Патент на изобретение №2334107

(54) КРЕПЬ ОЧИСТНОГО ЗАБОЯ В ШАХТЕ

(57) Реферат:

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для управления крепью очистного забоя, включающей множество секций. Техническим результатом изобретения является минимизация числа распорных натяжных устройств (РНУ) и подаваемого в них давления, снижение затрат и интегрирование РНУ в забойное оборудование для выполнения ими функций при выемке и транспортировке горной породы и/или угля. Для этого секции крепи соединяются с конвейером РНУ, состоящими из силовых цилиндров. Крепь оборудована системой управления со сбором данных, хранением данных и программированием, позволяющей непрерывно согласовывать распределение по длине очистного забоя удерживающих усилий и/или сумму действующих по длине очистного забоя удерживающих усилий (суммарное удерживающее усилие) и/или распределение по длине очистного забоя подвигающих усилий с заданным положением конвейера. Это позволяет определять суммарное удерживающее усилие, в отношении его устанавливаемого максимального значения, количеством РНУ, воздействовать на суммарное удерживающее усилие, регулируя осевые усилия отдельных РНУ, или воздействовать на суммарное удерживающее усилие в зависимости от положения по меньшей мере одного концевого участка конвейера. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

(56) (продолжение):

CLASS=”b560m”А1, 24.10.2002. РАБИНОВИЧ М.С. и др. Элементы и системы автоматического управления гидрофицированными крепями. – М.: Недра, 1977, с.5-27.

Настоящее изобретение, охарактеризованное признаками ограничительной части пункта 1 формулы, известно, например, из заявки DE 4202246 А1 (ТВТ 9102). Такого рода крепь очистного забоя, или лавы, состоит из врубовой машины или струговой установки с тросовым приводом, конвейера и секций крепи. Конвейер проходит перед линией забоя (фронтом очистных работ) и состоит из лотка, или желоба, в котором вдоль линии забоя перемещается тяжелый скребок. Лоток делится на отдельные секции, которые, будучи соединены друг с другом, имеют возможность перемещения относительно друг друга в направлении выработки. Каждая из секций лотка соединена с секцией крепи силовым цилиндром (гидродомкрат передвижки). Каждая секция крепи служит для того, чтобы подпирать выработанную лаву. При этом каждая секция установлена на лыжах (скользящем основании) и имеет конструкцию перекрытия, подпираемую силовыми цилиндрами с опорой на лыжи и поддерживающую кровлю пласта.

Кроме того, предусмотрены распорно-натяжные устройства, прикладывающие к конвейеру усилие, действующее под углом к направлению движения транспортируемого материала. При этом речь идет о силовых цилиндрах, которые крепятся, с одной стороны, к секции крепи, а с другой стороны – к секции лотка, расположенной перед соседней секцией крепи. Благодаря этому вышеуказанные распорно-натяжные устройства создают составляющую силы, действующую по направлению к линии забоя и называемую в данном описании подвигающим усилием, и другую составляющую силы, действующую в направлении движения транспортируемого материала и называемую в данном описании удерживающим усилием.

Благодаря распорно-натяжным устройствам достигается уравновешивание продольных усилий, воздействующих на лоток, соответственно на конвейер. При этом речь идет о силах, возникающих как следствие подачи материала, а также о сползании конвейера под действием собственного веса, обусловленного тем, что фронт очистных работ, а вместе с ним и плоскость подачи материала, наклонены к горизонтали по всей длине очистного забоя или только на некоторой ее части. Подобное распорно-натяжное устройство для уравновешивания этих усилий может быть предусмотрено, например, на каждой третьей, четвертой, … десятой секции крепи, и будет опираться предпочтительно на следующую, непосредственно соседнюю секцию крепи.

Число распорно-натяжных устройств и подаваемое в них давление определяется расчетом, соответственно оценкой величины ожидаемых усилий в продольном направлении конвейера, которые необходимо уравновесить. Задача изобретения состоит в том, чтобы свести к минимуму число распорно-натяжных устройств и подаваемое в них давление, снизить затраты на систему, это касается капиталовложений и эксплуатационных расходов, и интегрировать распорно-натяжные устройства в забойное оборудование таким образом, чтобы распорно-натяжные устройства выполняли существенную функцию при выемке и транспортировке горной породы и/или угля.

Решение этой задачи изложено в пункте 1 формулы изобретения.

Это решение состоит в том, что распорно-натяжные устройства предлагается не только использовать статически для крепления очистного забоя, но и динамически задействовать их в очистных работах.

С целью оптимизации капиталовложений и эксплуатационных расходов необходимо стремиться ограничить количество распорно-натяжных устройств до необходимого минимума. Настоящее изобретение, за счет определения удерживающих усилий, создаваемых отдельными распорно-натяжными устройствами, или их силовыми цилиндрами, позволяет определять также суммарное удерживающее усилие и рассчитать его таким образом, чтобы положение конвейера оставалось неизменным. Определение одиночных удерживающих усилий и суммарного удерживающего усилия можно осуществлять регулированием давления, подаваемого в силовые цилиндры. С другой стороны, существует также возможность ограничения количества распорно-натяжных устройств таким образом, чтобы при располагаемом рабочем давлении на входе отдельных распорно-натяжных устройств они развивали суммарное удерживающее усилие, максимально необходимое для устойчивости положения конвейера (пункты 2, 3 формулы).

При этом количество распорно-натяжных устройств необходимо задавать соответственно располагаемому максимальному давлению в системе таким образом, чтобы оставалась возможность повышения одиночных удерживающих усилий на тот случай, если бы это потребовалось для воздействия на положение конвейера. Поэтому в другом варианте осуществления изобретения по пункту 4 формулы предлагается устанавливать одиночные удерживающие усилия, а значит и суммарное удерживающие усилие, в зависимости от положения по меньшей мере одного из концевых участков конвейера. С этой целью замеряют положение концевого участка конвейера в зоне главного привода и/или вспомогательного привода и регулируют удерживающие усилия в зависимости от полученного значения таким образом, чтобы положение концевого участка конвейера оставалось в основном постоянным, и конвейер не выдавался в штрек на недопустимое расстояние.

При этом следует исходить из того, что во многих случаях конвейер уложен неровно, а лоток образует относительно горизонтальной или наклонной плоскости возвышения или впадины. Такого рода неровности могут приводить также к смещению положения одного и/или другого концевого участка конвейера. Такое смещение исключается благодаря тому, что в варианте по пункту 5 формулы изобретения посредством регулирования усилий, развиваемых распорно-натяжными устройствами, регулируется не только суммарное удерживающие усилие, но и распределение составляющих сил, действующих в направлении подвигания забоя (подвигающих усилий). В результате достигается то, что выемка породы идет не ровным фронтом, а с неровностями в виде выпуклых или вогнутых участков. Эти неровности достаточны для того, чтобы скомпенсировать и выровнять изменения положения конвейера, скомпенсировать неровности поверхности, на которую опирается конвейер, и скомпенсировать отклонения положения концевых участков конвейера, равно как и промежуточных участков конвейера, а также удлинение конвейера и распределение этого удлинения (пункты 5-8 формулы изобретения).

Условия выемки породы в лаве подвержены непрерывным изменениям. Разумеется, одной из главных причин этому является подвигаемый фронт очистных работ и следующее за фронтом очистных работ сооружение крепи. Вследствие этого даже оптимально отрегулированные соотношения усилий на конвейере подвержены непрерывным изменениям, и с течением времени могут проявляться существенные мешающие факторы, например, в результате образования неровностей во фронте очистных работ и/или на поверхности, на которую опирается конвейер.

Вариант осуществления изобретения согласно п.9 формулы позволяет учитывать также условия, изменяющиеся указанным образом. В частности, силовое воздействие, оказываемое распорно-натяжными устройствами на конвейер в направлении подвигания забоя и в направлении транспортирования материала, непрерывно согласуется с продвижением очистного забоя и механизированной крепи, в частности с передвижением секций крепи.

Ниже описывается пример осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:

на фиг.1 – вид в разрезе очистного забоя с крепью,

на фиг.2 – схематический вид в плане врубовой машины и группу секций крепи,

на фиг.3 – схематический вид в плане очистного забоя с конвейером и секциями крепи.

На фиг.1 показана одна из секций 1-18 механизированной крепи. На фиг.2 показано несколько секций 1-18 крепи. Секции крепи расположены вдоль пласта 20. Разработка пласта 20 ведется режущим инструментом 23, 24 очистной машины 21 в направлении 22 выработки. В рассматриваемом примере выполнения изобретения очистная машина выполнена в виде выемочной (врубовой) машины 21 режущего действия.

Выемочная машина 21 может перемещаться в направлении 19 резания с помощью не показанного на чертеже армированного комбайнового кабеля. Она имеет два режущих барабана 23, 24, которые установлены на разной высоте и врезаются в угольную стену, отбивая уголь. Отбитый уголь нагружается выемочной машиной, называемой также очистным комбайном, на конвейер. Конвейер состоит из лотка 25, в котором вдоль фронта угольного забоя перемещается тяжелый скребковый конвейер. Выемочная машина 21 установлена с возможностью перемещения вдоль фронта угольного забоя. Лоток 25 делится на отдельные секции, которые, будучи соединены друг с другом, могут перемещаться относительно друг друга в направлении 22 выработки. Каждая из секций лотка соединена с соответствующей секцией 1-18 крепи силовым цилиндром 29 (гидродомкрат передвижки), представляющим собой исполнительный орган. Каждая из секций крепи служит для крепления очистного забоя. Этой цели служит еще один силовой цилиндр 30 (гидростойка), распирающий опорную и кровельную плиты. Кровельная плита на своем переднем, обращенном к пласту конце, имеет так называемый противоотжимной щиток 48 (откидной щит или козырек для удержания угля от высыпания из забоя и кровли), предназначенный для поддержания плоскости забоя. Этот щиток может поворачиваться в сторону отработанной угольной стены. Перед подъезжающей выемочной машиной 21 противоотжимной щиток 48 должен быть убран. Для этого предусмотрен еще один силовой цилиндр, на чертеже не показанный. Эти функциональные элементы отдельной секции механизированной крепи представлены здесь лишь в качестве примера. Существуют и другие функциональные элементы, но для понимания изобретения их рассмотрение и описание не требуется.

Как было сказано выше, каждый из исполнительных органов представляет собой гидравлический цилиндр.

Эти цилиндры приводятся в действие с помощью основных клапанов 44 и вспомогательных клапанов 45, используемых для предварительного усиления регулирующего воздействия. На вспомогательном клапане установлено устройство 40 управления клапаном, т.е. корпус с находящимся в нем устройством управления клапаном.

На фиг.2 выемочная машина показана в процессе движения вправо. Поэтому противоотжимной щиток секции 17 крепи должен быть убран, т.е. откинут назад. С другой стороны, секция лотка 25, находящаяся при секции 9 крепи, которая по направлению 19 движения находится позади выемочной машины 21, передвигается вперед в направлении отрабатываемой угольной стены. Также вперед, по направлению к забою, соответственно к отрабатываемой угольной стене, перемещаются последующие секции 8, 7, 6, 5 и 4 крепи. На этих секциях крепи противоотжимной щиток уже вновь откинут вниз. Секции 3, 2, 1 крепи выдвинуты в положение готовности и остаются в этом положении до тех пор, пока выемочная машина снова не приблизится к ним справа. Управление этими движениями частично осуществляется автоматически, в зависимости от движения и мгновенного положения выемочной машины, и частично вручную. С этой целью при каждой секции 1-18 крепи расположен соответствующий блок 34 управления, функционально с ней сопряженный. Для каждой группы секций, соответственно блоков управления секций щитовой крепи, предусмотрено устройство 33 управления механизмами очистного забоя. Блок 34 управления относится к одной из секций 1-18 крепи и соединен со вспомогательными 45 и основными 44 клапанами всех исполнительных органов секции 1, 2, 3 … (и так до 18) крепи через соответствующие устройства 40 управления клапанами (микропроцессор).

Каждый из блоков управления секций щитовой крепи служит в качестве центрального управляющего устройства. Вместе с тем, группа из нескольких блоков управления секций может быть подчинена устройству 33 управления механизмами очистного забоя, либо вся совокупность блоков управления секций может быть подчинена центральному устройству управления крепью (главному 50 и/или вспомогательному 51 устройствам централизованного управления), соединенному с блоками управления секций. Такой вариант показан на фиг.2.

Центральное устройство управления крепью состоит из главного 50 и вспомогательного 51 устройств централизованного управления.

Все блоки 34 управления секциями щитовой крепи соединены между собой кабелем 58 (электрической шиной). Через каждый из этих блоков управления секций щитовой крепи передаются управляющие команды для управления крепью. Управляющая команда при обращении к определенной секции крепи вызывает ту или иную функцию, например, в смысле разгрузки гидравлической стойки, передвижения секции, распора секции. Такая команда принимается и передается далее по электрической шине 58 всеми блоками 34 управления секций щитовой крепи. Любые управляющие команды, выдаваемые одним из устройств 33 управления механизмами очистного забоя, сразу же вводятся в блок управления секции, непосредственно соединенный с этим устройством 33 управления механизмами очистного забоя. Затем управляющие команды поступают из блока управления этой секции щитовой крепи по электрической шине 58 во все другие блоки 34 управления секций щитовой крепи. Однако благодаря предварительному кодированию эта команда активизирует на отработку определенного действия блок управления только одной из секций 1-18 щитовой крепи, либо блоки управления определенной группы секций щитовой крепи. Затем активизированный блок управления секции преобразует полученную управляющую команду в команды управления клапанами, подаваемые в управляющие клапаны, соответственно главные клапаны, обслуживающие механизмы соответствующей(-их) секции(-й) крепи.

Автоматизированный вызов функций и процесс их отработки описаны, например, в заявке DE-A1 19546427.3.

Для централизованного ручного ввода команды предназначен аппарат 37 управления, выполненный в виде ручного пульта управления и носимый при себе оператором. Для ввода команд оператор может стоять за пределами очистного забоя или, по крайней мере, на удалении от места непосредственной выемки полезного ископаемого.

Выше уже говорилось о том, что блоки 34 управления секций щитовой крепи соединены между собой кабелем 58, который в описанных выше вариантах имеет только две жилы и служит для последовательной передачи кодового слова и управляющих команд для механизмов крепи. В ответ на поступившую команду срабатывают лишь те блоки 34 управления, соответственно те секции щитовой крепи, для которых заложенное в память кодовое слово идентично переданному кодовому слову. Таким образом, кабель 58 представляет собой двухжильный кабель, проложенный в виде электрической шины от блока 34 управления одной секции щитовой крепи до блока управления следующей секции и соединяющий друг с другом, через расположенные между ними блоки 34 управления секций щитовой крепи, также главное 50 и вспомогательное 51 устройства централизованного управления.

На фиг.3 также показаны распорно-натяжные устройства 55. Распорно-натяжные устройства 55 представляют собой силовые цилиндры, каждый из которых проходит между лыжами 54, например, секции 1 крепи и лотком 25 соседней секции крепи (в данном случае секции 2). Следующее распорно-натяжное устройство 55 может проходить, например, между лыжами 54 секции 5 и лотком, находящимся перед секцией 6. Распределять распорно-натяжные устройства равномерно вдоль штреков необязательно. При определении количества распорно-натяжных устройств и их распределения ориентируются на продольные усилия, действующие на лоток 25 в направлении забоя. Так как согласно настоящему изобретению сбор данных относительно удерживающих усилий, прежде всего данных о давлении в цилиндрах, а также данных об углах установки распорно-натяжных устройств относительно направления транспортирования материала – происходит непрерывно, то наряду с оптимальным режимом работы можно достичь оптимального конструктивного исполнения распорно-натяжных устройств с точки зрения их количества и размеров.

Из соображений экономии места на фиг.3.2 лишь схематично указано, что управление распорно-натяжными устройствами производится с помощью устройства 56 управления. Устройство 56 управления соединено с отдельными блоками 57 управления, каждое из которых служит для управления и для измерения давления и передает замеренные данные на устройство 56 управления. В зоне штреков 52, 53 предусмотрены измерительные устройства 58. Измерительные устройства 58 регистрируют положение концевых участков конвейера 25. Измерительный сигнал от обоих измерительных устройств 58 направляется обратно на устройство 56 управления. Этим достигается то, что конвейер и конвейерный лоток центрируются на участке между штреками и не выступают в один или другой штрек. В том случае, когда измерительными устройствами будет установлено, что конвейер смещается в ту или иную сторону, удерживающие усилия увеличиваются или уменьшаются настолько, чтобы стабилизировать положение конвейера либо сместить конвейер назад.

На фиг.3.1 и 3.2 видно, что распорно-натяжные устройства вследствие их расположения под углом к направлению транспортирования материала создают одну составляющую 59 силы в направлении транспортирования материала и другую составляющую 60 силы в направлении подвигания забоя. Количество распорно-натяжных устройств определяется исходя из того, чтобы они воспринимали действующие на лоток 25 продольные усилия. При этом необходимо иметь в виду, что такие продольные усилия необязательно должны быть постоянными по длине забоя. Напротив, они могут изменяться в ту или иную сторону, приводя к сдавливанию-растяжению лотка. Настоящее изобретение позволяет собирать данные о величине удерживающих усилий, сумме составляющих 59 сил, действующих в направлении транспортирования материала, а также распределении этих составляющих 59, и на основании полученных данных путем регулирования давления производить соответствующую коррекцию.

Изобретение, кроме того, позволяет учитывать изменение составляющих 59, 60 сил, происходящее при перемещении лотка, соответственно секции крепи в направлении подвигания забоя вследствие изменения угла (угла между осью поршня цилиндра и направлением транспортирования материала).

Кроме того, изобретение позволяет определять с помощью измерительных устройств 58 положение концевых участков конвейера и в зависимости от заданного положения этих участков, которое показано на фиг.3.2, изменяя давление в отдельных распорно-натяжных устройствах, управлять удерживающими усилиями с таким расчетом, чтобы лоток и конвейер 25 не выступали в штреки 52, соответственно 53.

Кроме того, изобретение позволяет исключить необходимость применения слишком большого количества распорно-натяжных устройств. Количество таких устройств необходимо выбирать с таким расчетом, чтобы при располагаемых максимальных давлениях в системе можно было в любом случае создавать удерживающие усилия, необходимые для поддержания конвейерного лотка 25 в практически постоянном положении. Этому способствует то, что значения давления и их распределение можно постоянно замерять блоками 57 управления, и как конструктивное выполнение установки в целом, так и режимы ее работы могут определяться в соответствии с конкретными требованиями.

Наконец, изобретение позволяет также оказывать воздействие на подвигающие усилия в направлении составляющей 60 силы. Если, например, измерительными устройствами будет установлено, что конвейер слишком вытянулся и с обеих сторон выступает в штреки 52, 53, то удерживающие усилия, соответственно подвигающие усилия увеличиваются и распределяются по длине забоя таким образом, чтобы вести разработку угольного фронта 20 с более сильным углублением, или выпуклостью – см. фиг.3.2. Этим достигается укорачивание конвейера. Таким же образом можно сглаживать и местные напряжения в конвейере вследствие его сдавливания-растяжения; это достигается тем, что на соответствующем участке угольный фронт также изменяют таким образом, чтобы конвейер в этом месте занимал большую или меньшую длину. Для достижения большей локальной выпуклости угольного фронта на участке фронта соответственным образом изменяют распределение давлений в распорно-натяжных устройствах.

Формула изобретения

1. Крепь очистного забоя в шахте, включающая множество секций, установленных рядом друг с другом по длине очистного забоя между штреками, выемочную машину, установленную с возможностью перемещения вдоль линии забоя, конвейер, проходящий по длине очистного забоя между выемочной машиной и секциями крепи, а также распорно-натяжные устройства, состоящие из силовых цилиндров, каждый из которых установлен между контропорой на одной из секций крепи и подпятником на конвейере и шарнирно закреплен таким образом, чтобы каждое из распорно-натяжных устройств своим осевым усилием создавало составляющую силы, действующую по направлению к линии забоя (подвигающее усилие), и составляющую силы, действующую в направлении забоя (удерживающее усилие) для восприятия усилий, действующих на конвейер в направлении забоя, прежде всего для противодействия сползанию конвейера по действием собственного веса, отличающаяся тем, что она оборудована системой управления со сбором данных, хранением данных и программированием, позволяющей непрерывно согласовывать распределение по длине очистного забоя удерживающих усилий и/или сумму действующих по длине очистного забоя удерживающих усилий (суммарное удерживающее усилие) и/или распределение по длине очистного забоя подвигающих усилий с заданным положением конвейера.

2. Крепь очистного забоя по п.1, отличающаяся тем, что суммарное удерживающее усилие в отношении его устанавливаемого максимального значения определяется количеством распорно-натяжных устройств.

3. Крепь очистного забоя по п.1, отличающаяся тем, что воздействие на суммарное удерживающее усилие осуществляется регулированием осевых усилий отдельных распорно-натяжных устройств.

4. Крепь очистного забоя по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что воздействие на суммарное удерживающее усилие осуществляется в зависимости от положения по меньшей мере одного из концевых участков конвейера.

5. Крепь очистного забоя по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что воздействие на распределение подвигающих усилий осуществляется в зависимости от положения по меньшей мере одного из концевых участков конвейера.

6. Крепь очистного забоя по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что распределение подвигающих усилий согласуют с неровностями поверхности, на которую опирается конвейер.

7. Крепь очистного забоя по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что распределение подвигающих усилий согласуют с необходимыми поправками на положение конвейера.

8. Крепь очистного забоя по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что распределение подвигающих усилий согласуют с удлинением и/или распределением удлинения конвейера.

9. Крепь очистного забоя по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что предусмотрено измерение осевого усилия в распорно-натяжных устройствах с определением углового положения соответствующего распорно-натяжного устройства относительно направления забоя и определение углового положения отдельных распорно-натяжных устройств относительно направления забоя, а также сбор и сохранение соответствующих данных, позволяющие определять фактические удерживающие усилия и их распределение по длине очистного забоя и/или фактические подвигающие усилия и их распределение по длине очистного забоя и согласовывать их с положением конвейера.

Приоритет по пунктам:

17.12.2002 по пп.1-9.

РИСУНКИ