RU2120033C1

RU2120033C1 - Dynamic plough of powered support for excavation of kimberlite ore

Info

Publication number: RU2120033C1
Application number: RU96109012A
Authority: RU
Inventors: В.Ю. Изаксон; В.Н. Власов; В.И. Клишин; И.Н. Власов; Н.П. Крамсков
Original assignee: Институт горного дела Севера СО РАН
Priority date: 1996-04-29
Filing date: 1996-04-29
Publication date: 1998-10-10

Abstract

FIELD: excavation of mineral resources. SUBSTANCE: dynamic plough of powered support is intended for excavation of kimberlite ore and other mineral resources with large spalling. Dynamic plough includes frame, mechanism moving powered support over sections gear to load and transport ore. At least two hydraulic hammers with energy of singular impulsive force not less than 1000.0 J with individual wedge tools are made fast to frame, are interconnected in parallel and linked to water supply unit. Each hydraulic hammer has built-in member that starts functioning at 50-75% load. Angle of attack of edge of wedge tool amounts to 31-35% to plane of face along travel of plough. Distance between wedge tools should not exceed three widths of their edges. EFFECT: diminished breaking of crystals. 5 dwg

Description

Изобретение относится к горным добычным машинам при подземной разработке месторождений, а именно к механизмам и устройствам ударно-скалывающего воздействия на вертикальную плоскость фронтального забоя под прикрытием механизированной крепи, и может быть использовано в динамических стругах с механизированной крепью для добычи кимберлитовых руд и других полезных ископаемых с прочностью до 8 кН/см. The invention relates to mining mining machines in underground mining, and in particular to mechanisms and devices for impact-shearing effects on the vertical plane of the frontal face under the cover of powered roof supports, and can be used in dynamic plows with powered roof supports for the extraction of kimberlite ores and other minerals with strength up to 8 kN / cm.

Для отделения кимберлита прочностью от 3 до 6 кН/см от массива применение принципа резания зубьями фрезы струга не рационально, поскольку он эффективен только при прочности пород менее 2 кН/см. To separate kimberlite with a strength of 3 to 6 kN / cm from the massif, the application of the principle of cutting plow cutters with teeth is not rational, since it is effective only with rock strength less than 2 kN / cm.

Наиболее эффективным при отделении кимберлита от массива является принцип послойного скалывания клиновидным инструментом. The most effective method for separating kimberlite from the massif is the principle of layer-by-layer cleaving by a wedge-shaped tool.

При отработке месторождения с применением механизированной крепи длина фронтального забоя может достигать 200 и более метров. Каждый зуб динамического струга за один цикл перемещения должен проходить это расстояние. Оговоримся, что кимберлит по своей природе имеет большой разброс по прочности, следовательно, массив кимберлита на такой большой протяженности может иметь различные нарушения, трещиноватость и прочие ослабления. Для эффективного скалывания стружки необходимо, чтобы ударный узел при скалывании сам автоматически подстраивался к изменяющимся ситуациям. When developing a field using mechanized lining, the length of the frontal face can reach 200 meters or more. Each tooth of a dynamic plow in one movement cycle must cover this distance. Let us make a reservation that kimberlite by its nature has a large variation in strength, therefore, a kimberlite massif over such a large extent can have various disturbances, fracturing, and other weakenings. For effective chip breaking, it is necessary that the hammer assembly automatically adjusts itself to changing situations when cutting.

Известно, что расход энергии на отделение от массива стружки зависит от количества трещин, одновременно развивающихся на границе скола. Идеально, если на границе образуется и развивается одна откольная трещина, это может быть достигнуто при наличии первоначальной зародышевой трещины. Установлено, что при наличии первоначальной зародышевой трещины, заданной инструментом, процесс образования откольной трещины менее энергоемок. It is known that the energy consumption for separation from the chip array depends on the number of cracks simultaneously developing at the chip boundary. Ideally, if one spall crack is formed and develops at the boundary, this can be achieved in the presence of the initial germinal crack. It is established that in the presence of an initial germinal crack specified by the instrument, the process of formation of a spall crack is less energy intensive.

Проведенными исследованиями установлено, что процесс ударного разрушения горных пород может начинаться лишь при определенном значении нагрузки (см. А. И. Федулов, В.И. Лабутин "Ударное разрушение мерзлых грунтов и горных пород". ФТПРПИ - 1995, N 3, с. 57 - 61). Для эффективного течения процесса ударного разрушения "погонная ударная энергия", отнесенная к единице длины клинового инструмента, для крепких горных пород, 6 - 8 кН/см, должна быть не менее 120 - 150 Дж/мм, а ударный узел должен обладать энергией единичного удара более 1000 Дж. Studies have shown that the process of shock destruction of rocks can begin only at a certain value of the load (see A. I. Fedulov, V. I. Labutin, “Impact destruction of frozen soils and rocks.” FTPPI - 1995, N 3, p. 57 - 61). For the effective course of the impact fracture process, the “linear impact energy”, referred to the unit length of the wedge tool, for strong rocks, 6–8 kN / cm, must be at least 120–150 J / mm, and the impact unit must have the energy of a single impact more than 1000 J.

Для динамического струга, работающего с гидрофицированной механической крепью, целесообразно предусмотреть полное разрушение гребня между зубьями и отсутствие дополнительного сопротивления при перемещении струга. Исследованиями установлено, что для кимберлита при стружке 15 - 20 см расстояние между клиновыми зубьями должно быть не более трехкратной ширины лезвия клинового инструмента. For a dynamic plow working with hydroficated mechanical support, it is advisable to provide for the complete destruction of the ridge between the teeth and the absence of additional resistance when moving the plow. Studies have established that for kimberlite with shavings of 15 - 20 cm, the distance between the wedge teeth should be no more than three times the width of the blade of the wedge tool.

Общеизвестны струговые установки с механизированными крепями (см. Справочник "Машины и оборудование для угольных шахт". М.: Недра, 1987, с. 135 - 143), состоящие из механизированной крепи, струга с приводами, скребковым конвейером, тягового органа - цепи струга, электрооборудования, гидрооборудования, средств орошения, гидравлических столов. Well-known plow installations with mechanized supports (see the Handbook "Machines and equipment for coal mines." M .: Nedra, 1987, p. 135 - 143), consisting of mechanized supports, a plow with drives, a scraper conveyor, a traction body - a plow chain , electrical equipment, hydraulic equipment, irrigation equipment, hydraulic tables.

Недостатком известных технических решений является ограничение по выемке горных пород и угля в пределах крепости 2,5 кН/см, что не обеспечивает добычу кимберлита без предварительного разрыхления. A disadvantage of the known technical solutions is the restriction on the extraction of rocks and coal within the fortress of 2.5 kN / cm, which does not ensure the extraction of kimberlite without preliminary loosening.

Известен динамический струг (см. а.с. N 920207, E 21 C 27/46), включающий ударный механизм, выполненный в виде корпуса со свободно плавающим поршнем-бойком, камеры сгорания с буферной полостью и инструментом, причем корпус ударного механизма установлен на раме струга с возможностью продольного перемещения и связан с ней посредством опор качения и упругого элемента, при этом инструмент жестко закреплен на корпусе ударного механизма. Known dynamic plow (see AS N 920207, E 21 C 27/46), including the percussion mechanism, made in the form of a housing with a freely floating piston-striker, a combustion chamber with a buffer cavity and a tool, and the housing of the percussion mechanism is mounted on the frame of the plow with the possibility of longitudinal movement and connected with it by means of rolling bearings and an elastic element, while the tool is rigidly fixed to the body of the percussion mechanism.

Недостатком данного технического решения является повышенный расход энергии за счет того, что в процессе перемещения струга при изменении прочности скалываемого материала невозможно автоматически регулировать энергию удара. The disadvantage of this technical solution is the increased energy consumption due to the fact that in the process of moving the plow with a change in the strength of the material being chipped, it is impossible to automatically control the impact energy.

Кроме того, известна виброгидравлическая выемочная машина (см. а.с. N 1435783, E 21 C 27/46), включающая вибровозбудитель с сообщающимися гидроцилиндрами, внутри которых расположены рабочие инструменты, выполненные в виде поршней-бойков двойного действия, имеющих полости, причем машина снабжена гидроаккумулятором, насосом с валом и установленным на последнем с возможностью вращения золотником с двумя полостями, гидравлически сообщенными с полостями рабочих инструментов посредством элемента ИЛИ гидроаккумулятора и насоса. In addition, there is a known vibro-hydraulic extraction machine (see AS No. 1435783, E 21 C 27/46), including a vibration exciter with interconnected hydraulic cylinders, inside of which are working tools made in the form of double acting piston strikers having cavities, the machine is equipped with a hydraulic accumulator, a pump with a shaft and mounted on the latter with a rotary valve with two cavities hydraulically connected to the cavities of the working tools by means of an OR accumulator element and a pump.

Недостатком данного технического решения является сложность конструктивного исполнения, ограниченная возможность по энергии ударных импульсов, что не позволит эффективно использовать установку при добыче кимберлита с большой крепостью. The disadvantage of this technical solution is the complexity of the design, the limited possibility of energy of shock pulses, which will not allow the efficient use of the installation in the extraction of kimberlite with high strength.

Известна также выемочная машина (см. а.с. 1728485 E 21 C 27/02), включающая корпус, размещенный на призабойном конвейере, с закрепленным на нем при помощи поворотного редуктора шнековым исполнительным органом и дополнительный исполнительный орган, выполненный в виде плиты с подвижными каретками, на которых установлен ударный механизм с ударным инструментом, при этом плита дополнительного исполнительного органа закреплена на выходном валу поворотного редуктора с возможностью вращения и фиксации относительно выходного вала, и каждый ударный механизм установлен таким образом, что может изменять угол наклона относительно плоскости забоя, а ударные инструменты расположены со смещением относительно плоскости, проходящей по вешней кромке режущих элементов шнекового исполнительного органа, на величину не менее l • sinA, где l - длина рабочей части режущего инструмента, A - угол наклона ударного механизма относительно плоскости забоя. A digging machine is also known (see AS 1728485 E 21 C 27/02), including a housing located on the bottom-hole conveyor, with a screw actuator mounted on it with a rotary gearbox and an additional actuator made in the form of a plate with movable carriages on which the percussion mechanism with the percussion instrument is mounted, wherein the plate of the additional actuator is fixed to the output shaft of the rotary gearbox with the possibility of rotation and fixing relative to the output shaft, and each percussion mechanism the bottom is set in such a way that it can change the angle of inclination relative to the face plane, and the percussion instruments are displaced relative to the plane passing along the spring edge of the cutting elements of the screw actuator by at least l • sinA, where l is the length of the working part of the cutting tool, A is the angle of inclination of the shock mechanism relative to the face plane.

Недостатком известного технического решения является сложность конструктивного исполнения, ограниченные возможности использования мощных ударных узлов, что не позволяет эффективно использовать данную выемочную машину для отработки кимберлитовых трубок. A disadvantage of the known technical solution is the complexity of the design, the limited ability to use powerful shock nodes, which does not allow the effective use of this excavation machine for working out kimberlite pipes.

Задачей предполагаемого изобретения является создание струга, позволяющего вести эффективную отбойку кимберлита (или другой горной породы с прочностью до 8 кН/см) крупным сколом с целью уменьшения поломки кристаллов при добыче. The objective of the proposed invention is the creation of a plow, which allows for efficient breaking of kimberlite (or other rock with a strength of up to 8 kN / cm) by large cleavage in order to reduce breakage of crystals during production.

Поставленная задача решается следующим образом. The problem is solved as follows.

На корпусе струга, имеющего механизм перемещения по секциям механизированной крепи, устройства для погрузки и транспортирования, жестко закреплены по меньшей мере два гидроударных узла с энергией единичного удара не менее 1000 Дж с индивидуальными клиновыми инструментами. Гидроударные узлы параллельно соединены между собой одним общим блоком гидроэнергетического питания. Каждый гидроударный узел имеет встроенный элемент включения в работу при 50 - 75% нагрузки от забоя на клиновом инструменте при его движении посредством механизма перемещения струга по секциям механизированной крепи. Угол атаки лезвия клинового инструмента к плоскости забоя по ходу перемещения струга 31 - 35^o, а расстояние между клиновыми инструментами не более трехкратной ширины их лезвия.At least two hydropercussion units with a single impact energy of at least 1000 J with individual wedge tools are rigidly fixed on the body of the plow having a mechanism for moving along sections of mechanized lining, a device for loading and transportation. Hydroshock nodes are in parallel interconnected by one common hydropower supply unit. Each hydropercussion unit has a built-in element of inclusion in the work at 50 - 75% of the load from the bottom on the wedge tool during its movement through the mechanism of movement of the plow along the sections of the powered roof support. The angle of attack of the blade of the wedge tool to the face plane in the direction of movement of the plow 31 - 35 ^o , and the distance between the wedge tools is not more than three times the width of their blade.

Существенными отличиями предложенного технического решения являются следующие:
на корпусе струга, имеющего механизм перемещения по секциям механизированной крепи, устройства для погрузки и транспортирования, жестко закреплены по меньшей мере два гидроударных узла с энергией единичного удара не менее 1000 Дж с индивидуальными клиновыми инструментами.Significant differences of the proposed technical solutions are the following:
at least two water hammer units with a single impact energy of at least 1000 J with individual wedge tools are rigidly fixed on the body of the plow having a mechanism for moving along the sections of the powered lining, a device for loading and transportation.

Данное техническое решение позволяет обеспечить отбойку кимберлита крупным сколом. Проведенными исследованиями установлено, что для эффективного течения процесса ударного разрушения крупным сколом "погонная ударная энергия", отнесенная к единице длины клинового инструмента, для крепких горных пород, например кимберлита, должна быть не менее 120 - 150 Дж/мм, а гидроударный узел должен обладать энергией не менее 1000 Дж. This technical solution allows for the breakdown of kimberlite with large chips. Studies have established that for the effective flow of the process of impact destruction by a large chip, the “linear impact energy”, referred to the unit length of the wedge tool, for strong rocks, for example kimberlite, should be at least 120 - 150 J / mm, and the hydraulic shock unit should have energy not less than 1000 J.

В механизированной крепи для добычи кимберлита высота забоя очистного пространства равна 1,8 - 2,5 м, которая обусловлена необходимостью обеспечения нормального обслуживания узлов механизированной крепи. Желательно, чтобы динамический струг за один проход обеспечил скалывание стружки на полную высоту забоя 1,8 - 2,5 м. Исследования и предварительные расчеты показывают, что экономически целесообразна для этих условий одновременная работа группы гидроударных узлов 4 - 6 штук. При высоте забоя около 2 метров будет использовано 5 гидроударных узлов, общей ударной мощностью более 5000 Дж. Причем при частоте удара до 300 в минуту каждого гидроударного узла синхронизация ударов по забою не обязательна и даже не желательна с точки зрения обеспечения надежной работы струга и его элементов соединения с узлами механизированной крепи. In a powered roof support for kimberlite mining, the bottom face of the treatment space is 1.8 - 2.5 m, which is due to the need to ensure normal maintenance of powered roof support units. It is desirable that a dynamic plow in one pass ensures chip cutting to a full face height of 1.8 - 2.5 m. Studies and preliminary calculations show that it is economically feasible for these conditions to simultaneously operate a group of hydraulic hammers of 4 to 6 pieces. With a bottomhole height of about 2 meters, 5 hydraulic impact units will be used, with a total impact power of more than 5000 J. Moreover, with a shock frequency of up to 300 per minute of each hydraulic impact unit, synchronization of impact along the face is not required or even desirable from the point of view of ensuring reliable operation of the plow and its elements connections with nodes of mechanized support.

Для обеспечения надежной работы ударного узла, состоящего из пяти гидроударников, необходимо жесткое крепление к массивному корпусу струга, надежно опирающемуся посредством опорной плиты на почву очистного пространства. To ensure reliable operation of the shock assembly, consisting of five hydraulic hammers, it is necessary to rigidly attach to the massive plow body, which relies reliably on the soil of the treatment space by means of a base plate.

На механизированной крепи желательно использовать гидроударные узлы общего назначения. Ввиду того, что гидроударный узел имеет в своем составе высоконагруженные детали и, следовательно, срок службы гидроударных узлов вполне определен, крепления гидроударных узлов к корпусу струга должны быть не только надежными, но и позволяющими быструю замену каждой отработавшей детали. On mechanized lining, it is desirable to use general hydraulic shock knots. Due to the fact that the hydraulic shock assembly incorporates highly loaded parts and, therefore, the service life of the hydraulic shock assemblies is well defined, the fastening of the hydraulic shock assemblies to the plow body should not only be reliable, but also allow quick replacement of each spent part.

Большие нагрузки, возникающие в клиновом инструменте при использовании энергий более 1000 Дж, не позволяют иметь лезвия клинового инструмента сложной конфигурации, поэтому принят наиболее простой и надежно работающий клиновой инструмент с центральной схемой передачи энергии от гидроударного узла к клиновому инструменту. Исследованиями установлено, что для получения протяженной откольной трещины необходимо рассредоточить ударные узлы по направлению образования откольной трещины. Известно, что расход энергии на отделение массива зависит от количества трещин, одновременно развивающихся на границе откола. Идеально, если на границе образуется и развивается одна откольная трещина. Образовать одну откольную трещину большой протяженности возможно, если по направлению трассы будущей трещины создать несколько зародышевых трещин, которые в процессе роста их взаимного влияния сливаются в одну нужного направления. Поэтому для уменьшения расхода энергии на отбойку кимберлита техническим решением предусматривается одновременная работа по меньшей мере двух гидроударных узлов, рассредоточенных по высоте забоя, например для забоя высотой 2 м - 5 гидроударных узлов. The large loads that occur in a wedge tool when using energies of more than 1000 J do not allow having a wedge tool blade of a complex configuration, therefore the most simple and reliable working wedge tool with a central energy transfer scheme from a hydraulic hammer to a wedge tool is adopted. Studies have established that in order to obtain an extended spall crack, it is necessary to disperse the shock nodes in the direction of formation of the spall crack. It is known that the energy consumption for separating an array depends on the number of cracks simultaneously developing at the spall boundary. Ideally, if one spall crack is formed and develops at the boundary. It is possible to form one large spall crack if several germinal cracks are created in the direction of the future crack path, which merge in the same direction as their mutual influence grows. Therefore, to reduce the energy consumption for breaking kimberlite, the technical solution provides for the simultaneous operation of at least two hydroshock nodes dispersed over the face, for example, for a face 2 m high, 5 hydroshock nodes.

Гидроударные узлы соединены между собой параллельно одним блоком гидроэнергетического питания, а каждый гидроударный узел имеет встроенный элемент включения в работу при 50 - 75% нагрузки от забоя на клиновом инструменте при его движении посредством механизма перемещения струга по секциям механизированной крепи. Hydroshock nodes are interconnected in parallel with one hydropower supply unit, and each hydroshock unit has a built-in element for switching on the work at 50 - 75% of the load from the face on the wedge tool when it moves through the mechanism of moving the plow along the sections of the powered roof support.

Данное техническое решение обеспечивает одновременную параллельную работу всех включенных (например, пяти) гидроударных узлов. Причем техническим решением предусматривается, что когда одновременно работают все гидроударные узлы (в данном случае 5), то каждый гидроударный узел работает не в полную энергетическую мощность (в нашем примере гидроударные узлы с энергией удара 1800 - 2000 Дж), а энергия удара составляет более 1000 Дж и обеспечивает откольное отделение стружки (работает на 50 - 75% использования возможностей ударного узла). This technical solution provides simultaneous parallel operation of all included (for example, five) hydraulic shock nodes. Moreover, the technical solution stipulates that when all hydroshock nodes work simultaneously (in this case 5), then each hydroshock node does not work at full energy capacity (in our example, hydroshock nodes with impact energy 1800 - 2000 J), and impact energy is more than 1000 J and provides spall separation of chips (works on 50 - 75% of the use of the capabilities of the impact unit).

Когда над одним или несколькими гидроударными узлами произойдет откол кимберлита, и нагрузка на рабочие инструменты этих гидроударных узлов упадет, благодаря встроенному элементу отключения данные гидроударные узлы отключаются от системы питания. В гидравлической сети повышается давление, и оставшиеся включенными гидроударные узлы увеличивают частоту и энергию удара, что ведет к отлому более прочного кимберлита, встреченного по мере продвижения струга. When kimberlite breaks off over one or several hydroshock nodes, and the load on the working tools of these hydroshock nodes falls, thanks to the built-in disconnect element, these hydroshock nodes are disconnected from the power system. The pressure in the hydraulic network increases, and the remaining hydraulic shock nodes increase the frequency and energy of the impact, which leads to the breaking of the stronger kimberlite, which is met as the plow moves.

Данным техническим решением обеспечивается отключение и включение любого гидроударного узла (или группы гидроударных узлов) по мере продвижения динамического струга вдоль забоя под механизированной крепью. При этом гидроударные узлы автоматически повышают энергию удара при увеличении сопротивления отлому или отключение при его завершении, что позволяет сократить затраты на отбойку кимберлита. This technical solution provides the disconnection and inclusion of any hydropercussion unit (or group of hydropercussion units) as the dynamic plow moves along the face under the powered roof support. At the same time, hydraulic shock nodes automatically increase the impact energy with increasing resistance to breaking or shutdown when it is completed, which reduces the cost of breaking kimberlite.

Угол атаки лезвия клинового инструмента 31 - 35^o к плоскости забоя по ходу перемещения струга.The angle of attack of the blade of the wedge tool 31 - 35 ^o to the plane of the face in the direction of movement of the plow.

Данное техническое решение обеспечивает скол стружки инструментом по мере движения струга вдоль забоя. This technical solution provides chip cleaving tool as the plow moves along the face.

Исследованиями установлено, что при углах атаки 30^o наблюдается тенденция отталкивания клинового инструмента от забоя с уменьшением толщины стружки. Величина отталкивания клинового инструмента от забоя зависит от прочности горных пород, толщины стружки, состояния лезвия инструмента, расстояния между смежными гидроударными узлами, величины энергии удара.Studies have found that at angles of attack of 30 ^o there is a tendency to push the wedge tool away from the face with a decrease in chip thickness. The magnitude of the repulsion of the wedge tool from the bottom depends on the strength of the rocks, the thickness of the chips, the condition of the blade of the tool, the distance between adjacent hydraulic shock nodes, the magnitude of the impact energy.

В то же время при углах атаки более 35^o наблюдается заглубление клинового инструмента в горную породу, увеличение стружки, когда уменьшается прочность горных пород, повышение потребляемой мощности ударным узлом и нестабильность откола горной массы.At the same time, at angles of attack of more than 35 ^o there is a deepening of the wedge tool in the rock, an increase in shavings when the strength of the rocks decreases, an increase in power consumption by the impact unit and instability of the spallation of the rock mass.

Для откола горной массы группой клиновых инструментов целесообразно использовать угол атаки 31 - 35^o к плоскости забоя по ходу перемещения струга.For the spallation of the rock mass group of wedge tools, it is advisable to use an angle of attack of 31 - 35 ^o to the face plane in the direction of movement of the plow.

Принимается угол 31 - 35^o, при котором наблюдается тенденция к увеличению стружки. Но при углах 31 - 35^o эту тенденцию можно локализовать с минимальными затратами энергии путем ограничения угла разворота корпуса струга с опорой на грудь забоя, что существенно не усложняет конструкцию.Accepted angle 31 - 35 ^o , at which there is a tendency to increase chips. But at angles of 31 - 35 ^o this trend can be localized with minimal energy consumption by limiting the angle of rotation of the plow body with support on the chest of the face, which does not significantly complicate the design.

Расстояние между клиновыми инструментами не более трехкратной ширины их лезвия. The distance between the wedge tools is not more than three times the width of their blades.

Данное техническое решение обеспечивает откол кимберлита трещиной одного направления без гребней между клиновыми инструментами при минимальном расходе энергии на этом процессе. This technical solution provides kimberlite spallation with a crack of one direction without ridges between the wedge tools with a minimum energy consumption in this process.

Исследованиями установлено, что при откольном отделении стружки горной породы группой гидроударных узлов с уменьшением толщины стружки и увеличением расстояния между клиновыми инструментами, образуется неразрушенный гребень, при этом растет энергоемкость отделения горной массы. Так для кимберлита с толщиной стружки до 0,3 м целесообразно расстояние между клиновыми инструментами не более трехкратной ширины лезвия клинового инструмента, при этом откол идет по одной линии без гребней, что снижает энергоемкость процесса откольного отделения стружки. Studies have established that with spall separation of rock chips by a group of hydropercussion units with a decrease in chip thickness and an increase in the distance between the wedge tools, an undisturbed ridge is formed, while the energy intensity of the rock mass separation increases. So for kimberlite with a chip thickness of up to 0.3 m, it is advisable that the distance between the wedge tools is no more than three times the width of the wedge tool blade, while the spalling goes along the same line without ridges, which reduces the energy consumption of the chip separation process.

Сущность предлагаемого технического решения. The essence of the proposed technical solution.

Для отбойки кимберлита под прикрытием механизированной крепи предлагается динамический струг, в котором на корпусе имеется механизм перемещения по секциям механизированной крепи, устройства для погрузки и транспортирования руды, а также жестко закрепленные гидроударные узлы с индивидуальными клиновыми инструментами с энергией единичного удара не менее 1000 Дж. Расстояние между клиновыми инструментами не более трехкратной величины ширины лезвия клинового инструмента, а угол атаки клинового инструмента 31 - 35^o к плоскости забоя по ходу перемещения струга. Причем каждый гидроударный узел параллельно подключен к одному общему блоку гидроэнергетического питания и снабжен встроенным элементом включения в работу при 50 - 75% нагрузки от забоя на клиновом инструменте при движении струга вдоль забоя по секциям механизированной крепи.For breaking kimberlite under the cover of a mechanized roof support, a dynamic plow is proposed, in which there is a mechanism for moving along sections of a mechanized roof support, devices for loading and transporting ore, as well as rigidly fixed hydraulic shock units with individual wedge tools with a single impact energy of at least 1000 J. Distance between the wedge tools not more than three times the width of the blade of the wedge tool, and the angle of attack of the wedge tool 31 - 35 ^o to the plane of the face along the Movement of the plow. Moreover, each hydropercussion unit is connected in parallel to one common hydropower supply unit and is equipped with a built-in power-on element at 50 - 75% of the load from the face on a wedge tool when the plow moves along the face along sections of the powered roof support.

Это обеспечивает послойную отбойку кимберлита на всю высоту слоя вдоль механизированной крепи, причем при изменении прочности комберлита автоматически подстраивается режим ударных нагрузок отдельными гидроударными узлами, обеспечивая экономическую эффективность процесса отбойки. This provides layer-by-layer breaking of kimberlite to the entire height of the layer along the mechanized lining, and when the strength of the komberlite changes, the shock loading mode is automatically adjusted by individual hydraulic shock nodes, ensuring the economic efficiency of the breaking process.

Пример выполнения динамического струга механизированной крепи для добычи кимберлитовых руд показан на фиг. 1, 2, 3, 4 и 5. На фиг. 1 показана принципиальная схема динамического струга и его отбойного органа, вертикальный разрез;
фиг. 2 - то же, в плане;
фиг. 3 - схема образования зародышевой трещины перед центральной частью клинового инструмента - узел А (фиг. 2);
фиг. 4 - то же, что и фиг. 3 - проекция на вертикальную плоскость;
фиг. 5 - схема образования откольной трещины в забое в основании стружки.An example of the implementation of a dynamic plow for powered roof supports for the production of kimberlite ores is shown in FIG. 1, 2, 3, 4 and 5. In FIG. 1 shows a schematic diagram of a dynamic plow and its fender, a vertical section;
FIG. 2 - the same in plan;
FIG. 3 is a diagram of the formation of an embryonic crack in front of the central part of the wedge instrument — assembly A (FIG. 2);
FIG. 4 is the same as FIG. 3 - projection on a vertical plane;
FIG. 5 is a diagram of the formation of a spall crack in the bottom at the base of the chip.

Динамический струг механизированной крепи для добычи кимберлитовых руд включает в себя корпус струга 1 (фиг. 1), на котором жестко посредством болтовых соединений закреплены по меньшей мере два, а в данном примере пять гидроударных узлов (один гидроударный узел не виден), с энергией единичного удара не менее 1000 Дж и частотой до 300 ударов в минуту. The dynamic plow of a powered roof support for the extraction of kimberlite ores includes the plow body 1 (Fig. 1), on which at least two, and in this example five, water hammer units (one hydraulic hammer unit is not visible) are rigidly fixed with bolted joints, with the energy of a single impact not less than 1000 J and a frequency of up to 300 beats per minute.

Для зачистки кровли и почвы струг может оборудоваться дополнительными гидроударными узлами пониженной мощности. To clean the roof and soil, the plow can be equipped with additional hydraulic shock nodes of reduced power.

В данном примере гидроударные узлы 2 имеют установочную энергию удара 1800 - 2000 Дж. In this example, water hammer units 2 have a set impact energy of 1800 - 2000 J.

Гидроударные узлы снабжены индивидуальными клиновыми инструментами 3. Для того, чтобы велась отбойка кимберлита, надо чтобы энергия удара, приходящаяся на единицу ширины 1 лезвия клинового инструмента, была не менее 120. ..150 10^-2 Дж/м. Кроме того, для повышения эффективности отбойки лезвие клинового инструмента выполняется с закруглением 4 (фиг. 3,4). Закругление 4 способствует образованию зародышевой трещины 5 в ее центральной части 6 путем концентрации ударного импульса. А периферийная часть 7 обеспечивает рост зародышевой трещины 5.Water hammer units are equipped with individual wedge tools 3. In order to break off kimberlite, it is necessary that the impact energy per unit width of 1 blade of the wedge tool be at least 120. ..150 10 ^-2 J / m. In addition, to increase the efficiency of breaking, the blade of the wedge tool is rounded with 4 (Fig. 3.4). Rounding 4 contributes to the formation of an embryonic crack 5 in its central part 6 by concentration of the shock pulse. And the peripheral part 7 provides the growth of the germinal crack 5.

Расстояние "В" между двумя сменными клиновыми инструментами не более трехкратной ширины "l" лезвия клинового инструмента. Угол атаки клинового инструмента 3 к плоскости забоя по ходу перемещения струга должен быть 31 - 35^o, что обеспечивает отбойку стружки 8 (фиг. 2, 3) с минимальными энергетическими затратами. В процессе работы угол атаки может корректироваться цилиндром 9 при повороте корпуса струга 1 на оси 10.The distance "B" between two interchangeable wedge tools is not more than three times the width "l" of the blade of the wedge tool. The angle of attack of the wedge tool 3 to the face plane in the direction of movement of the plow should be 31 - 35 ^o , which ensures breaking of the chip 8 (Fig. 2, 3) with minimal energy costs. In the process, the angle of attack can be adjusted by the cylinder 9 when turning the body of the plow 1 on the axis 10.

Каждый гидроударный узел 2 имеет встроенный элемент (не показан), включающийся в работу при 50 - 75% нагрузки от забоя 11 на клиновом инструменте 3. Встроенный элемент может быть выполнен в виде упругого элемента, размещенного между корпусом гидроударного узла и клиновым инструментом. Когда происходит скол стружки 8, нагрузка на гидроударный узел падает, под действием упругого элемента производятся перемещение клинового инструмента 3 относительно корпуса гидроударного узла и отключение подачи энергоносителя в гидроударный узел. Подбором жесткости упругого элемента можно регулировать величину нагрузки, при которой включается в работу гидроударный узел. При включенном гидроударном узле 2 клиновой инструмент 3 используется для отделения отколотой стружки 8 за счет перемещения динамического струга. Each hydropercussion unit 2 has a built-in element (not shown), which starts up at 50 - 75% of the load from the bottom 11 on the wedge tool 3. The built-in element can be made in the form of an elastic element placed between the body of the hydropercussion unit and the wedge tool. When chip 8 is cleaved, the load on the hydropercussion unit drops, under the action of the elastic element, the wedge tool 3 is moved relative to the body of the hydropercussion unit and the power supply to the hydropercussion unit is cut off. By selecting the stiffness of the elastic element, it is possible to adjust the magnitude of the load at which the hydraulic shock assembly is turned on. When the hammer unit 2 is turned on, the wedge tool 3 is used to separate the chopped chip 8 by moving the dynamic plow.

Для перемещения динамический струг снабжен известным механизмом (механизм перемещения не показан). For movement, the dynamic plow is equipped with a known mechanism (the movement mechanism is not shown).

Гидроударные узлы 3 параллельно соединены между собой одним общим блоком гидроэнергетического питания (гидроэнергетический блок питания, серийно выпускаемый по известным техническим решениям, не показан). Hydroshock nodes 3 are parallel connected to each other by one common hydropower supply unit (hydropower supply unit, commercially available according to known technical solutions, not shown).

Сколотая стружка 8 устройством для погрузки, выполненным в виде плужка 12, грузится на конвейер 13 механизированной крепи. Динамический струг может быть выполнен как одностороннего, так и двухстороннего действия. Chipped chips 8 by a loading device made in the form of a plow 12 are loaded onto a conveyor 13 of a powered roof support. Dynamic plow can be made both unilateral and bilateral action.

Динамический струг механизированной крепи для добычи кимберлитовых руд работает следующим образом. Отработка кимберлитовой трубки ведется слабонаклонными слоями мощностью 1,8 - 2,5 м лавами, длиной 50 - 250 м под прикрытием механизированной крепи. Dynamic plow mechanized lining for the extraction of kimberlite ores works as follows. The mining of the kimberlite pipe is carried out by slightly inclined layers with a thickness of 1.8 - 2.5 m long, 50 - 250 m long under the cover of a powered roof support.

Отбойку руды производят на всю высоту слоя (в примере 2 м) в виде стружки, толщиной 10 - 30 см по фронту лавы динамическим стругом, его гидроударными узлами 2 (фиг. 1) посредством клиновых инструментов 3. В данном конкретном примере (отбойка кимберлитовой руды с прочностью 3 - 6 кН/см²) на корпусе 4 динамического струга жестко укреплены 5 гидроударных узлов с энергией единичного удара 1800...2000 Дж, параллельно запитанных от одного блока гидроэнергетического питания. Гидроаппаратура настроена таким образом, чтобы при нормальной работе (заданной скорости перемещения струга и толщине стружки) все пять гидроударных узлов работали на 50 - 70% мощности, т.е. чтобы каждый гидроударный узел, создав энергию единичного удара 1000 - 1300 Дж, развивал погонную ударную энергию 100 - 120 10² Дж/м, что и обеспечивало бы откольное отделение стружки 8.Ore breakdown is performed to the entire layer height (in the example 2 m) in the form of shavings, 10-30 cm thick along the lava front with a dynamic plow, its hydraulic hammer units 2 (Fig. 1) using wedge tools 3. In this specific example (kimberlite ore breakdown with a strength of 3–6 kN / cm ² ) on the body 4 of the dynamic plow, 5 hydroshock nodes with a unit impact energy of 1800 ... 2000 J, which are simultaneously powered from one hydropower supply unit, are rigidly fixed. The hydraulic equipment is configured in such a way that during normal operation (a given speed of movement of the plow and the thickness of the shavings), all five hydraulic shock nodes work at 50 - 70% of the power, i.e. so that each hydropercussion unit, having created the energy of a single impact of 1000 - 1300 J, develops the linear impact energy of 100 - 120 10 ² J / m, which would ensure chip separation 8.

На границе стружки 8 с массивом кимберлита каждым гидроударным узлом (фиг. 2, 3, 4) его клиновым инструментом 3 развивается откольная трещина следующим образом. Клиновым инструментом 3, его закругленным лезвием 4 при ударах образуется зародышевая трещина 5 посредством ее центральной части 6. За счет закругления длина лезвия, контактирующая с забоем 11, в начальный период мала, погонная ударная энергия значительно превышает предел прочности кимберлита, что обеспечивает образование зародышевой трещины. Дальнейшими ударами зародышевая трещина 5 расширяется, вступают в работу переферийные части 7 закругленного лезвия 4. Затраты энергии на рост зародышевой трещины ниже, чем для ее образования. Росту зародышевой трещины помогают смежные растущие трещины (фиг. 5). В результате образуется откольная трещина и отдельные стружки, которые разваливаются на куски по естественной трещиноватости. At the boundary of the chip 8 with the kimberlite massif, each hydraulic knot (Fig. 2, 3, 4) with its wedge tool 3 develops a spall crack as follows. With a wedge tool 3, its rounded blade 4, an impact crack 5 is formed during impacts through its central part 6. Due to rounding, the length of the blade in contact with the face 11 is small in the initial period; . With further blows, the germinal crack 5 widens, the peripheral parts 7 of the rounded blade 4 come into operation. The energy consumption for the growth of the germinal crack is lower than for its formation. Germinal crack growth is assisted by adjacent growing cracks (Fig. 5). As a result, a spall crack and individual chips are formed, which fall apart into pieces by natural fracturing.

Массив кимберлита не однороден по своему составу, и рост зародышевых трещин не равномерен. Кроме того, в массиве могут быть нарушения, способствующие местному сколу. The kimberlite massif is not uniform in composition, and the growth of germ cracks is not uniform. In addition, there may be disturbances in the array that contribute to local cleavage.

Когда над одним или несколькими гидроударными узлами произойдет откол кимберлита, и нагрузка на клиновой инструмент этих гидроударных узлов упадет, благодаря встроенному упругому элементу отключения эти клиновые инструменты отключатся от системы питания. В гидравлической сети повышается давление, и оставшиеся включенными клиновые инструменты увеличивают частоту и энергию единичного удара, что приведет к отколу более прочного кимберлита, встреченного по мере движения струга. Этим обеспечивается включение-отключение любого гидроударного узла (или группы гидроударных узлов) по мере движения динамического струга вдоль забоя под прикрытием механизированной крепи. При этом гидроударные узлы автоматически повышают энергию удара при увеличении сопротивления отколу и отключаются при его завершении. Отбитый кимберлит посредством плужка 12 грузится на забойный конвейер 13. When kimberlite breaks off over one or several hydroshock nodes, and the load on the wedge tool of these hydroshock nodes falls, thanks to the built-in elastic disconnect element, these wedge tools will be disconnected from the power supply system. The pressure in the hydraulic network increases, and the wedge tools that are turned on increase the frequency and energy of a single blow, which will lead to the breaking off of the stronger kimberlite encountered as the plow moves. This ensures the on-off of any hydropercussion unit (or group of hydropercussion units) as the dynamic plow moves along the face under the cover of a powered roof support. At the same time, hydraulic shock assemblies automatically increase the impact energy with increasing resistance to spallation and turn off when it is completed. The beaten kimberlite by means of a plow 12 is loaded onto the face conveyor 13.

Claims

A dynamic plow of mechanized roof support for the extraction of kimberlite ores, in which at least two water hammer units with a single impact energy of at least 1000 J with individual wedge tools are rigidly fixed on the plow body, which has a mechanism for moving along sections of the mechanized roof support, ore loading and transportation devices connected in parallel with each other with one common hydropower supply unit, each hydropercussion unit has a built-in switching element at 50 - 75% of the load from the bottom on the wedge tool, when moving through the moving mechanism for the plow support frame sections, wherein the angle of attack of the blade of the wedge tool 31 - 35 ^o to the plane of the face in the course of movement of the plow, and the distance between the wedge tool does not exceed three times the width of the blade.