RU2535579C1

RU2535579C1 - Powered support for sloping beds

Info

Publication number: RU2535579C1
Application number: RU2013148494/03A
Authority: RU
Inventors: Александр Александрович Перфилов
Original assignee: Александр Александрович Перфилов
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2014-12-20

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: invention proposes a powered support that includes the sections, each of which includes a cap piece, air bags, a shifting element, a capsule of an apparatus compartment, a shoe, and a downhole and goaf enclosure. As a shifting element, two manipulators are used, which are located on both sides of the apparatus compartment and which are strutted with their grips against bed soil. In the shoe centre there is a retractable cylinder with a semispherical support on the end and an air bag inside it, which give a possibility of performing jumping movements with transfer of the section under a newly exposed roof after the face advance. Besides, between the goaf enclosure and a capsule of the apparatus compartment there are air bags that serve for shock absorption of the rocks fallen onto the support.

EFFECT: increasing serviceability of a support at oblique incidence owing to simplifying the structure, improving stability and reducing energy consumption at shifting of the support.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к угольной промышленности, в частности к области механизированного крепления очистных выработок при выемке угля из тонких и средней мощности наклонных пластов.The invention relates to the coal industry, in particular to the field of mechanized fastening of mine workings during the extraction of coal from thin and medium power inclined seams.

На наклонном и крутом падении боковые породы слабые, с частыми геологическими нарушениями, непосредственная кровля зачастую ложная, а почва склонная к вспучиванию.On an inclined and steep fall, the lateral rocks are weak, with frequent geological disturbances, the immediate roof is often false, and the soil is prone to swelling.

Опыт эксплуатации агрегата АК-3 А.М. Долинского на крутом падении показал следующее. (1, К.А. Ардашев, А.А. Перфилов, А.М. Долинский и др. Результаты испытаний агрегата АК. М.: Горные машины и автоматика, №3, 1972).Operating experience of the unit AK-3 A.M. Dolinsky on a steep fall showed the following. (1, K.A. Ardashev, A.A. Perfilov, A.M. Dolinsky et al. Test results for the AK unit. M.: Mining machines and automatics, No. 3, 1972).

Агрегат сконструирован Гипроуглемашем для пологих, а его модернизированный вариант АК - для наклонных и крутых пластов средней мощности столбами по простиранию. Основными отличиями агрегата являются: наличие прочного жесткого става, обеспечивающего прямолинейность агрегата и возможность управления его движением путем поворотов става относительно элементов залегания пласта; наличие конструктивной связи последовательно передвигаемых секций крепи с передним и задним поясами базового става, обеспечивающей небольшие величины сползания агрегата по падению при его передвижке.The unit is designed by Giprouglemash for gentle slopes, and its modernized AK version is designed for inclined and steep formations of medium power with pillars along strike. The main differences of the unit are: the presence of a strong rigid stand, ensuring the straightness of the unit and the ability to control its movement by turning the stand relative to the elements of bedding; the presence of a constructive connection of consecutively moved lining sections with the front and rear belts of the base stav, providing small values of the unit sliding along the fall during its movement.

Оставление пачки угля у кровли толщиной до 0.3-0.4 м было предусмотрено проектом отработки участка в связи с наличием в кровле слоя очень слабых неустойчивых пород.The abandonment of a pack of coal at the roof with a thickness of up to 0.3-0.4 m was provided for by the project for mining the site in connection with the presence of a layer of very weak unstable rocks in the roof.

К тому же прямолинейность агрегата при волнистом залегании пласта приводит тоже к оставлению пачки угля в кровле или почве пласта. Было замечено, что на отдельных участках лавы угольная пачка систематически разрушалась, что приводило к раздвижке гидростоек, находящихся под распором, уменьшению их сопротивления, а над секциями образовывалась куполообразная зона обрушения. Также в этих местах наблюдался активный отжим угля из забоя, вызванный недостаточной сопротивляемостью крепи (2, А.А. Перфилов. Особенности взаимодействия механизированной крепи с предохранительной угольной пачкой. Кемерово, Труды КузПИ, сб.43, 1980).In addition, the straightness of the aggregate during a wavy bed of the formation also leads to the abandonment of a pack of coal in the roof or soil of the formation. It was noted that in some sections of the lava the coal pack was systematically destroyed, which led to the expansion of the hydroracks under pressure, a decrease in their resistance, and a dome-shaped caving zone formed above the sections. Also in these places, active extraction of coal from the face was observed, caused by the insufficient resistance of the lining (2, A.A. Perfilov. Features of the interaction of mechanized lining with a safety coal pack. Kemerovo, Trudy KuzPI, Sat. 43, 1980).

Разрушение предохранительной пачки угля не может происходить только под действием статической нагрузки. При максимально достигнутом сопротивлении крепи, равном 45 тс на гидростойку, усадка угольной пачки составляла 0.6 мм. Расчеты и наблюдения подтвердили предположение, что разрушение угольной пачки происходило в результате вибраций, передающихся от выемочного органа через жесткую базовую балку на крепь. Источником возмущающей силы являются движующиеся каретки струга и сила энерции неуравновешенных частей приводов. Кроме этого, особенности кинематики цепной передачи выемочного органа обуславливают колебания линейной скорости цепи и момента на валу звездочки вследствие периодического изменения радиуса приложения окружного усилия.The destruction of the coal safety pack cannot occur only under the influence of a static load. At the maximum resistance of the lining, equal to 45 tf per water stand, the shrinkage of the coal pack was 0.6 mm. Calculations and observations confirmed the assumption that the destruction of the coal pack occurred as a result of vibrations transmitted from the extraction organ through the rigid base beam to the lining. The source of the disturbing force are the moving plow carriages and the energy force of the unbalanced parts of the drives. In addition, the kinematics of the chain transmission of the excavating organ cause oscillations in the linear speed of the chain and the moment on the sprocket shaft due to periodic changes in the radius of application of the circumferential force.

Собственная частота колебаний гидростойки (секции) под распором, вычисленная по формуле Бусенеску, изменяется от 4.8 гц в начале цикла до 1.7 гц при полной нагрузке крепи. При этом частота на валу двигателя равна 150 гц, а частота на валу звездочки при скорости резания 1.09 м/сек равна 2.5 гц. Известно, что в области, близкой к резонансу, когда частота собственных колебаний опоры отличается от частоты вынужденных колебаний не более 30%, появляются неупругие деформации горных пород. В данном случае собственные колебания секции крепи могут резонировать с колебаниями, обусловленными кинематикой цепной передачи выемочного органа, возникающими на валу звездочки в диапазоне 1.75-3.25 гц, что соответствует сопротивлению крепи 30 тс и выше, вплоть до номинала. Такое давление гидростойки создавалось лишь в 10-15 м от вентиляционного штрека. В средней лаве оно не превышало 17 тс/секц, а в 0-10 м от конвейерного штрека вновь возрастала до 25 тс/секц. То есть неупругие деформации боковых пород могли возникнуть лишь в верхней 1/3 части лавы, где и действительно наблюдалось высыпание предохранительной пачки угля и внедрение башмаков гидростоек в слабую, склонную к вспучиванию почву пласта. Такие секции при передвижке деформировались, а при невозможности передвижке оставлялись в выработанном пространстве. Наличие жесткого базового става по всей длине лавы способствовало тому, что некоторые секции, «привязанные» к нему домкратами передвижки в разгруженном состоянии, перетаскивались через зоны куполения.The natural frequency of oscillations of the hydraulic stand (section) under pressure, calculated by the Businescu formula, varies from 4.8 Hz at the beginning of the cycle to 1.7 Hz at full load support. The frequency on the motor shaft is 150 Hz, and the frequency on the sprocket shaft at a cutting speed of 1.09 m / s is 2.5 Hz. It is known that in the region close to resonance, when the frequency of the natural vibrations of the support differs from the frequency of forced vibrations by no more than 30%, inelastic deformations of rocks appear. In this case, the natural vibrations of the lining section can resonate with vibrations due to the kinematics of the chain transmission of the excavating organ occurring on the sprocket shaft in the range of 1.75-3.25 Hz, which corresponds to the lining resistance of 30 tf and above, up to the nominal value. Such pressure of the hydraulic stand was created only 10-15 m from the ventilation drift. In the middle lava, it did not exceed 17 ton-force / section, and at 0-10 m from the conveyor drift it again increased to 25 ton-force / section. That is, inelastic deformations of the lateral rocks could occur only in the upper 1/3 of the lava, where the rash of the protective pack of coal was actually observed and the shoes of the hydraulic pillars were introduced into the weak, prone to swelling soil of the formation. Such sections were deformed during movement, and if it was impossible to move, they remained in the worked out space. The presence of a rigid base station along the entire length of the lava contributed to the fact that some sections, “tied” to it by jacks of the unloaded state, were dragged through the dome zone.

Более перспективные крепи по-разному приспосабливаются к слабым боковым породам крутых пластов.More promising supports in different ways adapt to weak lateral rocks of steep formations.

Известен комплекс Долинского МКД с механизированной крепью (3, патент RU 2276729 C1, E21D 23/00 от 04.10.2004, Бюл. №14, 20.05.2006), включающий секции крепи, каждая из которых содержит перекрытие с козырьком, имеющим возможность поворачиваться в сторону забоя на 180 градусов и подхватывать вновь обнаженную кровлю вслед за проходом выемочного органа.A well-known Dolinsky MKD complex with a mechanized roof support (3, patent RU 2276729 C1, E21D 23/00 dated 04.10.2004, Bull. No. 14, 05.20.2006), including roof support sections, each of which contains an overlap with a visor that can be rotated in side of the face by 180 degrees and pick up the newly exposed roof after the passage of the excavating organ.

Дальнейшее развитие конструкции крепей проходит по пути разделения жесткого базового става на базовые секции, кинематически связанные с линейными секциями, передвигающимися на катковых опорах по хвостовикам базовых секций (4, патенты RU 2324820 c1, RU 2357083 c1) и обладающими собственными средствами передвижки и стабилизации. При этом решаются все вопросы преодоления любых нарушений почвы и ее пучения. Важным является отказ от механического способа разрушения угля и применение физических способов разрушения угля (5, патенты RU 2372283 c1, RU 2398969 c1). Этим устраняется разрушение боковых пород под действием вибрации выемочного органа и нет необходимости оставлять предохранительную угольную пачку. Однако остается проблема преодоления зон куполения и геологических нарушений - воспользоваться базовым ставом или опереться на соседние секции теперь невозможно. В дальнейшем происходит улучшение конструкции средств передвижки, капсулы аппаратного отсека и отказ от базовых секций в пользу развития у линейных секций собственных средств передвижки и стабилизации и средств «мягкого» воздействия верхняка крепи на кровлю пласта (6, патенты RU 2413846 c1, RU 2411362 c1, RU 2411363 c1) путем применения пневмосильфонов, пневмоподушек и раздвижных рам, компенсирующих высоту куполения.Further development of the roof support structure goes along the path of dividing the rigid base frame into base sections kinematically connected with linear sections moving on roller bearings along the shanks of the base sections (4, patents RU 2324820 c1, RU 2357083 c1) and having their own means of movement and stabilization. In this case, all issues of overcoming any violations of the soil and its heaving are solved. Important is the rejection of the mechanical method of coal destruction and the use of physical methods of coal destruction (5, patents RU 2372283 c1, RU 2398969 c1). This eliminates the destruction of the side rocks under the influence of the vibrations of the excavating organ and there is no need to leave a protective coal bundle. However, there remains the problem of overcoming the dome zones and geological disturbances - it is now impossible to use the base rate or lean on neighboring sections. In the future, there is an improvement in the design of vehicles, capsules of the hardware compartment and the abandonment of the base sections in favor of the development of linear sections of their own vehicles and stabilization and means of “soft” exposure of the upper support to the roof of the formation (6, patents RU 2413846 c1, RU 2411362 c1, C1) by the use of air bellows, air bags and sliding frames, compensating for the dome height.

В условиях слабых боковых пород невозможно достичь высокого сопротивления крепи, поэтому можно применить в качестве элемента распора резиновые пневмостойки, армированные металлической сеткой и обручами, что позволяет существенно увеличить раздвижность крепи, не утяжеляя ее конструкции (7, патент RU 2412355 c1). Для «мягкого» контакта можно использовать верхняк, который состоит из множества траков, соединенных шарнирно между собой и распирающихся паучком стержней из рессорной стали (8, RU 2419722 c1). Предлагается и совсем экзотический механизм передвижки крепи (9, RU 2423611 c1), состоящий из домкратов, шестерней и колес.In conditions of weak lateral rocks, it is impossible to achieve a high lining resistance, therefore, rubber pneumatic struts reinforced with a metal mesh and hoops can be used as a spacer element, which can significantly increase the lining spacing without burdening its structure (7, patent RU 2412355 c1). For a “soft” contact, an upper can be used, which consists of a plurality of tracks pivotally interconnected and bursting by a spider of spring steel rods (8, RU 2419722 c1). A completely exotic mechanism for moving the lining (9, RU 2423611 c1), consisting of jacks, gears and wheels, is also offered.

Интересна механизированная крепь (10, RU 2434138 c1), отличающаяся тем, что роль механизма подачи исполнительного органа физического разрушения угля по площади забоя выполняет робот-манипулятор с механической рукой и захватом, установленным на платформе спереди капсулы аппаратного отсека. Другой особенностью этой крепи является то, что механизм стабилизации и коррекции, расположенный по обеим сторонам капсулы аппаратного отсека, состоит из опорных щитов и пневмоподушек, распирающихся в боковые поверхности капсул соседних секций.Mechanized lining is interesting (10, RU 2434138 c1), characterized in that the role of the supply mechanism of the executive body for the physical destruction of coal over the bottom face is played by a robotic arm with a mechanical arm and a grip mounted on the platform in front of the capsule of the hardware compartment. Another feature of this lining is that the stabilization and correction mechanism, located on both sides of the capsule of the hardware compartment, consists of support shields and airbags bursting into the side surfaces of the capsules of adjacent sections.

Известна механизированная крепь (11, RU 2495249 C1), каждая секция которой включает верхняк, пневмоподушки, элемент передвижки, капсулу аппаратного отсека, башмак, забойное и завальное ограждения. При этом в качестве элемента передвижки служат манипуляторы, расположенные по два у почвы и по два у кровли выработки с обоих боков капсулы аппаратного отсека и выполненные с возможностью совершать шагающие движения для переноса секции крепи к забою. Данная крепь принята нами за прототип.Mechanized support is known (11, RU 2495249 C1), each section of which includes an upper, air cushions, a moving element, a capsule of a hardware compartment, a shoe, a face and block fence. At the same time, manipulators located two by the soil and two by the working roof on both sides of the capsule of the hardware compartment and made with the ability to make walking movements to transfer the lining section to the bottom serve as an element of movement. This support was adopted by us as a prototype.

Ее недостатком можно считать излишнюю металлоемкость крепи - для крепи наклонного падения нет необходимости в распоре манипуляторов в кровлю пласта при разгрузке секции и ее передвижке.Excessive metal consumption of the lining can be considered its drawback - for the lining of inclined incidence, there is no need for the expansion of the manipulators into the roof of the formation when unloading the section and moving it.

ЦЕЛЬЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ является дальнейшее повышение работоспособности крепи на наклонном падении за счет облегчения конструкции, повышения устойчивости и снижения энергозатрат при передвижке крепи.THE PURPOSE OF THE INVENTION is to further increase the performance of the lining on an inclined incidence by facilitating the design, increasing stability and reducing energy consumption when moving the lining.

Крепь должна иметь особенности: «мягко» контактировать с боковыми породами, корпус крепи должен быть прочным, чтобы выдерживать вес обрушенных пород при куполении, иметь механизм передвижки, обеспечивающий «выползание» секций из-под завала и быть способной развивать большое сопротивление в аварийных ситуациях.The lining should have features: “softly” contact with the side rocks, the lining body must be strong to withstand the weight of the collapsed rocks during domeing, have a movement mechanism that allows the sections to “creep out” from the blockage and be able to develop great resistance in emergency situations.

Этим требованиям удовлетворяют пневмоподушки в качестве распорных элементов, при этом распор должен быть регулируемым, а при куполении подача воздуха должна быть импульсивной для встряски обрушенных пород.These requirements are met by air bags as spacers, while the strut should be adjustable, and when domed, the air supply should be impulsive to shake the collapsed rocks.

Прочная капсула аппаратного отсека, покрытая резиновой или полимерной оболочкой с выемочным органом физического разрушения угля (лазер или ультразвуковая установка), не тяжела и может быть переносима с легкостью манипуляторами через любые завалы породы.A durable capsule of the hardware compartment, covered with a rubber or polymer shell with an extraction organ for the physical destruction of coal (laser or ultrasonic unit), is not heavy and can be easily transported by manipulators through any rubble of the rock.

Все процессы роботоризованной системы и выемочного органа управляются бортовым компьютером. Капсула аппаратного отсека имеет технологические окна для диагностики аппаратуры и изъятия ее для ремонта. Предложенная крепь, каждая секция которой включает верхняк, пневмоподушки, элемент передвижки, капсулу аппаратного отсека, башмак, забойное и завальное ограждение, отличается тем, что в качестве элемента передвижки служат два манипулятора, расположенные с обоих боков капсулы аппаратного отсека и которые своими захватами распираются в почву пласта, а также в центре башмака имеется выдвижной цилиндр с полусферической опорой на конце и пневмоподушкой внутри него, которые дают возможность совершать прыгающие движения с переносом секции под вновь обнаженную кровлю вслед за подвиганием забоя.All processes of the robotic system and the extraction organ are controlled by the on-board computer. The capsule of the hardware compartment has technological windows for diagnosing the equipment and removing it for repair. The proposed lining, each section of which includes an upper, air cushions, a sliding element, a capsule of the hardware compartment, a shoe, a face and block fence, differs in that two manipulators located on both sides of the capsule of the hardware compartment and which burst with their grips the soil of the formation, as well as in the center of the shoe, has a retractable cylinder with a hemispherical support at the end and an air bag inside it, which make it possible to make jumping movements with the transfer of the section along e newly exposed roof following the movement of the face.

Вторым отличием является то, что между завальным ограждением и капсулой аппаратного отсека находятся пневмоподушки, служащие для амортизации ударов обрушенных пород на крепь. Опираясь на завальные породы, можно способствовать передвижке крепи в местах геологических нарушений.The second difference is that between the blocking fence and the capsule of the hardware compartment there are air bags that serve to absorb the impacts of collapsed rocks to the lining. Relying on obstructed rocks, it is possible to promote the movement of lining in places of geological disturbances.

На фиг.1 - вид на секцию крепи сбоку, на фиг.2 - вид на секцию сверху с разрезом.In Fig.1 is a side view of the lining section, in Fig.2 is a top view of the section with a slit.

Где:Where:

1 - верхняк, 2 - пневмоподушки распора с ребрами жесткости в виде обручей 3, 4 - капсула аппаратного отсека, 5 - раздвижное окно аппаратного отсека, 6 - забойное ограждение, 7 - башмак, 8 - выдвижной цилиндр с полусферической опорой 9 и пневмоподушкой 10, 11 - манипулятор с захватом 12, 13 - завальное ограждение с амортизационными подушками 14, 15 - бортовой компьютер, 16 - лазерная или ультразвуковая установка.1 - upper, 2 - expansion air bags with stiffeners in the form of hoops 3, 4 - capsule of the hardware compartment, 5 - sliding window of the hardware compartment, 6 - downhole fence, 7 - shoe, 8 - extendable cylinder with a hemispherical support 9 and air bag 10, 11 - a manipulator with a gripper 12, 13 - a blocking fence with cushioning cushions 14, 15 - an on-board computer, 16 - a laser or ultrasonic installation.

Большинство элементов крепи могут быть выполнены из полимеров (с минимальным содержанием фенола). Сверхлегкая крепь при решении вопроса передвижки конвейера может быть использована на пологом падении, а при повышении устойчивости крепи к опрокидыванию эта крепь может быть использована на крутом падении.Most of the support elements can be made of polymers (with a minimum phenol content). When solving the issue of moving the conveyor, the ultralight lining can be used on a gentle fall, and with increasing the stability of the lining to capsize, this lining can be used on a steep fall.

Ход работProgress

Нарезают монтажную печь, монтируют роботоризованный добычной комплекс, включают выемочный орган - лазарные или ультразвуковые установки и процесс пошел, при этом раздвигаются окна 5 и выемочный орган 16 подается на забой.A mounting furnace is cut, a robotic mining complex is mounted, a extraction organ is turned on - laser or ultrasound installations and the process has begun, while the windows 5 are moved apart and the extraction organ 16 is fed to the face.

Производится разрушение угля, уборка его самотеком и следом за забоем постоянно ползут или вернее прыгают секции крепи, опираясь на манипуляторы 11 и полусферическую опору 9. При попадании секции под купол обрушенных пород сжатый воздух импульсно подается в пневмоподушки 2 с последующей их разгрузкой и тем самым раскачивая верхняк.Coal is destroyed, gravity is cleaned and followed by slaughter, the roof supports constantly creep or rather jump, relying on manipulators 11 and a hemispherical support 9. When the section gets under the dome of collapsed rocks, compressed air is pulsed into air bags 2 with their subsequent unloading and thereby swinging overhead.

При сильной засоренности башмака углем и породой (а это на наклонной падении происходит всегда) секцию можно сдвинуть, раздувая пневмоподушки 14 и отталкиваясь завальным ограждением от обрушенных пород.If the shoe is heavily clogged with coal and rock (and this always happens on an inclined incidence), the section can be moved by inflating the air cushions 14 and pushing away from the collapsed rocks.

Источники информацииInformation sources

1. К.А. Ардашев, А.А. Перфилов, А.М. Долинский и др. Результаты испытаний агрегата АК. М.: Горные машины и автоматика, №3, 1972.1. K.A. Ardashev, A.A. Perfilov, A.M. Dolinsky et al. Test results for the AK unit. M.: Mining machines and automation, No. 3, 1972.

2. А.А. Перфилов. Особенности взаимодействия механизированной крепи с предохранительной угольной пачкой. Кемерово, Труды КузПИ, сб.43, 1980.2. A.A. Perfilov. Features of the interaction of mechanized lining with a safety coal bundle. Kemerovo, Transactions of KuzPI, Sat 43, 1980.

3. Патент RU 2276729 C1, E21D 23/00 от 04.10.2004, Бюл. №14, 20.05.2006.3. Patent RU 2276729 C1, E21D 23/00 dated 04.10.2004, Bull. No. 14, 05.20.2006.

4. Патенты RU 2324820 c1, RU 2357083 c1.4. Patents RU 2324820 c1, RU 2357083 c1.

5. Патенты RU 2372283 c1, RU 2398969 c1.5. Patents RU 2372283 c1, RU 2398969 c1.

6. Патенты RU 2413846 c1, RU 2411362 c1, RU 2411363 c1.6. Patents RU 2413846 c1, RU 2411362 c1, RU 2411363 c1.

7. Патент RU 2412355 c1.7. Patent RU 2412355 c1.

8. RU 2419722 c1.8. RU 2419722 c1.

9. RU 2423611 c1.9. RU 2423611 c1.

10. RU 2434138 c1.10. RU 2434138 c1.

11. RU 2495249 C1.11. RU 2495249 C1.

Claims

1. Mechanized support for inclined formations of medium power, containing sections, each of which includes a top, air bags, a movement element, a capsule of a hardware compartment, a shoe, a face and block fence, characterized in that two manipulators located on both serve as a movement element the sides of the capsule of the hardware compartment and which with their grips burst into the soil of the formation, as well as in the center of the shoe there is a retractable cylinder with a hemispherical support at the end and an air cushion inside it, which give the ability to make jumping movements with the transfer of the section under the newly exposed roof following the movement of the face.

2. Mechanized lining according to claim 1, characterized in that between the blocking fence and the capsule of the hardware compartment are air bags serving to absorb the impacts of collapsed rocks on the lining.