Способ очистной выемки подземных горных выработок и устройство для его осуществления - RU2138646C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к горному делу и может использоваться при выемке полезных ископаемых как длинными, так и короткими забоями.

Известны устройства очистной выемки, реализующие способы очистной выемки, в которых каждая секция крепи имеет свое собственное выемочное устройство, обеспечивающее при добыче угля по всему забою одновременную выемку с высокой производительностью труда (DE-PS 855388, DE-AS 2412996, DE-PS 2552817). В известном аналогичном устройстве для очистной выемки (DE-PS 2806767) выемочные агрегаты состоят из откидных рам, которые установлены подвижно на опорах на верхняках крепи как с возможностью отклонения по высоте, так и в направлении выемки и которые образуют держатель инструментов для рабочих органов. Последние состоят, например, из полозьев, установленных подвижно на опорах на откидных рамах в продольном направлении сплошного забоя и оснащенных гидрофорсункой высокого давления, или из режущих барабанов с приводом, которые при помощи карданного шарнира соединены с общим приводом в одну цепь барабанных исполнительных органов, или имеют соответственно свой собственный привод для валков. Поворотные опоры откидных рам находятся на верхняках щитовой крепи, поддерживаемой стойками, так что только комбинацией откидывания и подачи откидных рам, т.е. несколькими дугообразными движениями с постепенным дальнейшим продвижением вперед откидных рам очистной забой может захватываться по всей мощности пласта выемочными механизмами и очищаться.

Известные решения не могли быть использованы в шахтах, хотя с их помощью в отличие от обычных струговых установок и врубовых машин можно добиться большей производительности выемки, так как каждая щитовая крепь имеет свое собственное выемочное устройство и выемка может производиться по всей длине забоя.

Задачей изобретения является, прежде всего, создание такого устройства для очистной выемки, с помощью которого можно производить очистную выемку пластов или пластообразных месторождений, например, угольных пластов или также других месторождений, например, солевых или фосфоритных месторождений и т.д., предпочтительно в длинных забоях, при необходимости также в коротких забоях, с высокой производительностью, без чрезмерного количества механизмов. Способ выемки также направлен на решение этой задачи.

Для решения поставленной задачи в способе очистной выемки подземных горных выработок с применением нескольких расположенных параллельно рядом друг с другом, подвижных в направлении очистной выемки шагающей крепи и подвижного транспортера, находящегося перед очистным забоем, причем секции шагающей крепи, перекрывающие своими выступающими вперед верхняками транспортер, оснащены выемочными устройствами, освобождающими очистной забой в области, находящейся перед ними, приводимыми в действие приводным механизмом с возможностью отклонения на поворотных опорах на верхняках в плоскости, находящейся под прямым углом к залегающему пласту, из исходной позиции вперед в направлении выемки сначала выдвигаются четные или нечетные секции шагающей крепи и занимают рабочую позицию, тогда как нечетные или четные секции шагающей крепи остаются на месте в исходной позиции, после чего в очистном забое производится очистная выемка с помощью выемочных устройств, выполненных в виде фронтальных стругов, продвинутых вперед секций шагающей крепи в их зонах непрерывным охватывающим очистной забой по всей его высоте дуговым зачерпыванием на глубину резания и что затем нечетные или четные секции шагающей крепи из исходной позиции переходят в рабочую позицию, чтобы затем вести очистную выемку с помощью фронтальных стругов в очистном забое в зоне нахождения этих секций шагающей крепи. Секции шагающей крепи могут выдвигаться вперед вместе с фронтальными стругами, сохраняющими откинутое положение, причем на обратном пути фронтальные струги входят своими строгальными резцами на подошве выработки в очистной забой.

Для решения поставленной задачи устройство для очистной выемки подземных горных выработок, в частности для длинных забоев, с расположенными параллельно рядом друг с другом подвижными в направлении очистной выемки гидравлическими секциями шагающей крепи и с подвижным транспортером, находящимся перед очистным забоем, причем секции шагающей крепи, перекрывающие своими выступающими вперед верхняками транспортер, оснащены выемочными устройствами, освобождающими очистной забой в области, находящейся перед ними, которые для выполнения операции зачерпывания установлены с возможностью отклонения на поворотных опорах на верхняках секций шагающей крепи в плоскости, находящейся под прямым углом к залегающему пласту, а также оснащены поворотными приводными механизмами, при этом каждое выемочное устройство состоит из фронтального струга, который охватывает очистной забой между подошвой выработки и горизонтом кровли по всей его высоте непрерывным дуговым зачерпыванием и который на нижней стороне верхняка секции шагающей крепи, выступающего в сторону очистного забоя, установлен на поворотной опоре. Последняя может находиться по высоте примерно посередине между горизонтом подошвы выработки и кровли или его можно установить на эту высоту. Поворотную опору можно также устанавливать на определенную высоту при помощи сервопривода. В рабочем положении фронтального струга поворотная опора может находиться на стороне очистного забоя перед подвижным транспортером. Фронтальный струг может быть выполнен и приводиться в действие таким образом, что он совершает работу, выполняя дугообразные зачерпывания от горизонта подошвы до горизонта кровли.

Фронтальный струг может быть снабжен режущей кромкой, находящейся на расстоянии рычага от поворотной опоры, проходящей по всей ширине секции шагающей крепи и сформированной предпочтительно при помощи ряда резцов. Фронтальный струг может быть выполнен по типу строгального ковша. Строгальный ковш, образующий фронтальный струг, может иметь установленную на поворотной опоре спинку ковша, которая на расстоянии рычага от поворотной опоры имеет колено, находящееся относительно нее под углом, направленное в сторону очистного забоя и образующее режущую кромку. Длина выемочного колена может быть меньше длины спинки ковша. Выемочное колено и спинка ковша могут находиться относительно друг друга примерно под прямым углом. Конец спинки ковша, развернутый от выемочного колена, может проходить через соединение подшипника качения. Спинка ковша может быть выполнено в виде щита, сбрасывающего через свой свободный край захваченную строгальным ковшом груду материала вниз в область нахождения транспортера при дугообразном зачерпывании.

Поворотный приводной механизм фронтального струга может состоять по меньшей мере из гидравлического подвижного цилиндра двойного действия, предпочтительно по меньшей мере с двумя ступенями выдвижения.

Фронтальный струг может с помощью поворотной опоры устанавливаться на расположенном со стороны забоя плече подвижной опоры струга, которая по типу двуплечего рычага устанавливается на шарнире соединительной консоли, расположенной на нижней стороне верхняка, при помощи расположенного на другом плече подвижной опоры сервопривода предпочтительно при помощи по меньшей мере гидравлического регулировочного цилиндра, с возможностью отклонения по высоте. Подвижный цилиндр или подвижные цилиндры поворотного приводного механизма может или могут опираться при помощи шарнирного соединения на подвижную опору струга. Последняя может быть выполнена по типу открытой откидной рамы или т. п. , благодаря чему спинка ковша фронтального струга отклоняется при зачерпывании. С задней стороны фронтального струга может располагаться погрузочная планка, движущаяся при его обратном откидном движении по подошве выработки в направлении транспортера.

Секции шагающей крепи могут состоять из гидравлических щитовых крепей, верхняки которых, перекрывающие транспортер, имеют на своей нижней стороне несущие консоли или т.п., направленные вниз в сторону подошвы выработки для выемочных устройств. Секции шагающей крепи или образующие их щитовые крепи могут соединяться при помощи своих гидравлических шагающих механизмов с подвижным транспортером. Режущая кромка фронтального струга или по меньшей мере часть резцов, образующих ее, может выполняться как предпочтительно гидравлически активизируемые отбойные элементы или отбойные резцы или являться таковой. Фронтальный струг может выполняться по типу отбойного молотка с гидравлическим приводом или с ударным приводом. Может иметься электрогидравлическое управление фронтальными стругами и относящимися к ним секциями шагающей крепи. Фронтальные струги как буферы могут устанавливаться в направлении очистного забоя. Транспортер со стороны очистного забоя может иметь погрузочную наклонную платформу.

Фронтальный струг вместе с относящейся к нему секцией шагающей крепи образует подвижный унифицированный узел, причем фронтальный струг выполнен так, что он может производить очистную выемку на ширине секции шагающей крепи по всей высоте очистного забоя при помощи одного единственного непрерывного дугообразного зачерпывания. Благодаря расположенному в ряд большему или меньшему количеству таких секций крепи, снабженных фронтальными стругами, можно осуществлять очистную выемку в очистном забое любой длины с высокой производительностью. Крепи с фронтальными стругами могут применяться в качестве стандартных элементов в длинных и коротких забоях, прежде всего в лавах, наряду с этим при выемке целиков, при проходке выработок снизу вверх и скалывании или также при проходке штрека в месторождении. Наиболее выгодно заявленное устройство можно использовать в зонах с мощностью пласта от 1,5 до 3 м. Заявленное устройство можно использовать для проведения очистной выемки в пластах или пластообразных месторождениях, например, в угольных шахтах, а также для проведения очистной выемки в других месторождениях, например, при добыче фосфатов или калийной соли. С наибольшей выгодой оно может использоваться также при слоевой выемке.

На фиг.1 показано поперечное сечение очистного забоя, причем секция крепи отведена назад по отношению к транспортеру, а фронтальный струг - в исходном положении перед выемкой свода; на фиг.2 - сечение согласно фиг.1 после передвижки, причем струг находится на уровне подошвы выработки на входе в очистной забой; на фиг.3 - сечение, аналогичное фиг.1 и 2 фронтального струга в точке его наивысшего отклонения в конце выемки свода.

Внутри подземного очистного забоя или сплошного очистного забоя 1 находятся, как обычно, расположенные в ряд параллельно друг другу гидравлические секции шагающей крепи 2 и со стороны очистного забоя перед ними транспортер 4, установленный на почве выработки 3, выполненный обычным образом как цепной скребковый транспортер, расположенный вдоль сплошного очистного забоя. Секции шагающей крепи 2 при помощи шагающих механизмов 5 соединены с транспортером 4 со стороны закладки, так что транспортер 4 с помощью шагающих механизмов 5 может постепенно передвигаться в направлении очистной выемки А и одновременно может тянуть за собой при помощи шагающих механизмов 5 одну или несколько секций крепи 2 в направлении очистной выемки А.

Секции шагающей крепи 2 состоят из щитовой крепи с порогом 6, из гидравлических стоек 7, опирающихся на нижних шарнирах на порог 6 (в представленном примере выполнения две стойки, находящиеся рядом друг с другом в продольном направлении забоя), из верхняка 8, который выступает вперед над транспортером 4 в направлении очистного забоя 9 и устанавливается на стойках 7 на шарнирах, а также из щитовой крепи или закладочного щита 10, который при помощи шарнирного соединения 11 соединен с концом верхняка, находящимся со стороны закладки, а в нижней части соединен посредством лемнискатного приводного рычага 12 и 13 с порогом 6. В представленном примере выполнения между щитовой крепью 10 и верхняком 8 имеется еще один гидравлический угловой цилиндр 13, также известный в щитовых крепях.

Каждая секция крепи 2 забоя 1 имеет собственное выемочное устройство 14, с помощью которого ведутся работы в очистном забое 9 на ширине, соответствующей секции крепи. Выемочные устройства 14 находятся под кровлей на выступающих вперед верхняках 8, которые служат в качестве опор для кровли 15.

В каждой секции крепи 2 с нижней стороны выступающего вперед верхняка 8 неподвижно расположена соединительная консоль 16 или т. п., указывающая в сторону подошвы выработки 3, которая может иметь форму вилки с двумя продольными стенками, которые расположены в продольном направлении сплошного забоя на расстоянии друг от друга и в нижних частях которых установлена на шарнире 18 с осью, проходящей в направлении забоя, подвижная опора 17 струга. На опоре 17 струга со стороны очистного забоя установлены на поворотной опоре 19, ось которой проходит параллельно оси шарнира 18. Фронтальный струг 20 при помощи поворотного приводного механизма с возможностью отклонения по высоте, который состоит из одного или нескольких гидравлических подвижных цилиндров 21 двойного действия, предпочтительно по меньшей мере с двумя телескопическими ступенями. Опора струга установлена на шарнире 18 по типу двуплечего рычага, причем поворотная опора 19 фронтального струга 20 расположена на плече рычага, указывающем в сторону очистного забоя, а шарнирное соединение 22 подвижного цилиндра или подвижных цилиндров 21 расположено на плече рычага опоры 17 струга, указывающем в противоположную сторону. Между соединительной консолью 16 и указывающим в сторону закладки плечом рычага опоры 17 струга находится по меньшей мере один гидравлический регулировочный цилиндр 23, который с одной стороны соединен шарниром 24 с соединительной консолью 16, а с другой стороны его шток с поршнем соединен при помощи шарнира 25 с опорой 17 струга и таким образом опора 17 струга может отклоняться при помощи шарнира 18.

Поворотная опора 19 фронтального струга 20 расположена по высоте по меньшей мере примерно посередине между уровнем почвы выработки 3 и верхним горизонтом 15 на уровне выше транспортера 4 и смещен относительно него в сторону очистного забоя 9 и что благодаря отклонению опоры 17 струга с помощью регулировочного (регулировочных) цилиндра (цилиндров) 23 может быть установлена высота поворотной опоры 19 для подгонки к изменяющимся мощностям пласта или высотам очистного забоя 9.

Фронтальный струг представляет собой строгальный ковш. Он имеет относительно длинную спинку 26, которая на расстоянии рычага от поворотной опоры 19 переходит через закругления основания 27 в колено 28, которое находится под углом к спинке ковша и указывает в сторону очистного забоя 9 и длина которого значительно меньше длины спинки ковша 26. Колено 28 и спинка ковша 26 расположены примерно под прямым углом относительно друг друга. Поворотная опора 19 находится на задней стороне спинки ковша 26, конец которой, развернутый от колена 27, проходит мимо соединения поворотной опоры. На обратной стороне стенки ковша 26 ниже поворотной опоры 19 неподвижно расположена соединительная консоль 29, к которой присоединен на шарнире 30 подвижный цилиндр 21 в предложенном примере выполнения с его штоком. Свободный край колена 28 образует режущую кромку или строгальное лезвие 31, сформированное целесообразно рядом строгальных резцов, которые находятся в резцедержателе колена 28 и являются сменными.

Опора 17 струга состоит из открытой, например, U-образной подвижной рамы, обе стенки которой, параллельные между собой, установлены соответственно в шарнирном соединении, образованном шарниром 18, на соединительной консоли 16 с двойными стенками, расположенными на противоположных боковых ограничительных верхняка 8. При сравнении фиг.1 и 2 с фиг.3 можно видеть, что опора 17 струга или образующая ее поворотная рама и ее подвешивание к верхняку 8 выполнены таким образом, что на последнем этапе черпания, выполненного фронтальным стругом 20 от горизонта подошвы выработки 3 к горизонту кровли 15, свободная конечная область спинки ковша 26 может проходить в промежуток между обеими параллельными U-образными стенками опоры струга 17, причем спинка ковша 26 в конечном положении согласно фиг.3 наклонена выше в направлении транспортера 4. Спинка ковша 26 образует при этом щит, с помощью которого груды материала, подхваченные строгальным ковшом при черпании, сбрасываются или опрокидываются через край 26' спинки ковша 26 вниз в транспортер, при необходимости по меньшей мере частично также в сторону очистного забоя перед транспортером.

На транспортере 4 целесообразно со стороны очистного забоя расположена погрузочная наклонная платформа 32, с помощью которой при продвижении транспортера 4 в направлении выемки А в транспортер загружаются груды материала, лежащие перед очистным забоем 9 на дороге струга в лаве на подошве выработки. Кроме того, на задней стенке фронтального струга 20, т.е. в представленном примере выполнения в области закругления основания 27 может размещаться скребок 33, который при обратном движении фронтального струга 20 в области основания очистного забоя движется по подошве выработки и при этом толкает находящиеся здесь груды материала по подошве в направлении транспортера 4.

В представленном примере выполнения выемочное устройство 14 с фронтальным стругом выполнено и приводится в действие таким образом, что оно при проведении очистной выемки выполняет дугообразное черпание от горизонта подошвы выработки 3 до горизонта кровли 15, соответствующее полукруглой арке, центр которой образован осью качания поворотной опоры 19, и при этом производит выемку или очищает забой на заданной глубине. После выполнения дугообразного зачерпывания передний струг 20, уже пустой, из позиции согласно фиг. 3 снова возвращается в свое исходное положение согласно фиг. 1 с помощью приводного механизма в виде подвижного цилиндра 21, после чего проводит новое дугообразное зачерпывание.

Останавливаясь подробнее на наиболее выгодной реализации способа очистной выемки, можно отметить следующее.

В исходном положении согласно фиг. 1 все без исключения секции шагающей крепи 2 в сплошном забое отодвинуты назад относительно транспортера на расстояние, соответствующее длине заходки при черпании фронтальным стругом 20. Фронтальный струг 20 находится на фиг. 1 в отклоненном положении, в котором его строгальное лезвие 31 находится на горизонте подошвы выработки 3 и примерно параллельно ей. Затем внутри ряда креплений каждая вторая секция шагающей крепи 2 с помощью ее шагающего механизма 5, предпочтительно с помощью верхняка 8, продолжающего соприкасаться с кровлей, и при использовании транспортера 4 в качестве шагающей контропоры подталкивается или продвигается на один шаг в направлении выемки А против транспортера 4, тогда как другие секции шагающей крепи 2 остаются на месте согласно фиг. 1. При продвижении вперед четные или нечетные секции шагающей крепи 2 с позиции согласно фиг.1 в позицию согласно фиг. 2 захватывают выемочные устройства 14 этих секций шагающей крепи, и фронтальные струги 20 этих секций шагающей крепи 2, подпираемые при обратном процессе в направлении отклонения, при воздействии сил возврата, поступающих от шагающих механизмов теснятся с их строгальными резцами 31 в горизонте подошвы выработки 3 в очистной забой, благодаря чему проход стругов 20 в очистной забой выполняется на высоте горизонта подошвы, как это четко видно на фиг. 2.

После передвижки указанных четных или нечетных секций шагающей крепи 2 и после их размещения снова между кровлей и подошвой выработки их выемочные устройства активизируются. Это происходит благодаря действию подвижных цилиндров 21. При выталкивании цилиндров 21 фронтальные струги 20, находящиеся в очистном забое, выполняют дугообразное черпание снизу вверх, т.е. переходят из позиции согласно фиг. 2 в позицию согласно фиг. 3. Возникающие при таком дугообразном черпании груды материала собираются в строгальном ковше 20, как видно из фиг. 3, позиция 33. В верхнем отклоненном положении спинка 26 наклонена вниз в направлении транспортера 4, так что груда материала 33, находящегося в ковше, может ссыпаться через свободный край ковша 26' вниз в транспортер 4, частично также из ковша в сторону очистного забоя перед транспортером 4. Фронтальные струги 20 работают при этом как погрузчики. Груда материала, попадающая на дорогу струга в лаве между очистным забоем 9 и транспортером 4, сдвигается при отклонении фронтального струга 20 в исходное положение согласно фиг. 1, с помощью скребка 26, продвигающегося при этом по подошве 3 в направлении транспортера 4, и может позднее при продвижении транспортера 4 загружаться в направлении очистной выемки А с помощью погрузочной наклонной платформы 32 в транспортер 4.

В соответствии с вышеописанным способом очистной забой 9 таким образом очищается по участкам каждой второй секцией шагающей крепи 2 на заданной глубине черпания. Вслед за этим секции шагающей крепи 2, находящиеся в исходном положении согласно фиг. 1, продвигаются с помощью их шагающих механизмов на шаг назад в направлении транспортера 4, так что теперь их фронтальные струги 20 занимают рабочее положение и после повторного вытягивания этих секций крепи остающиеся еще промежутки очистного забоя могут быть очищены таким же образом. Как только это произойдет, транспортер 4 может продвинуться на один шаг в направлении очистки A с помощью шагающих механизмов 5, после чего начинается следующий рабочий цикл, как уже было описано.

Весь описанный рабочий процесс можно проводить в автоматическом режиме. При этом управление выемочными устройствами 14 можно совмещать с электрогидравлическим управлением шагающей крепи. Во время перерывов в работе фронтальные струги 20 можно устанавливать в направлении очистного забоя 9 с помощью подвижных цилиндров 21 как буферов. Выемка может производиться в очистном забое также автоматически. На каждой отдельной секции шагающей крепи 2 о помощью регулировочного/ых цилиндра/ов 23 можно установить высоту поворотной опоры 19 в соответствии с мощностью данного пласта или в соответствии с изменением мощности пласта, которые могут возникнуть в процессе очистных работ.

Если, например, при нарушениях залегания пласта и/или при минеральных включениях в лаве очистной забой взрыхляется в результате взрывной отбойки, то фронтальные струги 20 могут выполнять функцию защитного щита, который защищает находящиеся за ним забойные устройства (транспортер и крепь). При очень твердом угле или проч. твердом очистном забое строгальные резцы или лезвия 31 могут быть выполнены так же, как гидравлически активные дробильные резцы. Сам фронтальный струг 20 в этом случае может быть выполнен как гидравлически активизирующийся ударный механизм, так что при дугообразном черпании с помощью ударного привода можно достигнуть эффекта дробления.

С помощью заявленных устройств для очистки выемки можно осуществлять выемку пластов, пластообразных залеганий месторождений и проч. с исключительно высокой производительностью в длинных забоях. Заявленное устройство для очистной выемки применимо, однако, в равной степени для короткого очистного забоя. Оно может, кроме того, применяться при выемке целиков, при проведении выемки месторождений широким ходом, при проведении проходки выработки снизу вверх и скалывании и т.п.

При использовании в коротких очистных забоях, например, при проходке штрека в месторождениях, может применяться соответственно меньшее количество секций шагающей крепи 2, оснащенных выемочными устройствами 14, при необходимости также одна единственная секция шагающей крепи, выполненная как щитовая крепь, которая в этом случае также может иметь большую ширину выемочного поля, чем ширина выемочного поля узлов крепи, определенная длиной секции желоба забойного конвейера. Многие однотипные секции шагающей крепи или щитовые крепи, оснащенные соответственно выемочными устройствами 14, могут быть соединены друг с другом как стандартные элементы в один законченный передвижной конструктивный узел. Выемочные устройства, образованные фронтальным стругом, можно стандартизировать, приведя их в соответствие с размерами соответствующих типов крепи и мощностями пласта. В остальном же ясно, что выемочное устройство с передним стругом является относительно компактным и не сужает необходимое для осмотра пространство в области крепи.

Реферат

Изобретение относится к горному делу и может использоваться при выемке полезных ископаемых. Оно позволяет производить выемку полезных ископаемых с высокой производительностью без лишнего оборудования. Способ очистной выемки включает использование механизированной крепи с выемочными устройствами и транспортером, перекрытым верхняками крепи. Приводные механизмы выемочных устройств имеют возможность отклонения на поворотных опорах на верхняках в плоскости, расположенной под прямым углом к пласту. Секции выдвигаются через одну и при этом после выдвижки проводят выемку выемочными устройствами этих секций непрерывным дуговым зачерпыванием по всей высоте забоя. Выемочные устройства установлены с возможностью отклонения на поворотных опорах на верхняках секций крепи и оснащены поворотными приводными механизмами. Поворотная опора может устанавливаться на определенную высоту с помощью сервопривода. Выемочное устройство выполнено в виде фронтального струга, который может иметь режущую кромку на расстоянии рычага от поворотной опоры по всей ширине секции, оформленную при помощи ряда резцов. Фронтальный струг может быть выполнен в виде строгального ковша. 2 с. и 24 з.п.ф-лы, 3 ил.

Формула