Обоснование структуры и основных конструктивных параметров крепи сопряжения струговых очистных забоев с примыкающими выработками Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

ГОРНОЕ ДЕЛО И ГЕОЛОГИЯ

УДК 622.71 (06)

ОБОСНОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И ОСНОВНЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ КРЕПИ СОПРЯЖЕНИЯ СТРУГОВЫХ ОЧИСТНЫХ ЗАБОЕВ С ПРИМЫКАЮЩИМИ ВЫРАБОТКАМИ

© 2014 г. Н.И. Сысоев, Ю.В. Турук

Сысоев Николай Иванович - д-р техн. наук, профессор, кафедра «Нефтегазопромысловые и горные машины и оборудование», Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова. Тел. 8(8635)25-53-17. E-mail: SysoevNI@npi-tu.ru

Турук Юрий Владимирович - канд. техн. наук, доцент, кафедра «Технология и комплексы горных, строительных и металлургических производств», Шахтинский институт (филиал) Южно-Российского государственного политехнического университета (НПИ) имени М.И. Платова. E-mail: uraturuk@mail. ru

Sysoev Nikolai Ivanovich - Doctor of Technical Sciences, professor, head of department «Oil and Gas Fields and Mining Machinery and Equipment», Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI).Ph. 8(8635)25-53-17. E-mail: Syso-evNI@npi-tu.ru

Turuk Yuri Vladimirovich - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, department «Technology and Complexes of Mining, Building and Metallurgical Enterprises», Shakhty Institute (branch) Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI). E-mail: uraturuk@mail.ru

Приводятся условия работы и технические требования к механизированным крепям сопряжения лав с подготовительными выработками, их параметрам и технологическим схемам применения. Обоснована структура и основные конструктивные параметры механизированной крепи сопряжения для струговых механизированных комплексов. Предложена конструкция механизированной крепи сопряжения для работы в выработках, сохраняемых для повторного использования, наиболее полно удовлетворяющая требованиям струговой технологии выемки.

Ключевые слова: концевые операции; приводная головка забойного конвейера; механизированная крепь сопряжения; струговая технология выемки; турель.

The conditions of work and technical demands to mechanized sets of conjunction of longwalls with preparatory underground workings, their parameters and technological schemes of application are given. The structure and the main constructive parameters of a mechanized set of conjunction for the plane mechanized complexes are based. The construction of a mechanized set of conjunction which satisfies the demands ofplane working out technology in the fulliest way for work in driving kept for repeated using is proposed.

Keywords: end operations; face conveyer driving head; mechanized set of conjunction; plane technology of working out; turrel.

Дальнейшее повышение производительности труда в очистных забоях сдерживается рядом трудоемких операций на концевых участках лав:

- передвижка приводных головок забойного конвейера для подготовки к выемке последующей полосы угля;

- перестановка крепи в период передвижки головок конвейера;

- обеспечение закрепления рабочего пространства в местах сопряжения очистного забоя с примыкающими выработками, особенно рабочего пространства в зоне передвижки приводных головок забойного конвейера;

- местное усиление штрековой крепи в зоне опорного давления за счет дополнительной установки элементов усиления.

Поэтому трудоемкость концевых операций остается довольно высокой и составляет 15 - 30 % общей трудоемкости работ в комплексно-механизированных забоях [1].

К особенно трудоемким относятся работы, связанные с обеспечением закрепления рабочего пространства в местах сопряжений очистного забоя со штреками, в частности, в зоне расположения и передвижки приводных головок забойного конвейера и поддержания штрековой крепи [2].

Поэтому задача механизации работ по креплению рабочего пространства в местах сопряжений очистного забоя со штреками является одной из важнейших для комплексно-механизированных очистных забоев.

В общем случае различают на сопряжении 4 - 5 рабочих зон, для которых требуется индивидуальный подход к выбору способов и схем крепления (рис. 1).

Вентиляционный штрек

Конвейерный штрек

Рис. 1. Характерные зоны сопряжений лав со штреками: 1, 1 - участки штреков впереди лавы, на которых из-за значительной деформации штрековой крепи производится установка усиливающей крепи; 2, 2 - участки штреков в пределах ширины призабойного пространства, где устанавливается крепь сопряжения, одновременно на участке 2 перегружается уголь с лавного на штрековый конвейер; 3, 3 - концевые участки лавы, в которых осуществляются обслуживание технологического оборудования, передвижка крепи и конвейера; 4, 4 - участки штреков за лавой, испытывающие повышенное горное давление и требующие возведения крепи усиления при сохранении выработки для повторного использования

Можно выделить два основных вида сопряжений лавы с участковой выработкой: транспортное и вентиляционное. Оба вида обязательно присутствуют в очистном забое. Различие между ними заключается в том, что одно сопряжение, помимо функций по управлению кровлей, поддержания участковой выработки, доставки и т.д. оборудовано пунктом пересыпа угля с лавного конвейера на подлавный перегружатель. Основное назначение второго (остальных) - доставка, обеспечение подачи (выдачи) воздуха в лаву (вентиляционное). К сопряжению лавы с вентиляционной выработкой предъявляются меньшие требования, чем к сопряжению с транспортной. Как правило, эти требования выражаются в обеспечении достаточного сечения для прохода воздуха и соблюдении минимальных зазоров для передвижения людей. К сопряжению с транспортным штреком требования значительно жестче. Необходимо соблюдение регламентированных зазоров между крепью и установленным на сопряжении оборудованием; обеспечение достаточного сечения для проветривания очистного забоя; выполнение работ по подхватыванию верхняков крепи штрека в зоне створа лавы при снятии боковых стоек; если выработка сохраняется, то для ее повторного использования в качестве вентиляционной для следующего выемочного столба должны выполняться

необходимые мероприятия по возведению охранного сооружения. Сопряжение лавы с транспортной выработкой характеризуется высокой концентрацией работ, загромождением пространства оборудованием, что ухудшает безопасность работ и увеличивает число несчастных случаев на сопряжении [3].

В мировой горной практике известно более 200 механизированных крепей сопряжений [4]. Большое количество создаваемых механизированных крепей сопряжений объясняется, с одной стороны, большим многообразием горно-геологических условий, а с другой - значительным разнообразием применяемых средств комплексной механизации.

Существующие механизированные крепи сопряжений лав с примыкающими выработками имеют ограниченную область применения по горно-геологическим и горно-техническим условиям, могут применяться только при плоской кровле выработки, недостаточно устойчивы, не приспособлены для применения при бесцеликовой технологии подготовки и отработки выемочных полей и т.д. Поэтому в настоящее время продолжаются работы по дальнейшему совершенствованию крепей сопряжений лав с примыкающими выработками.

Обобщение и анализ опыта крепления сопряжений, а также исследования проявлений горного давления на этих участках выявили условия работы крепи сопряжений. Механизированная крепь сопряжений должна обеспечивать ее применение в следующих условиях: в выработках трапециевидной и арочной форм поперечного сечения; при погашении выработок за лавой и при их сохранении для повторного использования; с нижней, верхней и смешанной подрывкой боковых пород в подготовительной выработке; при комбайновой и струговой выемках угля; при работе с выносом в подготовительные выработки приводных головок забойного конвейера [1].

Из анализа существующего положения можно сделать вывод, что механизированные крепи сопряжений не соответствуют в полном объеме струговой технологии выемки.

Кроме закрепления рабочего пространства в местах сопряжений очистного забоя со штреками механизированная крепь сопряжения должна обеспечивать расположение и передвижку привода струговой установи, регулировку его по высоте бермы и отслеживать лаву по углам ее падения и разворота, а также удерживать струговую установку от сползания по углу падения пласта.

Впервые технические требования к механизированным крепям сопряжения лав с подготовительными выработками, их параметрам и технологическим схемам применения для струговой технологии выемки были разработаны специалистами ИГД им. Скочин-ского и ОАО «ШахтНИУИ».

Механизированная крепь сопряжений должна иметь необходимый рабочий пролет по длине выработки для размещения привода забойного конвейера и осуществлять его передвижку на расстояние не менее

одного шага передвижки лавной крепи и обеспечивать:

- жесткое закрепление на столе и удержание привода конвейера от подъема в вертикальной плоскости;

- регулировку изменения положения приводной головки забойного конвейера по высоте и поворот в плоскости пласта в пределах ±10°;

- отслеживать лаву по углу ее падения;

- возможность осуществления перегрузки угля на штрековый конвейер с помощью перегружателя, а также при применении ленточного телескопического конвейера;

- начальный распор крепи не менее 75 % рабочего сопротивления;

- удельное давление крепи сопряжения на почву пласта не более 0,5 МПа для слабых почв и не более 2,0 МПа для почв средней крепости и крепких;

- направленность перемещения и управляемость в горизонтальной и вертикальной плоскостях штрека с радиусом кривизны не менее 30 м;

- независимую податливость гидравлических стоек, раздельную разгрузку и распор каждой секции крепи или группы стоек;

- поперечную и продольную устойчивость как в разгруженном состоянии, так и в процессе передвижки, обеспечивая в процессе передвижки надежное поддержание стационарной штрековой крепи;

- сохранение устойчивости стационарной штрековой крепи после извлечения ее опорных элементов впереди и в зоне расположения приводной головки забойного конвейера;

- безопасный проход в лаву обслуживающего персонала, а также пространство для доставки в очистной забой элементов и запасных частей оборудования очистного комплекса;

- свободный проход шириной не менее 0,7 м и высотой не менее 1,2 м по выработке;

- не допускать затаскивание в лаву (под конвейер) кусков угля холостой ветвью скребковой цепи забойного конвейера;

- в зоне сопряжения лавы со штреком размещение средств освещения, громкоговорящей связи и сигнализации.

Механизированные крепи сопряжений целесообразно классифицировать по основным функциональным, структурным и технологическим критериям.

По способу взаимодействия с боковыми породами механизированные крепи сопряжений делятся на поддерживающие и поддерживающе-оградительные. По основным структурным критериям крепи сопряжений подразделяются на комплектные и агрегатные.

По способу перемещения крепи сопряжений подразделяют на скользящие и шагающие.

В настоящее время более широкое распространение получили механизированные комплектные крепи

сопряжения, которые состоят из двух и более кинематически связанных между собой секций и перемещаются вдоль штрека с помощью гидродомкратов двухстороннего действия.

Комплектная крепь сопряжения (рис. 2) состоит из следующих основных узлов: секции 2, стола распорного 1, гидроразводки 3, гидравлических стоек 4, верхняков 5 и 6, основания 7, гидродомкратов 8, стола 9.

Основные конструктивные параметры комплектной крепи сопряжения: L1 - длина перекрытия основной секции механизированной крепи сопряжения должна обеспечивать поддержание и крепление кровли на участке, опережающем линию забоя не менее 2 м, и на участке подготовительной выработки шириной не менее ширины рабочего пространства лавы; L2 - расстояние между гидравлическими стойками вспомогательной секции крепи должно минимум на 1,4 м (2 свободных прохода шириной не менее 0,7 м) превышать конструктивный размер привода струговой установки; L3 - расстояние между гидравлическими стойками основной секции крепи должно минимум на 1,6 м (2 шага передвижки механизированной крепи очистного забоя) превышать конструктивный размер привода струговой установки; Ь и Ь2 - ширина соответственно основной и вспомогательной секции крепи должна обеспечивать работу крепи сопряжения в выработках шириной от 4 м; h - высота крепи сопряжения в рабочем положении должна соответствовать подготовительной выработке.

Из приведенного выше анализа следует, что наиболее перспективными являются комплектные поддерживающие крепи сопряжения для работы в выработках, сохраняемых для повторного использования, и поддерживающе-оградительные для погашаемых выработок.

При эксплуатации струговых механизированных комплексов установлено, что в существующих комплектных крепях сопряжения отсутствует отслеживание лавы по углу ее разворота, а по углу падения является весьма трудоемким процессом.

На рис. 3 показана предлагаемая комплектная крепь сопряжения для работы в выработках, сохраняемых для повторного использования КС [5].

Крепь сопряжения состоит из основной 1 и вспомогательной секций 2. Балка 15 вспомогательной секции 2 Т-образной формы в поперечном сечении входит в пенал 11 основной секции 1 . Верхняки 4 вспомогательной и основной секций крепи соединяются со стойками 3 при помощи подвижных 6 и неподвижных 5 опор. Рама поворотная 8 с приводной головкой забойного конвейера шарнирно соединена с турелью 7, снабженной балкой 9 с четырьмя стойками 10, опирающимися на пенал 11. Турель 7, установленная на проставках 12, обеспечивает поворот рамы поворотной 8 в вертикальной плоскости на угол ± 25°

(рис. 4) и в плоскости пласта в пределах ±10° (рис. 3). трех местах. Механизм передвижки 14 состоит из В зависимости от компоновки привода конвейера двух домкратов передвижки 13, расположенных на проставки 12 могут устанавливаться на пенале 11 в балке 15 и соединенных с пеналом 11.

5 б

Рис. 2. Структурная схема комплектной механизированной крепи сопряжения

Рис. 3. Комплектная крепь сопряжения для работы в выработках, сохраняемых для повторного использования КС

25

Рис. 4. Турель и рама поворотная механизированной крепи сопряжения КС

Крепь сопряжения работает следующим образом. Стойки 3 вспомогательной секции 2 разгружаются и гидродомкраты 13 механизма передвижки 14 перемещают балку 15 по пеналу 11 основной секции 1 , т.е. перемещают вспомогательную секцию 2. Захваты пенала 11 и Т-образная форма поперечного сечения балки 15 позволяют передвигаемой вспомогательной секции 2 сохранять поперечную устойчивость. Подвижная опора 6 верхняка 4 позволяет компенсировать расстояние между стойками 2 при контакте верхняка с штрековой крепью в реальных условиях штрека без нагружения штоков стоек 2 большими изгибающими моментами.

После перемещения вспомогательной секции 2 производят перемещение основной секции 1 .

Стойки 3 основной секции 1 разгружаются и гидродомкраты 13 механизма передвижки 14 перемещают пенал 11, с расположенными на нем проставками 12 по балке 15, т.е. перемещают основную секцию 1 . Установленная на проставках 12 турель 7 позволяет раме поворотной 8 с расположенной на ней приводной головкой забойного конвейера отслеживать лаву по углам ее падения и разворота. При распоре четырех

стоек 10 подъема балки 9 производят снятие и вбрасывание проставок 12, осуществляя при этом регулировку рамы поворотной 8 с расположенной на ней приводной головкой по высоте бермы.

Представленная крепь сопряжения соответствует вышеперечисленным техническим требованиям к механизированным крепям сопряжения при струговой технологии выемки. При этом обеспечивается ступенчатая регулировка приводной головки забойного конвейера по высоте бермы и плавное отслеживание лавы по углам ее падения ± 25° и разворота ±10°, повышается надежность, безопасность и эффективность работы механизированного комплекса.

Литература

. Малеев Г.В., Гуляев В.Г., Бойко Н.Г., Горбатов П.А. Проектирование и конструирование горных машин и комплексов. М., 1988. 368 с.

. Хорин В.Н. Расчет и конструирование механизированных крепей. М., 1988. 255 с.

. Ваулин Б.А. Геомеханическое обоснование параметров технологических схем сопряжений лав с участковыми подготовительными выработками: дис. ... канд. техн. наук. СПб., 1999. 127 с.

. Крав Ю., Венер К. Совершенствование техники крепления участков сопряжений лав со штреками на объединенном предприятии «Рейнланд» // Глюкауф. 1983. № 15. С. 3 - 7.

. Пат. RU 123065 МПК Е2Ш 11/00. Крепь сопряжения для работы в выработках, сохраняемых для повторного использования / Ю.В. Турук, К.Г. Черниченко. № 123065, Заявл. 23.03.2012 г., опубл. 20.12.2012 г. // Б.И. 2012. № 35.

Поступила в редакцию

27 ноября 2013 г.