Опорные слова и термины

Крепление и управление кровлей, призабойная и посадочная, основная и временная крепь, гидрофицированные механизированные крепи, стойка, верхняк, жесткие стойки, стойки трения и гидравлические стойки, стойки крутонарастающего, пологонарастающего и постоянного сопротивления, поддерживающие, оградительные, оградительно-поддерживающие и поддерживающе-оградительные механизированные крепи.

Крепление и управление кровлей — один из важных и трудоемких процессов угледобычи, составляющий 30 % от общих трудовых затрат в лаве. Для крепления и управления кровлей применяют крепь, которая разделяется по назначению на: призабойную и посадочную, основную и временную.

Призабойная крепь возводится в призабойном пространстве и предназначена для предотвращения обрушения в нем пород кровли. Крепление призабойного пространства осуществляется с помощью индивидуальной или механизированной крепи. Индивидуальная крепь включает стойку и верхняк. На первом этапе в качестве индивидуальной крепи использовалось дерево, которое применяется и до сих пор на некоторых шахтах при выемке крутых пластов. В дальнейшем деревянная крепь была заменена металлической индивидуальной крепью (рис. 17.1).

В середине 50-х годов прошлого века для крепления призабойного пространства начали применять гидрофицированные механизированные крепи, получившие на сегодняшний день широкое распространение при выемке пологих, наклонных и крутых пластов.

Посадочная крепь, как правило, применяется в лавах, в которых призабойное пространство крепится индивидуальной крепью, устанавливается на границе с погашаемым выработанным пространством и предназначается для управления обрушением (посадки) или плавным опусканием пород кровли.

Условно можно принять, что к основным крепям относятся индивидуальные и механизированные крепи, которые служат непосредственно для крепления призабойного пространства в лаве.

Рис. 17.1. Крепление лавы индивидуальной крепью при работе с широкозахватным (а) и узкозахватиым (б) комбайном:

1 — широкозахватный очистной комбайн; 2 — разборный конвейер; 3 — стойка деревянная; 4 — верхняк деревянный; 5 — комбайн узкозахватный; 6 — конвейер цельнопере-движной; 7 — верхняк шарнирный; 8 — стойка металлическая; 9 — посадочная крепь

Временная крепь, как правило, облегченного типа, применяется для временного и ускоренного закрепления обнаженного пространства пород кровли (например, при креплении ниш) с последующей заменой ее основной крепью.

Стойка является основным опорным элементом крепи и служит для поддержания рабочего пространства в лаве. Стойка работает в сочетании с деревянным или металлическим верхняком.

В основу классификации металлических стоек (рис. 17.2) положены принцип работы, рабочая характеристика и конструктивное исполнение их.

По принципу работы стойки разделяют на три группы: жесткие, стойки трения и гидравлические. Жесткие стойки в настоящее время не применяются.

Рабочая характеристика стойки является одним из важных факторов влияющих на состояние поддерживаемой кровли и показывает зависимость сопротивления от податливости. Рабочее сопротивление стойки может возрастать резко, плавно или оставаться постоянным. Поэтому стойки делятся на три группы: крутонарастающего, пологонарастающего и постоянного сопротивления

Рис. 17.2. Классификация металлических стоек

Проседание выдвижной части стойки зависит от ее конусности и конструкции замкового устройства. В стойках крутонарастающего сопротивления выдвижная часть изготавливалась с уклоном от 1: 100 до 1: 200, в стойках пологонарастающего сопротивления — от 1: 200 до 1:

700.

Характерной особенностью стоек постоянного сопротивления является то, что сечение выдвижной части постоянно по всей длине или имеет незначительную конусность (1: 750). Их рабочее сопротивление создается уже при установке или при незначительном (8—12 мм) опускании выдвижной части под давлением пород кровли.

Стойки трения постоянного сопротивления наиболее распространены в угольной промышленности. Они предназначены для крепления очистных забоев на пластах мощностью 0,51 — 1,3 м; 0,88—2,45 м; 1,21 — 1,88 м.

Стойка состоит из корпуса, замкового устройства, выдвижной части, верхней и нижней опор. Верхняя опора может быть двух исполнений — под деревянные или металлические верхняки..

Под действием горного давления выдвижная часть стойки начинает опускаться вниз, вкладыш за счет сил трения также смещается вниз по конической поверхности клина на величину хода самозатяжки (6—8 мм). При этом сопротивление стойки нарастает до рабочего и в дальнейшем остается практически постоянным. Для разгрузки стойки выбивают клин, при этом пружина возвращает вкладыш в исходное положение и выдвижная часть стойки опускается вниз. Величина сопротивления и податливости стойки обеспечивается работой сил трения в замке.

Опыт работы узкозахватных комбайнов с индивидуальной металлической крепью доказал преимущество гидравлических стоек перед стойками трения. Большой начальный распор и малая величина упругой податливости гидростоек обеспечивают лучшее состояние кровли и уменьшают

ее опускание на 10— 30%. Повышается безопасность работ в очистном забое и снижаются потери стоек в выработанном пространстве при их извлечении, что обеспечивается наличием разгрузочного клапана, позволяющего дистанционно разгружать стойку.

Гидростойки применяются в качестве призабойной и посадочной крепи при всех системах разработки, предусматривающих извлечение крепи и любом способе управления кровлей. Гидравлические стойки имеют характеристику постоянного сопротивления. Промышленностью выпускаются два вида гидростоек — с внутренней циркуляцией рабочей жидкости и с внешним питанием. Рабочая жидкость в стойках с внутренней циркуляцией — индустриальное масло марки И20А или И30А с добавлением специальных ингибиторов, повышающих антикоррозийную стойкость деталей. В стойках с внешним питанием используются водомасляные эмульсии с антикоррозийными присадками.

Гидравлические стойки с внутренней циркуляцией рабочей жидкости предназначены для крепления призабойного пространства в пологопадающих пластах (до 25°) мощностью от 0,65 до 3,4 м при любой системе разработки с механизированной выемкой угля и различных способах управления кровлей.

Стойка состоит из рабочего цилиндра, выдвижной части, поршня со штоком, фильтра, предохранительного разгрузочного клапана и съемной рукоятки. Раздвижка и распор стойки осуществляются посредством двухступенчатого насоса, приводимого в действие кривошипным механизмом. В поршнях стойки и насоса размещается клапанно-распределительная система насоса.

Гидравлические стойки с внешним питанием в отличие от гидростоек с внутренней циркуляцией рабочей жидкости не имеют встроенного гидронасоса. В этих стойках рабочая жидкость нагнетается в рабочую полость от внешней гидравлической системы: от насосной станции, с помощью переносного насоса с ручным или электрическим приводом и др.

В стойках с внешним питанием (ГВТ и ГВС), выпускаемых промышленностью, раздвижка и распор осуществляются с помощью установочного пистолета, присоединенного к насосной станции. Если давление в рабочей полости стойки превысит допустимые значения, срабатывает предохранительный клапан. Таким образом, обеспечивается необходимая податливость стойки. Разгрузка стойки производится разгрузочным клапаном.

Гидравлические стойки успешно применяются с деревянными и металлическими верхняками, при этом в сравнении с металлическими стойками трения значительно сокращается время на переустановку стойки.

При применении индивидуального крепления металлические шарнирные верхняки являются элементами, непосредственно удерживающими кровлю призабойного пространства очистных забоев пологих пластов мощностью 0,7—2,3 м преимущественно с узкозахватной технологией выемки. Стойку под верхняк необходимо устанавливать так, чтобы консоль верхняка в сторону выработанного пространства была равна 1/3 длины верхняка, а в сторону забоя — 2/3 длины верхняка. При консольной навеске верхняков между первым от забоя рядом стоек и грудью забоя образуется бесстоечное призабойное пространство, необходимое для передвижки без разборки забойного конвейера. В настоящее время серийно выпускаются шарнирные верхняки типа В15Б, М71С и др.

Установка крепи, состоящей из стоек и отдельных верхняков, шарнирно соединенных между собой, производится рядами по простиранию (или по падению — восстанию). Верхняки устанавливаются вилкой к забою. Консольный верхняк размещается над рабочим пространством без стойки и жестко удерживается в соседнем верхняке посредством клинового замка. Наращивание новых верхняков и установка под ними стоек производится из числа верхняков и стоек, снимаемых с завальной стороны по мере подвигания забоя.

Существуют несколько способов управления кровлей в лавах: полное обрушение - 70,5%, частичная закладка - 24,2%, полная закладка - 1,6% и прочие способы — 3,7%. Посадочный ряд, на который производится посадка кровли, организуется усилением ряда из обычных стоек, установкой кустов и установкой специальной органной крепи (см. рис. 17, б).

Широкое применение на шахтах получила посадка кровли полным обрушением при помощи посадочных стоек типа ОКУм (органная крепь универсальная) и гидромеханизированных крепей.

Стойки ОКУм по рабочему сопротивлению делятся на три группы: 1000, 1500 и 2000 кН. Стойка ОКУм (рис. 17.3) состоит из станины 1, основного 2 и настроечного 3 винтов, насадки 4, тормозной колодки 5 и горизонтального

клина 6. Основной винт внутри имеет трапециевидную резьбу, в которую ввернут настроечный винт с малым шагом витка. Стойка имеет рабочую характеристику крутонарастающего сопротивления. Величина опускания основного винта в зависимости от типоразмера стойки может достигать 40—140 мм. В последнее время стойки ОКУм находят применение на крутых пластах.

Механизированная крепь предназначена для поддержания ра- бочего пространства и сохранения его в безопасном состоянии, механизации процесса крепления и управления кровлей в очистном забое, кроме того,

большинство крепей выполняют функции по передвижке забойного конвейера.

Рис. 17.3. Посадочная стойка ОКУм

Механизированная крепь состоит из секций (или комплектов), насосной станции, распределительной и контрольно-регулирующей аппаратуры, гидрокоммуникаций (напорной и сливной линий). Различают линейные (основные) и концевые секции. Линейные секции крепи устанавливаются вдоль забоя в одну линию и передвигаются в определенной последовательности в направлении забоя по мере его подвигания. Концевые секции предназначены для поддержания участков кровли, примыкающих непосредственно к штрекам и в отличие от линейных рассчитаны на большие нагрузки.

По способу и характеру взаимодействия с породами кровли и почвы и защите рабочего пространства механизированные крепи классифицируются следующим образом: поддерживаю- щие, оградительные, оградительно-поддерживающие и поддерживающе-оградительные.

Рис. 17.4. Схемы механизированных передвижных крепей:

а- поддерживающая; б- оградительная; в- оградительно-поддерживающая; г- поддерживающее- оградительная

Крепи поддерживающего типа различаются по условиям применения; для пологих и наклонных пластов с углами падения 0—35° и для крутонаклонных и крутых пластов с углами падения более 35°. К крепям поддерживающего типа относятся такие, у которых проекция на плоскость пласта поддерживающей части перекрытия больше проекции оградительной части при сдвинутом положении секции. Этим условиям отвечают поддерживающие и поддерживающе- оградительные крепи.

Крепь поддерживающего типа (рис.17.4, а) осуществляет в первую очередь поддержание рабочего пространства, во вторую — защиту его от давления кровли и обеспечение управления кровлей полным обрушением. Линейная секция крепи состоит из: перекрытия 1; ограждения 2, защищающего рабочее пространство от проникновения в него обрушенных пород кровли; гидростоек 3, которых может быть от двух до шести; основания 4; гидродомкрата 5 для передвижения крепи. Крепи поддерживающего типа получили широкое применение, особенно на пластах мощностью менее 1,8 м.

Крепь оградительного типа (рис. 17.4, б) не имеет элементов для поддержания пород кровли и выполняет только функции ограждения рабочего пространства от обрушившихся пород кровли и передвижку забойного конвейера. Конструктивно эти крепи более просты, но имеют ограниченную область применения из-за возможного проникновения в рабочее пространство пород кровли, обрушающихся по линии забоя. Линейная секция оградительной крепи состоит из основания 1, рамы 2, двух жестких стоек 3, щитового перекрытия 4, двух гидроцилиндров пере- движения 5, затвора 6 для выпуска разрушенного угля из межслоевой пачки угля и гидроцилиндра 7, с помощью которого открывается и закрывается затвор.

В настоящее время в угольной промышленности Советского Союза применяется только один тип оградительной крепи КТУЗМ при слоевой выемке пологопадающих пластов мощностью 6—15 м на шахтах Кузбасса. Мощность вынимаемого слоя составляет 2,4—2,7 м.

Оградительно-поддерживающая крепь (рис. 17.4, в) имеет элементы как для поддержания пород кровли, так и для ограждения рабочего пространства от обрушившихся пород кровли. При этом оградительные элементы преобладают над поддерживающими. Секция оградительно- поддерживающей крепи состоит из основания 1, траверсы 2, двух рычагов 3, щитового огражде- ния 4, поддерживающего козырька 5, одной или двух наклонных гидростоек 6 и гидроцилиндров передвижения 7.

Крепи этого типа (ОКП70 и др.) получили широкое распространение в угольной промышленности у нас и за рубежом при разработке пологопадающих пластов мощностью 1,8— 3,5 м в лавах с легко обрушающимися кровлями.

Поддерживающе-оградительная крепь осуществляет в первую очередь поддержание кровли и во вторую — ограждение рабочего пространства от обрушенных пород. Основным преимуществом этих крепей перед оградительно-поддерживающими является большее рабочее пространство, позволяющее удобно расположить оборудование, обеспечить свободный проход для людей, возможность применять крепь в лавах с повышенным газовыделением благодаря хорошей проветриваемости лавы.

Секция крепи поддерживающе-оградительного типа (рис. 17.4, г) состоит из основания 1, щитового ограждения 2, верхнего перекрытия 3, двух гидростоек 4 (передней и задней), гидроцилиндра 5 передвижения секций и гидроцилиндра передвижения стоек, размещаемого внизу у почвы (в комплексах типа 2М81-Э гидроцилиндры для передвижения стоек отсутствуют). Крепи этого типа получили широкое распространение при разработке пологопадающих пластов мощностью 1,4—3,2 м в лавах с легкообрушающимися и устойчивыми породами кровли.

По базовой основе механизированные крепи делятся на две группы:

· с нижним основанием (базой) и нижним расположением средств передвижки секций. Эти крепи применяются в условиях достаточного прохода в крепи, где нижнее основание не ограничивает этот проход по высоте;

· с верхним основанием и верхним расположением средств передвижки секций крепи. Эти крепи применяются в условиях плохих кровель, где требуется сплошная затяжка, а также в тонких пластах, где на почве не должно быть препятствий для прохода людей.

По наличию общих связей по длине лавы, крепи разделяют на агрегатные и комплектные.

Рис. 17.5. Комплектная крепь типа М97

Комплектная крепь (рис.17.5) состоит из отдельных, не связанных между собой и забойным конвейером 3 комплектов секций. Каждый комплект, как правило, состоит из двух секций 1, соединенных гидроцилиндрами передвижения 2. Передвижка разгруженной от горного давления секции производится с опорой на соседнюю секцию комплекта, которая находится в этот момент под распором. К комплектным относятся крепи типа МК97. Питание комплектов крепи осуществляется от общей насосной станции, установленной на штреке. Управление на каж- дом комплекте обособленное. Передвижка конвейера при работе комплектных крепей осуществляется дополнительными средствами: гидродомкратами типа ДГ-2 или гидропередвижчиками типа ГП-1УА.

Рис. 17.6. Способы передвижения секций механизированной крепи: а- последовательный; б- шахматный

Существует несколько способов передвижения секций механизированных крепей:

· последовательный, предусматривающий строго последовательную передвижку секций крепи, одну за другой (рис. 17.6, с). При ручном управлении комплексом время на передвижку одной секции крепи составляет 30—40 с, что позволяет очистному комбайну производить выемку угля со скоростью до 2 м/мин. При автоматизированном управлении комплексом скорость комбайна может быть несколько выше, что особенно важно при вы- емке тонких пластов;

Агрегатная крепь состоит из отдельных секций, имеющих связь с забойным конвейером через гидроцилиндр передвижения. Став забойного конвейера является в этом случае опорной базой, фиксирующей направленное перемещение крепи. К агрегатным относятся крепи М87, ОКП, КГУЗМ и др.

· шахматный (рис. 17.6, б), применяющийся при устойчивой кровле, когда есть необходимость сократить время на передвижку крепи с тем, чтобы повысить рабочую скорость подачи очистного комбайна. При шахматном способе вначале последовательно передвигаются нечетные секции, а затем четные (или наоборот).

· групповой способ, предусматривающий одновременное передвижение нескольких секций, при этом отдельные группы секций могут перемещаться последовательно или в шахматном порядке. Групповой способ применяется при автоматизированном управлении и позволяет значительно сокращать время, необходимое на перемещение крепи.

Механизированные крепи передвигают силовыми гидроцилиндрами двустороннего действия, которые могут быть расположены в различных местах секции крепи: внутри или по бокам основания, под перекрытием и, реже, один — у основания, а второй — у перекрытия.

Источником энергии для гидравлического привода механизированных крепей является насосная станция, в которой электрическая энергия с помощью электродвигателей и гидронасосов преобразуется в энергию потока рабочей жидкости. При заданном давлении поток рабочей жидкости подается в гидрокоммуникации, по которым он подводится к силовым гидроцилиндрам и гидроаппаратуре. Управление, регулирование и контроль работы механизированной крепи осуществляется распределительной и контролирующей аппаратурой: гидрораспределителями, гидрозамками, блоками управления, различными клапанами. Указанная гидроаппаратура устанавливается на насосной станции, гидромагистралях и на секциях крепи.

Контрольные вопросы

1. Какие виды крепи применяются для крепления призабойного пространства?

2. Какую конструкцию имеет гидравлическая механизированная крепь?

3. В каких условиях применяют поддерживающие, оградительные, оградительно- поддерживающие и поддерживающе-оградительные крепи?

4. Какую конструкцию имеют агрегатные и комплектные крепи?

5. Какие способы передвижения секций механизированных крепей существуют?

Литература

1. Солод В.И., Зайков В.И., Первов К.М. горные машины и автоматизированные комплексы. М.: Недра

2. Клорикьян С.Х. и др. Машины и оборудование для шахт и рудников: Справочник. М, МГГУ, 2002.

3. Гетопанов В.Н., Гудилин Н.С., Чугреев Л.И. Горные и транспортные машины и комплексы. М.: Недра