CC BY
120
Оригинальная статья
УДК 622.284:622.26:622.232.83 © А.А. Рубцов, 2020
Безопасное крепление подземных горных выработок
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2020-2-8-12 -
РУБЦОВ А.А.
Горный инженер АО «Воркутауголь», 169908, г. Воркута, Россия, e-mail: rubtsov-68@mail.ru
Статья посвящена вопросам безопасного крепления подземных горных выработок, проводимых комбайнами избирательного действия нового технического уровня или при помощи других горнопроходческих машин соответствующих конструкций, предназначенных для использования при буровзрывном, гидравлическом способах проведения, с применением металлической рамной крепи. Статья информирует о технологии, позволяющей персоналу постоянно находиться под защитой крепи при проведении подземных горных выработок и креплении их посредством применения сегмента крепи, монтируемого на крепеподъемнике с платформой рамной конструкции, которым оборудован исполнительный орган (стрела) горнопроходческой машины. Постоянное нахождение персонала под защитой крепи достигается за счет непрерывности крепи, обеспечиваемой консолями, являющимися частью сегмента. Крепеподъем-ник с платформой и консоли являются ключевыми элементами, за счет использования которых появляется возможность производить крепление выработок принципиально новым способом. При этом необходимо использовать горнопроходческие машины нового технического уровня. Ключевые слова: безопасное крепление, крепеподъемник с платформой, консоли, сегмент крепи, горнопроходческие машины нового технического уровня. Для цитирования: Рубцов А.А. Безопасное крепление подземных горных выработок // Уголь. 2020. № 2. С. 8-12. 001: 10.18796/0041-5790-2020-2-8-12.
ВВЕДЕНИЕ
Технология предназначена для создания безопасных условий труда при проведении и креплении горизонтальных и наклонных горных выработок в любых горногеологических условиях, доступных для использования проходческих комбайнов избирательного действия нового технического уровня и других горнопроходческих машин соответствующих конструкций, которые могут использоваться при буровзрывном способе (БВС), гидроспособе проведения выработок с применением металлической рамной крепи. Данная технология предлагается автором статьи на основании его изобретения [1].
ТЕХНОЛОГИЯ БЕЗОПАСНОГО КРЕПЛЕНИЯ
ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ
При рассматриваемой технологии используется крепеподъемник с платформой рамной конструкции. Крепеподъемник устанавливается на исполнительный орган комбайна избирательного действия или на сопоставимую по прочностным характеристикам стрелу другой горнопроходческой машины.
Наиболее подходящей для данной технологии является металлическая арочная крепь [2]. Можно при этом использовать другие виды металлической рамной крепи, но при этом верхняки рам должны быть уменьшенной длины, а ножки (стойки) должны содержать элементы, компенсирующие уменьшение длины верхняка, например соответствующие типы универсальной рамной крепи [3]. Это необходимо для того, чтобы верхняки сегмента, смонтированные на платформе крепеподъемника не цеплялись за ножки (стойки) ранее установленной крепи при установке вновь смонтированного сегмента.
В настоящее время крепление призабойного пространства производится методом поочередного монтажа отдельных элементов крепи непосредственно на том месте, где они должны быть установлены. При этом персонал вынужден находиться в незакрепленном пространстве. Применение временной крепи не в полной мере обеспечивает должную безопасность, требуемую нормативными документами [4].
Отличительной особенностью данной технологии является установка крепи методом монтирования сегмента крепи на платформе 2 крепеподъемника, которым оборудован исполнительный орган горнопроходческой машины (рис. 1). Ключевым элементом сегмента являются консоли 14, крепящиеся на верхняк крепи (рис. 2), из которых
формируется консольная часть крепи, обеспечивающая ее непрерывность. Монтаж сегмента производится в закрепленной части призабойного пространства. Смонтированный сегмент подводится при помощи крепеподъемника к месту установки, после чего крепятся ножки и производятся остальные манипуляции по монтажу крепи. Сегмент крепи до установки ножек играет роль временной крепи.
При производстве работ по данной технологии имеется доступ как к нижней части монтируемого сегмента крепи, так и к его верхней части (до установки его на место), что обеспечивает такие дополнительные возможности по монтажу крепи, которые при ныне существующих технологиях невозможны.
Технология способна обеспечить безопасное ведение горных работ за счет того, что у персонала имеется возможность постоянно находиться под защитой крепи при проведении и креплении выработок, что является требованием нормативных документов. Кроме того, данная технология позволяет повысить производительность труда и качество устанавливаемой крепи.
Основными техническими новинками
данной технологии являются:
крепеподъемник, который имеет в своем составе платформу 2, представляющую собой металлическую раму, по несущей способности сопоставимую с козырьками секций добычных комплексов, способную выдерживать как статические нагрузки, так и динамические, возникающие при обрушении горной массы с кровли. Платформа передней частью крепится к каретке 7, которая имеет возможность передвигаться с основной 70 части стрелы на телескопическую 7 7 при помощи минимум одного домкрата 8, имеющегося на верхней части стрелы. Вместо каретки может использоваться передвигаемый сегмент 9 основной части стрелы. Для перемещения каретки на стреле имеются направляющие 3,4,5,6. Подъем платформы (изменение ее угла по отношению к стреле) производится домкратами 7, закрепленными одной стороной на каретке, а другой - на платформе. Длина платформы зависит от технологических и технических условий проведения выработки (шага крепи, длины исполнительного органа комбайна). Проем в платформе (рис. 3) необходим для доступа снизу к монтируемому сегменту крепи с целью крепления стяжек 25 хомутами 27 и для удобства крепления дополнительных устройств в виде быстросъемных колодок 76, которые могут устанавливаться на платформе и позволяют располагать элементы сегмента крепи на разных уровнях и плоскостях.
Платформа может оборудоваться электромагнитами. Колодки и электромагниты обеспечат надежную фиксацию сегмента крепи, находящегося на платформе до его установки на случай значительного вывала горной массы с кровли;
консоль 74 представляет собой отрезок профиля СВП с приваренным перпендикулярно несущим элементом в виде отрезка достаточно прочного профиля (таврового, двутаврового и прочее). Консоли (в количестве нескольких штук) крепятся при помощи хомутов 75 на ближайший от забоя верхняк 73, являющийся частью монтируемого сегмента крепи, образуя консольную часть крепи, необходимую для обеспечения непрерывности крепи.
Рис. 1. Исполнительный орган комбайна
с крепеподъемником (вид сбоку)
Fig. 1. Executive body of the combine with a hoist (side view)
Рис. 2. Консоль, прикрепленная к верхняку Fig. 2. The console attached to the top
Рис. 3. Исполнительный орган комбайна
с крепеподъемником (вид сверху)
Fig. 3. The executive body of the combine with a hoist (top view)
Сегмент крепи (рис. 4) - это конструкция, состоящая из скрепленных верхняков, консольной части крепи и затяжки 24, которая уложена и закреплена поверх данной конструкции. Затяжка может быть любых существующих видов: металлическая (типа ЗМШ), железобетонная (ж/б) и прочие.
Сформированный сегмент, находящийся на платформе крепеподъемника, подводится к месту установки путем перемещения каретки с основной части стрелы на телескопическую и дальнейшим ее выдвиганием под кров-
лю у забоя (рис. 5), таким образом, чтобы дальний от забоя верхняк, составляющий часть сегмента, был подведен под край консольной части ранее установленной крепи, чем и достигается непрерывность крепи.
В состав сегмента может входить один верхняк, тогда, соответственно, консольная часть крепи формируется на нем, и сегмент представляет собой консольную часть крепи с затяжкой на ней. При формировании сегмента возможно, например, применение пакетированного ЗМШ, при котором затяжка может быть смонтирована на сегменте не только поверх него, но и по бокам, на все сечение выработки. Пакети рова н ное ЗМШ - это несколько скрепленных между собой затяжек. При формировании сегмента пакет раскладывается поверх других элементов сегмента. Укладка затяжки, в данном случае, будет занимать намного меньше времени, чем требуется при существующем способе укладки, и качество укладки будет лучше. Таким образом, персонал при установке ножек будет защищен со стороны боков затяжкой. Дополнительно к этому воз-
можно еще обезопасить персонал путем формирования сектора поверх уложенной затяжки, представляющего собой согнутые под углом более 900 затяжки ЗМШ (как наиболее простой вариант), закрепляемой по краям монтируемого сегмента ближе к концам верхняков. Образованный сектор способен минимизировать вероятность осыпания горной массы по бокам в случае ее вывала с кровли после установки сегмента на место. Это техническое решение особенно желательно, если нет возможности монтировать затяжку на сегменте на все сечение выработки (например при использовании железобетонной затяжки). В качестве основания под затяжку на край консольной части укладывают металлический прогон 18 (см.рис. 4) наподобие такого, который применяют при установке анкерной крепи, изогнутый в соответствии с профилем верхня-ка. Затяжку и элементы, из которых формируется сектор на сегменте, возможно фиксировать металлическими полосами 19, закрепляемыми поверх данных элементов сегмента. На консолях и верхняках, выше мест соединения с ножками, при помощи видоизмененных хомутов 22 либо спецкрюков с планками, формируются замки, предотвращающие как сползание затяжки в боковых направлениях, так и фиксацию указанных прогонов и полос.
Платформа крепеподъемника, имея достаточно простую конструкцию, может быть сменным элементом, иметь разную длину, в зависимости от условий проведения конкретной выработки. Например, при шаге крепи 0,5-0,67 м и использовании сегментов крепи с двумя верхняками, длина платформы может составлять около 1 м или немного больше. В случае длительной приостановки работ по проведению выработки возможна установка временной рамы под край консольной части крепи с ее демонтажом при возобновлении работ по проведению выработки.
Производительность труда можно повысить за счет использования описанного выше сегмента крепи. Кроме того, производительность может повыситься за счет применения горнопроходческой машины нового технического уровня, предназначенной для работ с применением данной технологии.
В настоящее время существуют горнопроходческие комплексы [5], при помощи которых возможно производить крепление выработки при ее проведении без непосредственного участия персонала. Однако подобные механизмы довольно громоздкие, что является одним из факторов, ограничивающих область применения подобной техники. Данный фактор, в сочетании с другими особенностями использования подобной техники, ограничивает область ее применения.
Наибольшей эффективности при работе по предлагаемой технологии возможно достичь при автоматизированном варианте управления горнопроходческой машиной. Это отвечает мировым тенденциям усовершенствования горнопроходческой техники, достижению ею новых технических уровней [6]. Однако имеющиеся образцы не способны без дополнительной модернизации выполнять работы по предлагаемой технологии, что и требует создания горнопроходческих машин соответствующих конструкций и возможностей:
- при комбайновом способе - сочетание функций обычного проходческого комбайна избирательного действия [7] и машины по креплению горных выработок, сохра-
Рис. 4. Сегмент крепи (вид сверху) Fig. 4. Support segment (top view)
Рис. 5. Исполнительный орган комбайна с крепеподъемником при установке сегмента крепи (вид сбоку)
Fig. 5. The executive body of the harvester with a hoist when installing a lining segment (side view)
няя при этом компактность и мобильность комбайна-прототипа;
- при буровзрывном способе - кроме функции крепления, техника может обладать возможностями погрузочной машины, буровой установки, например модернизированная известная погрузочно-бурильная машина типа ПНБ;
- при гидроспособе - кроме функции крепления, техника может обладать возможностями водометной установки, погрузочной машины, например модернизированная известная горнопроходческая машина с импульсным водометом.
Для обеспечения работы подобной машины в варианте с автоматизированным управлением можно использовать следующие и подобные им технологии:
- автоматизация работы проходческих комбайнов [8];
- автоматическое вождение проходческого комбайна в заданном направлении по лазерному лучу [9].
На машине, предназначенной для работы по предлагаемой технологии, необходимо иметь приспособление для механической укладки на платформу крепеподъемника верхняков, как отдельных, так и с установленными консолями. Данная операция может производиться в ручном либо автоматизированном режиме, в зависимости от возможностей систем управления комбайном.
Для лучшей визуализации местоположения коронки 72 исполнительного органа желательно оборудовать комбайн достаточно мощными осветительными приборами, а консоли - светоотражающим покрытием. Это позволит минимизировать вероятность деформации консолей при обработке забоя в ручном режиме управления комбайном. Кроме того, забой можно оформлять таким образом, чтобы его верхняя часть несколько опережала нижнюю, что позволит сохранять достаточную дистанцию между коронкой стрелы комбайна и консольной частью крепи.
В настоящее время существуют образцы проходческих комбайнов с довольно функциональными системами управления, в том числе российского производства, обладающие элементами «самоконтроля», например комбайн КП-330 [10]. Подобную машину легче адаптировать для работы по предлагаемой технологии. Правда, из-за своих размеров и массы подобный комбайн применим не на всех соответствующих производствах. Для работы по предлагаемой технологии можно адаптировать модели комбайнов более легких классов.
Модернизация выбранного комбайна-прототипа (создание новой горнопроходческой машины) является наиболее сложным этапом реализации предлагаемой технологии.
Дистанционное управление комбайном [11], автоматизация способствуют повышению производительности труда, но для бесперебойной работы в реальных условиях желательно предусмотреть возможность механического разрушения негабаритов, которые могут быть в отбитой горной массе и перекрывать выход со стола погрузчика. Обычно в таких случаях персоналу приходится приостанавливать работу комбайна и вручную разбивать негабариты. Желательно иметь на комбайне стол погрузчика с возможностью изменения его ширины за счет подвижных боковых сегментов (подобные столы устанавливают, например, на комбайне КП-220 [12]). Данное решение позволит максимально надежно оконтуривать призабойное
пространство при отгрузке горной массы, а при креплении выработки, «складывая» подвижные сегменты стола, обеспечивать достаточное пространство для установки ножек (стоек) крепи.
Окончательное решение по выбору способов и средств ведения работ в рамках предлагаемой технологии остается за руководством предприятия (компании).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Предлагаемая технология, отдельные элементы которой приведены в данной статье, позволит производить крепление выработок принципиально новым способом, обеспечивающим наиболее полное соответствие производимых работ требованиям «Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности» («Правила безопасности в угольных шахтах»), действующих на территории России. Очевидно, что и за пределами РФ аналогичные требования будут обеспечиваться наиболее полно. Кроме того, предлагаемая технология в сочетании с другими известными соответствующими технологиями позволит создать передовой способ ведения работ, отвечающий мировым тенденциям автоматизации производства, повышающий производительность труда и качество устанавливаемой крепи, ограничивающий влияние «человеческого фактора» на производственный процесс.
Список литературы
1. Платформа-крепеподъемник. Патент RU 2708130 C1 / А.А. Рубцов. Заявка № 2018132220. Зарег. 10.09.2018. Опубл. 04.12.2019. URL: https://yandex.ru/patents/doc/ RU2708130C1_20191204 (дата обращения: 15.01.2020).
2. ГОСТ 31560-2012 Крепи металлические податливые рамные. Крепь арочная. Общие технические условия. М.: Стандартинформ, 2013. URL: http://docs.cntd.ru/ document/1200102754 (дата обращения: 15.01.2020).
3. Универсальная податливая рамная крепь. Патент RU 2083841 C1. / И.В. Бердюгин. Заявка № 94013620/03. Зарег. 19.04.1994. Опубл. 10.07.1997. URL: https://yandex.ru/ patents/doc/RU2083841C1_19970710 (дата обращения: 15.01.2020).
4. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности в угольных шахтах», 2014. Раздел VII «Проведение и крепление горных выработок». С. 25-27.
5. Проходческие комплексы для проведения горизонтальных и наклонных работ: Реферат. Библиофонд (https:// www.bibliofond.ru/). [Интернет-ресурс]. URL: https://www. bibliofond.ru/detail.aspx?id=655724 (дата обращения: 15.01.2020).
6. Перспективы создания проходческих комбайнов нового технического уровня. Стройка (http:// stroit.ru/). [Интернет-ресурс]. URL: http://stroit.ru/stati/ perspektivy-sozdaniya-prohodcheskih-kombaynov-novogo-tehnicheskogo-urovnya/ (дата обращения: 15.01.2020).
7. Шахтное и подземное строительство: Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп.: в 2 т. / Б.А. Картозия, Б.И. Фе-дунец, М.Н. Шуплик и др. М., Издательство Академии горных наук, 2001. Т. 1. 607 с. URL: http://www.geokniga.org/ bookfiles/geokniga-shahtnoe-i-podzemnoe-stroitelstvo1.pdf (дата обращения: 15.01.2020).
8. Автоматизации работы проходческих комбайнов. Сту-допедия.Нет (https://studopedia.net/). [Интернет-ресурс]. URL: https://studopedia.net/14_75312_avtomatizatsii-raboti-prohodcheskih-kombaynov.html (дата обращения: 15.01.2020).
9. Автоматическое вождение проходческого комбайна в заданном направлении по лазерному лучу. Студопедия (https://studopedia.info/). [Интернет-ресурс]. URL: https:// studopedia.info/2-58599.html (дата обращения: 15.01.2020).
10. Проходческий комбайн КП330. Копейский машиностроительный завод: (http://www.kopemash.ru/). [Интернет-
ресурс]. URL: http://www.kopemash.ru/products/1/1147. html (дата обращения: 15.01.2020).
11. Системы управления проходческими комбайнами. ИЛЬМА (http://ilma-mk.ru/). [Интернет-ресурс]. URL: http:// ilma-mk.ru/product-category/sistemy-upravleniya-tehnikoj/ upravlenie-prohodcheskimi-kombajnami/ (дата обращения: 15.01.2020).
12. Комбайн проходческий КП220. Копейский машиностроительный завод: (http://www.kopemash.ru/). [Интернет-ресурс]. URL: http://www.kopemash.ru/products/1/683.html (дата обращения: 15.01.2020).
COAL MINING EQUIPMENT
Original Paper
UDC 622.284:622.26:622.232.83 © A.A. Rubtsov, 2020
ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2020, № 2, pp. 8-12 DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2020-2-8-12
Title
SAFETY FASTENING OF UNDERGROUND MINE WORKINGS
Author
Rubtsov A.A.'
1 "Vorkutaugol" JSC, Vorkuta, 169908, Russian Federation
Authors' Information
Rubtsov A.A., Mining Engineer, e-mail: rubtsov-68@mail.ru Abstract
The paper is dedicated to the issues of safe fastening of underground mine workings carried out by selective-action combines of a new technical level or with the help of other mining tunneling machines of appropriate designs, intended for use in drilling and blasting, hydraulic methods, using a metal frame support. The article informs about the technology that allows personnel to be constantly protected by the lining during underground mining and fixing them by using a lining segment mounted on a lift with a frame structure platform, which is equipped with an executive body (boom) of a mining tunneling machine. The constant presence of personnel under the protection of the lining is achieved due to the continuity of the lining provided by the consoles that are part of the segment. Lift with platform and console are the key elements, due to the use of which, it becomes possible to mount workings in a fundamentally new way. It is necessary to use mining machines of a new technical level.
Keywords
Safety fastening, Platform hoist, Consoles, Support segment, Mining machines of a new technical level.
References
1. Rubtsov A.A. Platforma-krepepod"yemnik [Lift Platform]. Pat. RU 2708130 C1, Applic. No. 2018132220, claim 10.09.2018, publ. 04.12.2019. Available at: ht-tps://yandex.ru/patents/doc/RU2708130C1_20191204 (accessed 15.01.2020). (In Russ.).
2. GOST 31560-2012 Krepi metallicheskiye podatlivyye ramnyye. Krep' aroch-naya. Obshchiye tekhnicheskiye usloviya [Support pliable metal frame. Arch support. General specifications]. Moscow, Standartinform Publ., 2013. Available at: http://docs.cntd.ru/document/1200102754 (accessed 15.01.2020). (In Russ.).
3. Berdyugin I.V. Universal'naya podatlivaya ramnaya krep' [Universal pliable frame support]. Pat. RU 2083841 C1, Applic. No. 94013620/03, claim 19.04.1994, publ. 10.07.1997. Available at: https://yandex.ru/patents/ doc/RU2083841C1_19970710 (accessed 15.01.2020). (In Russ.).
4. Federal'nyye normy i pravila v oblasti promyshlennoy bezopasnosti "Pravila bezopasnosti v ugol'nykh shakhtakh" [Federal norms and rules in the field of industrial safety "Safety Rules in Coal Mines"], 2014, Section VII "Conducting and securing mine workings", pp. 25-27. (In Russ.).
5. Prokhodcheskiye kompleksy dlya provedeniya gorizontal'nykh i naklonnykh rabot: Referat [Driving complexes for horizontal and inclined work: Abstract]. Bibliofond (https://www.bibliofond.ru/). [Internet resource]. Available at:
https://www.bibliofond.ru/detail.aspx?id=655724 (accessed 15.01.2020). (In Russ.).
6. Perspektivy sozdaniya prokhodcheskikh kombaynov novogo tekhnicheskogo urovnya [Prospects for creating roadheaders of a new technical level]. Stroy-ka (http://stroit.ru/). [Internet resource]. Available at: http://stroit.ru/stati/ perspektivy-sozdaniya-prohodcheskih-kombaynov-novogo-tehnicheskogo-urovnya/ (accessed 15.01.2020). (In Russ.).
7. Kartozia B.A., Fedunets B.I., Shuplik M.N. et al. Shakhtnoye i podzemnoye stroitel'stvo: Uchebnik dlya vuzov [Mine and Underground Construction: A Textbook for High Schools]. 2nd ed., rev. and add.: in 2 Vol. Moscow, Izdatel'stvo Akademii gornykh nauk Publ., 2001, Vol. 1, 607 p. Available at: http://www. geokniga.org/bookfiles/geokniga-shahtnoe-i-podzemnoe-stroitelstvo1.pdf (accessed 15.01.2020). (In Russ.).
8. Avtomatizatsii raboty prokhodcheskikh kombaynov [Automation of road-headers]. Studopediya.Net (https://studopedia.net/). [Internet resource]. Available at: https://studopedia.net/14_75312_avtomatizatsii-raboti-pro-hodcheskih-kombaynov.html (accessed 15.01.2020). (In Russ.).
9. Avtomaticheskoye vozhdeniye prokhodcheskogo kombayna v zadannom napravleniipo lazernomu luchu [Automatic driving a roadheader in a given direction along the laser beam]. Studopediya (https://studopedia.info/). [Internet resource]. Available at: https://studopedia.info/2-58599.html (accessed 15.01.2020). (In Russ.).
10. Prokhodcheskiy kombayn KP330. [Roadheader KP330]. Kopeyskiy mashinostroitel'nyy zavod (http://www.kopemash.ru/). [Internet resource]. Available at: http://www.kopemash.ru/products/1/1147.html (accessed 15.01.2020). (In Russ.).
11. Sistemy upravleniya prokhodcheskimi kombaynami. [Control systems for roadheaders]. IL'MA (http://ilma-mk.ru/). [Internet resource]. Available at: http://ilma-mk.ru/product-category/sistemy-upravleniya-tehnikoj/upravle-nie-prohodcheskimi-kombajnami/ (accessed 15.01.2020). (In Russ.).
12. Kombayn prokhodcheskiy KP220 [Roadheader KP220]. Kopeyskiy mashinostroitel'nyy zavod (http://www.kopemash.ru/). [Internet resource]. Available at: http://www.kopemash.ru/products/1/683.html (accessed 15.01.2020). (In Russ.).
For citation
Rubtsov A.A. Safety fastening of underground mine workings. Ugol' - Russian Coal Journal, 2020, No. 2, pp. 8-12. (In Russ.). DOI: 10.18796/0041-57902020-2-8-12.
Paper info
Received November 19,2019 Reviewed December 16,2019 Accepted December 20,2019
