной раздвижности, оградительного щитка 5 со стороны выработанного пространства, основания – опоры секций на почву, двух домкратов передвижки 4, расположенных с боков секций.

Мощность обслуживаемых пластов 1,6...2,2 м, с углом падения до 35. Вмещающие породы по устойчивости не ниже Б₃, по обрушаемости – А₂, устойчивость кровли – П₂.

Носки основания секций 6 при передвижке входят в отсеки под рештаками конвейера, благодаря чему обеспечивается большая пло­щадь опоры основания секции и снижение давления на почву (ми­нимальное по сравнению с другими крепями). Кроме того, обеспечи­вается направленная передвижка секции, которая может осуществ­ляться с активным подпором. Шаг передвижки секции 0,7 м, шаг установки (ширина секции) 1,1 м, коэффициент затяжки кровли 0,95.

Секции крепи могут передвигаться вслед за комбайном после­довательно, через одну или две, а также в любом месте лавы в случае опережающего обнажения кровли.

Крепь 2УКП (рис.12) – оградительно-поддерживающая, агрегатированная с конвейером. Крепь состоит из козырька 1, поддерживающего кровлю у забоя, перекрытия 2, ограждающего рабочее пространство лавы от проникновения обрушенных пород, двух гидростоек двойной раздвижности 3 (однорядное расположение) и основания 4.

Крепь может быть применена в следующих условиях: мощность пласта 1,2...2,5 м, угол падения до 35, устойчивость пород кровли Б₃, обрушаемость – А₂, почва – П₂.

Передвижка секции производится одним гидродомкратом, посредством которого передвигается и забойный конвейер. Гидродомкрат связан с забойным конвейером с помощью направляющей балки, расположенной в средней части основания секции.

Гидростойки секции могут устанавливаться ближе к конвейеру (крепь подтянута к конвейеру) и ближе к завальной стороне (крепь готова к передвижке).

В последнем случае обеспечивается удобство управления комбайном, но уменьшается сопротивление крепи по поддержанию кровли (шире призабойное пространство).

В условиях крутонаклонных и крутых угольных пластов применяются следующие крепи.

Крепь КГУ-Д (рис. 2.13) – поддерживающе-оградительного типа состоит из однотипных секций, последовательно соединенных гидравлическими штангами; базовой балки; гидродомкратов пе­редвижки; аппаратуры дис­танционно-автоматизиро­ванного управления. Применяется при отработке лав по простиранию.

Кинематическая связь секций осуществляется через базовые балки групп секций (по восемь секций), к которым гидродомкратами присоединены секции.

Область применения: мощность обслуживаемых пластов 0,6...1,5 м, угол падения больше 35, вмещающие породы средней устойчивости.

Секции крепи КГУ-Д имеют перекрытие, две гидравлические стойки двойной раздвижности, основание, ограждение.

Управление секциями обеспечивается в автоматизированном режиме со штрека, дистанционным – с соседней секции.

Шаг передвижки секций 0,9 м, коэффициент затяжки кровли 0,8.

В кинематической схеме передвижения секций заложен принцип направленного передвижения, при котором конечное положение их по простиранию пласта определяется длиной хода гидродомкрата передвижки, а по падению – длиной сомкнутых телескопических штанг, что обеспечивает сохранение прямолинейности крепи по падению и параллельности секций между собой. Наличие фиксаторов на телескопических штангах нижней концевой секции позволяет при необходимости производить подъем крепи по восстанию и опускание ее за счет изменения хода телескопических штанг.

Крепь щитового агрегата АНЩ (рис. 2.14) – поддерживающе-оградите­льного типа, применяется при отработке угольных пластов с углом падения более 35 широкими полосами по падению, мощностью 0,7...1,3 м при боковых породах не ниже средней устойчивости, малообводненных.

Крепь агрегата состоит из поочередно передвигаемых двух групп двухстоечных секций, основных и вспомогательных, чередующихся через одну, соединенных между собой по основаниям 1 в один блок двумя рядами связей по заднему и переднему рядам стоек. Гидродомкраты подачи 3 и качания 2 образуют механизм передвижки конвейероструга по падению и мощности пласта. Шаг передвижки – 0,63 м.

В исходном положении секции крепи расперты между кровлей и почвой пласта.

Передвижка крепи осуществляется в два этапа. На первом этапе снимается распор с вспомогательной секции комплекта, включаются гидродомкраты передвижки, производится перемещение секции на забой и её распор. На втором этапе снимается распор с основных секций, включаются гидродомкраты передвижки вспомогательных секций на складывание, происходит одновременная фронтальная передвижка основных секций и их распор.

Для разработки угольных пластов в самых разнообразных горно-геологических условиях созданы и прошли промышленные испытания крепи различных типов, но далеко не все они нашли применение на шахтах из-за различного рода конструктивных недоработок или в силу других причин. Сведения об этих крепях имеются в специальной справочной литературе.

2.3.4 Выбор типа и типоразмера механизированной крепи

Основные параметры и условия применения механизированных крепей приведены в табл. 2.6.

Для конкретных горно-геологических и горнотехнических условий: мощность пласта (m_min, m_max, ), угол падения (_min, _max), категория пород по обрушаемости (А_i) и устойчивости кровли (Б_i) и почвы (_вд), а также направления выемки пласта (по простиранию, падению, восстанию), выбор типа механизированной крепи осуществляется по следующему алгоритму:

1. Устанавливаются крепи, соответствующие конкретной мощности пласта, категории пород по обрушаемости и устойчивости нижнего слоя.

2. По данным табл. 2.2 для конкретных значений средней мощности пласта и категории пород по обрушаемости определяют необходимые минимально допустимые значения сопротивлений поддерживающей части крепи Р и посадочного ряда Р_пос.

3. Табличные значения величины сопротивления крепи сравниваются со значениями сопротивлений крепей по условию 1. Те крепи, которые не удовлетворяют неравенствам , в дальнейшем не рассматриваются.

4. Оставшиеся типы механизированных крепей проверяются на их соответствие к данной устойчивости пород почвы. Если , крепь соответствует конкретной прочности пород почвы.

5. Крепи, соответствующие пунктам 1...4, проверяются на возможность их применения по углу падения пласта. Сравнивается угол падения фактический и соответствующий данной крепи, т.е. .

6. Если выбираемые крепи (по пунктам 1...5) передвигаются без постоянного подпора кровли, необходимо осуществить проверку по шагу установки секций крепи, при котором не будет происходить расслоение и обрушение нижнего слоя кровли (во время передвижки секций).

Для этого определяем минимальный шаг установки крепи для конкретных горно-геологических условий по формуле

l_c=1,6B+0,5Г,

где В – высота нижнего слоя пород кровли, м;

Г – среднее расстояние между трещинами в нижнем слое кровли, м.

Если выполняется неравенство (где – шаг установки секции крепи, м), крепь удовлетворяет условиям применения и ее следует рассматривать в дальнейшем с крепями, передвигающимися с подпором кровли, удовлетворяющим требованиям пунктов 1...5.

7. По табличным данным для механизированной крепи – минимальной высоте секции (h_min) и максимально возможной вынимаемой мощности () – проверяют условия; если они соответствуют неравенствам , то крепи будут соответствовать максимальной мощности пласта и разместятся в лаве даже в местах с минимальной его мощностью. Если по горно-геологическим и горнотехническим условиям возможно применение нескольких типов механизированной крепи, то необходимо отдавать предпочтение крепям нового технического уровня, с более высоким сопротивлением поддерживающего и линейная система

Техническая характеристика крепи Глиник 22/47

посадочного рядов и первоначальным распором.

3. Колесно – гусеничные крепи

Как уже говорилось обычно уголь брался лавой - выработкой длиной от 50 до 120 м. и шириной до 4 м (ныне длина лавы в два раза больше). Вдоль нее к длиной стенке, называемой грудью забоя, для подпора кровли устанавливались секции механизированной крепи шириной от 1 м. и длиной 3-4 м. Дополнительно крепь не пропускала в рабочее пространство породы, которые обрушались при её перемещении на забой. Дополнительно поясним как работает лава. Комбайн двигается вдоль лавы. Перемещаясь с одного до другого края снимает ленту угля шириной около 0.6 м. Параллельно фронту крепи на почве расстелен конвейер и комбайн скользит по нему, как по железной дороге, разрушает шнеками уголь пласта и грузит его на конвейер. В освобождающееся от угля пространство волной задвигается конвейер, отталкиваемый гидродомкратами прикрепленными к секциям крепи. Как только участок конвейера оказывался передвинутым, к нему, за счет тех же гидродомкратов, последовательно подтягивались, одна за другой, секции крепи. Так что 120 м фронт крепи оказывался на расстоянии 0.6 м от прежнего места, а в образовавшуюся пустоту обрушиваются породы сходящие с верхняков секций. Вот так и двигается лава 120 метровой стеной до тех пор, пока не закончится в пласте заранее оконтуренный столб длиной до 1500 м. Каждая секция из 100 делает шаг в 0, 6 м., и таких шагов ей следует совершить до 2500. Но перед каждым шагом секция разгружается от контакта с кровлей, для чего гидростойки чуть сжимаются и включается гидродомкрат подтягивающий секцию к конвейеру т.е. на новое место. Затем производится распор гидростойки для очередного подпора кровли верхняком крепи. И это последовательно выполняется на всех секциях механизированной крепи. т.е. за время отработки столба осуществлялось около 2500 *100 циклов передвижки соответственно со снятием и новым распором гидростоек. На все это нужны энергия и время. Следует добавить, что эти же секции удерживают 500 метровый столб породы от кровли до земной поверхности. Понятно насколько сложны условия работы механизированной крепи и людей их обслуживающих. От колоссального давления нависающей мощной консоли пород пласт "стреляет" - растрескивается и разбрасывает крупинки угля, сечет открытые участки лица. Дальше поток угля с забойного конвейера грузится на другой, расположенный транспортной выработке, идущей в крест лаве. Пожалуй ни одна машина не Земле не работает в столь сложных условиях - ни в космосе, ни на дне морском. И иной раз видишь, как сжатая между кровлей и почвой плита угля разваливается на "сундуки" и сползает на конвейер. Надо сказать, что пласт не просто твердое тело - его ни даром называют газо-угольным. Частички угля содержат поры, заполненные метаном. Пласт и особенно у забоя напоминает подушку находящуюся под давлением, со сложным законом открытия и закрытия молекулярных структур пор.

Убрать главный недостаток механизированных крепей лав при передвижке - сложные и многочисленные операции по снятию с распора и новому распору секций предназначалось системе разработанной в КНИУИ (институт в 60- 80 г. Прикрепленный к производственному объединению КарагандаУголь) на основе агрегата ОБКА (очистной без разгрузочный колесный агрегат). Здесь секция крепи (обычно движущиеся скольжением) установили на колеса, для чего использовались пневмобалоны от самолетов, обладающих особой прочностью и несущей способностью. В верхней части, для предотвращения падение породы на почву, имелись гусеницы из резинотросовой ленты покрывающие всю секцию. Поскольку усилие на передвижку в режиме качения в десятки раз меньше чем при скольжении, то поджатая гидравликой к кровле и почве крепь могла передвигаться к забою без снятия с распора. Представьте, усилие, которое развивает гидродомкрат для передвижения обычной секции скользящей по почве, достигает 40 тс , а здесь конструкторы надеялись уменьшить его в 5 - 10 раз, и самое главное, устранить разгрузку и последующую нагрузку крепи с 2500 раз до 0, ну или сделать её хотя бы частичной. Кроме того длина лавы уменьшалась до 50 м. Одним из разработчиков этой системы был Пономарев Борис Яковлевич, а направление возглавлял Ким Альгерт Васильевич - один из заместителей директора угольного института КНИУИ, прикрепленного для технологического надзора к шахтам. Кроме того Ким А.В. был и профессором кафедры горных машин политехнического института. Система разработки ввиду сложности колесной крепи была короткозабойной и его длина не превышала 50 м. Однако такую систему внедрить так и не удалось. Заметим, что на Украине разрабатывались и гусеничные варианты (Савенко А.). Они считали, что колеса не выдержат давления огромной толщи пород и предлагали гусеницы подобные тракторным. В КПТИ также предлагали свои варианты, и они заключались в применении стальных упругих лент элипсовидной формы свернутых в рулон, гибкость которых управлялась специальной системой.

5. Крепи для мощных пластов

Пласты свыше 4 м отнесены к категории мощных и они обычно вынимались слоевыми системами т.е по высоте его отрабатывали 2 – 3 лавы каждой из которых вынимался слой толщиной до 3 м. За внедрение такой системы в Караганде её ученные получили Государственную премию СССР. И конечно существовали варианты её упрощения. Так в Москве предлагали комплекс КМ – 120 на базе оградительно поддерживающей крепи. И.Х. Гогия предлагал выполнить забой в верхней части наклонной формы, о которую специальной лапой опиралась крепь. Это позволяло уменьшить отжим пласта и конечно уменьшит опасение шахтеров от внезапного обрушения стены угля высотой в 5, 5 м, что в 3 раза превышала рост человека. Одна только секция крепи весила свыше 20 тс. Было выпущено около 3 комплексов, которые испытывались в Кузбассе.

Рис. 5.1 Сопоставление крепей для мощных пластов

В КарГТУ (КПТИ ) разрабатывалась крепь для мощных пластов со встроенным струговым органом, имевшим навесное ограждение струг выдвигался на высоту до 5 м при высоте секции до 3, 5 м. Таким образом он вынимал нависавшую за козырьком секции пачку угля двигаясь по направляющим вверх вниз. Поскольку пачка находилась под огромным горным давлением и дополнительно испытывала Рис. 5.2 Работа стругового

органа

циклические нагрузки от козырька крепи при передвижке, то она растрескивалась и могла быть вынута при одном движении струга. Струг вместе с ограждением мог проворачиваться в шарнире основания и отступать от забоя при передвижке секции аккумулируя уголь пачки или надвигаться на забой при выемке угля. Как видно из сопоставления двух фигур а и b габариты такой крепи были меньше чем для крепи традиционной формы. А металлоемкость почти в 2 раза меньше. При этом после выемки пачки струг и козырек навесного ограждения распирались в кровлю, образуя второй ряд поддержания кровли, что позволяло управлять состоянием пачки доводя ей до самотрещинообразования. Был изготовлен и испытан лавокомплект на 50 м. Также в Караганде была испытана и система крепи на базе КМ – 81 В с выпуском угля верхней толщи конструкции ИГД им. А.А. Скочинского на конвейер установленный в завале под защитой наклоненного ограждения. Порода и уголь не отделялись друг от друга, что приводило к их смешиванию при выпуске, а полученная горная масса требовала обогащения и в проекте наращивания обогатительных фабрик. С чем руководство ПО Караганда Уголь не могло согласиться и особенно при добыче коксующихся углей, необходимых для доменных процессов.

Практически мощность угля добываямая в один слой достигла 4 м (крепи типа УКП и 2ОКП 70), а при большей мощности применялась слоевая система.

6. Робото- крепи

Сформировалось представление, что универсализация технологий вновь приведет к сокращению длины лавы до 50 м с применение безмонтажных работ с поворотами забоя и использованием одной вентиляционно-транспортной выработки. Робото – секции будут способны к поворотам направления движения вправо, влево, вниз, вверх При этом параллельно будут применяться скважинные технологии дегазации и управления массивом, и в том числе для вентиляции. Секции будут снабжены автоматическими манипуляторами и смогут работать на пологих, наклонных и крутых пластах, рис. 6.1

Рис. 6.1 Робото – секция: 1 – обратный лемнискатный механизм; 2,3 – задняя и передняя гидростойки; 4- домкраты управления гидроопорами.

Заключение

Вся история развития механизированных крепей – машин работающих в самых сложных условиях (по величина давлений воздействующих на них) это путь от жестких малоподвижных систем к системе гибкой в виде группы роботов, управляемых нейросетью. Кроме очистных и транспортных машин в их систему будут входить манипуляторы и эффективные буровые установки. Содержание их проектирования - это обеспечение возможности непосредственного сопровождения робота в забое человеком и работа в режиме обратной связи с недрами и технологией. Чему должна отвечать конструкция робота и технология его работ. Такая система приспособиться к сложным условиям недр и не только на Земле. Их необходимость будет постоянно возрастать

Литература

Сагинов А.С., Гращенков Н.Ф., Векслер Ю.А., Суслов В.В. Управление состоянием массива горных пород. КарПТИ, Караганда, 1984г., 84с.

Сагинов А.С., Жетесов С.С. Двухзабойная выемка угля на мощных пологих пластах.// Алма-Ата: Изд-во «Наука», 1982. – С. 224.

Трумбачев В.Ф., Катков Г.Д., Исследование на моделях взаимодействия верхних перекрытий механизированных крепей с породами кровли // ФТПРПИ N 1. Новосибирск: Изд-во «Наука», 1965. - С. 25-31.

Мукушев М.М., Попов Г.И. Взаимодействие перекрытий механизированных крепей с породами кровли при слоевой разработке мощного пласта // Технология, механизация и экономика промышленности Карагандинского бассейна, Научные труды, Вып.35,Фрунзе, 1970г.,c. 47-49.

Код для цитирования: Скопировать