IV.5. Механизированные крепи

Механизированной называют самопередвигающуюся крепь, преиму­щественно Лшрофицированную, ограждающую рабочее простран­ство и механизирующую процессы крепления, управления кровлей и^передвижк-и Звабойного конвейера (на пологих и наклонных пла­стах). 'J \ ^---—

!Применение механизированных крепей должно обеспечивать под-держгйгЭеЧ^квовлт в/приэ»бойном пространстве лавы, управление KpoB\eJu з^я^^^рабоХего пространства от проникновения пород

Рис. IV.3/ Принципиальные схемы механизированных"5ревзй

1 s - Lr-

кровли, передвижение конвейера, в том числе при егодтботе с по­грузочными лемехами, поддержание кровли за комбайном с отста­ванием от исполнительного органа последнего не более одного шага установки секций крепи.

Механизированная крепь должна обеспечивать скорость крепле­ния очистного забоя не менее максимальной рабочей скорости при­меняемого с ней комбайна. При этом должен оставаться свободный проход для людей шириной не менее 0,7 м и высотой 0,4 м.

По характеру взаимодействия с породами кровли и выполня­емым функциям механизированные крепи разделяются на поддержи­вающие, оградительно-поддерживающие, поддерживающе-огради-тельные и оградительные (рис. IV.3).

В крепях поддерживающего типа (см. рис. IV.3, в) главную роль играют поддерживающие элементы, предотвращающий^ обрушение кровли в пределах рабочего пространства лавы. Огради­тельные элементы в этих крепях часто отсутствуют, а если они имеются, то играют вспомогательную роль: они не воспринимают

вертикальных нагрузок от обрушенных пород кровли, а лишь пре­пятствуют проникновению этих пород в рабочее пространство лавы.

Оградительно-поддерживающая механизиро­ванная крепь (см. рис. IV.3, в) имеет такое перекрытие, которое одновременно поддерживает кровлю и ограждает рабочее простран­ство от обрушающихся пород. При этом основную роль играют оградительные элементы, выполненные в виде мощных ограждений.

Крепи поддерживающе-оградительн о г о типа (см. рис. IV.3, г).также имеют четко выраженные поддерживающие и оградительные элементы, однако при этом основную роль играют поддерживающие элементы, а оградительные являются дополнитель­ным средством ,защиты от проникновения о'брушенных пород в рабо­чее пространство очистного забоя.

Крепи оградительного 'типа (см. рис. IV.3, а) имеют только оградительные элементы, препятствующие проникновению обрушенных пород кровли в рабочее пространство забоя.

Наибольшую область применения имеют крепи поддерживающего типа: пласты мощностью от 0,65 до 3,2 м при залегании в кровле пород средней и выше средней устойчивости. Преимущественное распространение крепи этого типа получили на пластах мощностью 0,8—2 м с углом падения 10—15° при устойчивой и средней устойчи­вости непосредственной и основной кровле I—III классов по обруша-емости (по классификации б. ВУГИ). Однако они могут успешно работать на пластах с углом падения до 35°.

Оградительно-поддерживающие крепи наиболее эффективно ра­ботают в условиях легкообрушающихся неустойчивых пород, а также легкообрушающихся пород средней устойчивости на пологих пла­стах мощностью 1,8—Зм. Основным их достоинством является не­большая ширина полосы поддерживаемых пород кровли в призабой-ном пространстве, что при легкообрушающихся породах уменьшает нагрузку на крепь, облегчает ее приспосабливаемость к различным •неровностям. Недостатком этих крепей является сравнительно малое рабочее пространство, в связи с чем затруднено размещение в нем оборудования и перемещения людей.

Поддерживающе-оградительные крепи могут работать на поло­гих пластах мощностью от 1,5 до 3,2м при легкообрушающихся породах средней устойчивости. Оградительные крепи пока широкого распространения не получили, хотя имеются положительные резуль­таты их применения при разработке пологих мощных пластов.

Основной структурной единицей механизированной крепи является линейная секция, которая сохраняет свою целостность при передвижении и состоит из верхнего перекрытия, гидравлических стоек (одной или нескольких), основания (или нижних опорных элементов) и гидродомкрата передвижения (одного или двух).

Секции механизированных крепей могут быть одностоечными, рамными и кустовыми. В зависимости от числа рядов стоек они могут быть однорядными, двухрядными и трехрядными (рис. IV.4).

Одностоечные секции применяют в оградительно-поддержива­ющих крепях. В поддерживающих крепях их не используют из-за

неустойчивого положения верхняка и недостаточного вентиляцион­ного сечения. Секции рамного типа применяют в поддерживающих крепях, предназначенных для пластов тонких и средней мощности. Наиболее простыми и распространенными являются рамные двух-стоечные секции. В последнее время получают распространение кост­ровые секции, имеющие повышенную боковую устойчивость, обеспе­чивающие большую скорость крепления за счет увеличения шага

Рис. IV.4. Принципиальные схемы секций механизированных крепей:

1 — перекрытие; \2 — стойки; з — основания

установки и обладающие усиленным ч рабочим сопротивлением по обрезному ряду стоек.

Основными схемами передвижения современных механизирован­ных крепей являются:

последовательная с передвижкой секций вслед за комбайном и последующей фронтальной передвижкой конвейера одновременно по всей длине лавы;

последовательная с передвижением секций непосредственно за проходом комбайна или с отставанием от него за участком изгиба конвейера и с передвижением конвейера «волной» вслед за комбайном;

последовательная, при которой четные секции передвигаются за проходом комбайна, а нечетные — с отставанием от него за участ­ком изгиба конвейера;

последовательная с передвижением одной секции комплекта за проходом комбайна, а второй — за участком изгиба конвейера;

последовательная в условиях крутых пластов, при которой за комбайном передвигаются основные секции (четные), а вспомогатель­ные передвигаются блоками после выемки угля и спуска комбайна;

одновременная с передвижением в лаве каждой третьей, четвер­той и т. д. секций при струговой выемке.

При струговой выемке забой перемещается непрерывно, а пере­мещение секций на величину шага передвижения может быть осу­ществлено только после подвигания забоя по всему фронту на эту же величину. Если в начале ширина незакрепленного по всей длине лавы призабойного пространства (расстояние от перекрытия крепи до забоя) равна а', то перед передвижением секций эта ширина уве­личится на шаг передвижки t и обнажение кровли достигнет такой

Рис* IV.5. Варианты схем передвижения секций при струговой выемке:

а — линейная; б •—» шахматная; в — групповая диагональная («елочкой»)

величины, которое можно допустить лишь при особо устойчивых породах кровли. В связи с этим при струговой выемке более рацио­нальными являются шахматная и групповая диагональная схемы передвижения секций крепи (рис. IV.5). При шахматной схем.е максимальная ширина незакрепленной кровли.по всей длине лавы

(IV.1) а при групповой диагональной схеме

(IV.2)

где пс№ — число секций в группе.

Наибольшее распространение механизированные крепи получили на пластах с углами падения до 15° мощностью 1,1—3,2м.

При применении механизированных крепей основным способом управления горным давлением является полное обрушение пород кровли. В настоящее время ведутся работы но созданию крепей для работы с полной закладкой выработанного пространства. """ *~^

Большинство моделей механизированных крепей поддержива­ющего типа являются агрегатными или комплектными. Крепи огради­тельно-поддерживающего, поддерживающе-оградительнош и огра­дительного типов являются только агрегатными.

Агрегатные механизированные крепи сравнительно легкоуправ­ляемы, могут быть автоматизированы, однако их эксплуатация за­трудняется при наличии даже небольших горно-геологических нару­шений. В этих условиях более маневренными являются комплектные крепи. В то же время управление комплектными крепями сложнее, а автоматизация их сильно затруднена из-за отсутствия общей взаимо­связи между секциями по длине лавы. Таким образом, на пластах с выдержанной гипсометрией целесообразнее использовать агрегат­ные крепи, а при наличии геологических нарушений — комплект­ные.

Технологические характеристики механизированных крепей для пологих пластов приведены в табл. IV.4.

Условия работы механизированной крепи на крутых и наклон­ных пластах существенно отличаются от условий пологих пластов. При подвигании лав по простиранию крепь и весь выемочный ком­плекс сползают по падению пласта, под влиянием гравитационных сил и сдвижения вмещающих пород, особенно пород нижних слоев кровли. Чтобы предотвратить сползание крепи и возможное при этом опрокидывание секций, секции и другие машины увязывают в единую кинематическую систему и производят передвижение сек­ций с активным подпором.

Выбор типа механизированной крепи определяется в основном строением и устойчивостью пород непосредственной кровли, а также мощностью и углом падения пласта. Крепи оградительно-поддержи­вающего типа, контактирующие с кровлей только козырьком, имеют недостаточную боковую устойчивость уже на пластах с углом паде­ния около 18°. Поэтому на крутых пластах целесообразно применять поддерживающе-оградительные (при слабых породах кровли) или поддерживающие крепи (при породах кровли средней устойчивости и при уменьшении мощности пласта).

На крутых пластах могут применяться как комплектные, так и агрегатные крепи. При этом целесообразно производить выемку угля снизу вверх и секции крепи передвигать последовательно. Один из способов передвижения крепи по простиранию, компен­сирующий сползание по падению, представлен на рис. IV.6. Крепь, состоящая из оснований 1 и 1', перекрытий 2 и 2', гидроопор дву­стороннего действия 3 и 3', снабжена укосными (диагональными) стойками 4 и 4', 5 и 5', шарнирно соединенными с основаниями од­них и верхняками соседних секций крепи. Укосные стойки позво­ляют компенсировать сползание крепи по падению пласта, обеспечи­вают преодоление нарушений в кровле и почве пласта в нормальном

Таблица IV.4 .

Показатели	IMKC	«Донбасс»	МК-97К	М-87ДН	М-87Э	М-87ДГА	М-87А	IMKM	2МК8	Т-13К	2М-818	ОКП-70	КТУ-2МЭ ' -	AMC
Высота крепи, мм: минимальная максимальная	1100 1900	500*	500*	I 800 1992	840*	1040 1992	1005 1950	1100 1800	1350 2200	1750*	1625*6	2350 3500	2500	2000, 30OQ
		560 990*	630 990*		940 1410*					2030 2500*	2210 2345*8
		1120	1330		1940					3000	3250
Рабочее сопротивление, тс: стойки секции (комплекта)	65	30 '18O	40 160	65 130	65 130	65 130	65 130	61,5 123	50 100	80	64 128	80	50	80 160
Начальный распор, тс; стойки секции	28	18,5 111	24,2 96,8	28 60**	24 48	30 60	30 60	23 46	32 64	40,2	32 64	40,2	40	40 80
				28
Рабочее сопротивление крепи, тс: на 1 м2 поддерживаемой пло­щади кровли на 1 м посадочного ряда	—	38 89	29,4*» 27,3 50	36 68	37,4 68	36 08	36 68	40 56	35 46,5	54	44 64	54	—	40 66,5
Среднее удельное давление, КГС/СМ2; на кровлю на почву	12 15	2,5*а 12,5*2 19	10 32	—	15 27	15 30	15 30	8 11	8 8	5,4 7,5	4,8 27,5	5,5 8	1,6	4,5 10
Шаг установки секций по длине лавы, и	902	1,35	1,6	0,95	0,95	0,95	0,95	1,1	1Д	1,1	1	1,1	1,5	1,2
Коэффициент затяжки кровли Шаг передвижки крепи, м Проходное сечение для струи воздуха при минимальной ши­рине призабойного простран­ства, м2: на пластах минимальной об­служиваемой мощности на пластах максимальной обслуживаемой мощности	0,73 0,65	0,83 0,8 1,56 2,5	0,55 0,63; 08 1,41 3,4	0,85 0,63 1,7 2,7	0,85 0,63 1,8 4,4	0,85 0,63 2,6 4,6	0,85 0,63 2,82 4,6	0,95 063 2,2 3,86	0,95 0,63 2,7 4,4	0,95 0,63 2,7 3,4	0,95 0,63 3,54 6,32	0,95 0,75 ЗД 5,1	0,5 2,3 2,3	0,9 0,63 •4,3 6,2
Средняя металлоемкость крепи на 1 м длины лавы, т/м	1,4	1,82*	1,15*	1,84	2,37	2,80	2,86	3,1	3,4 ,	2,8	3,88		2,74	4,5
		1,94	1,23
Длина комплекга крепи, м	150	150	150	150	150	150	200	80, 100	60,80	120	60,90	100	50, 60,	80
									100		120		70

* Числитель—первый типоразмер; знаменатель—второй типоразмер. !• Числитель—заднее основание, знаменатель—переднее основание. *• Числитель—при захвате выемочной машины 0,65 м, знаменатель—0,8 м, " Числитель—I ступень раздвижности, знаменатель—II ступень раздвижности. *« Числитель—без винтовых приставок, знаменатель—с винтовыми приставками.

технологическом режиме, удерживают секции от опрокидывания по падению пласта, позволяют изменять длину крепи за счет изменения межсекционных зазоров. Компенсация сползания секций по паде­нию производится путем опускания секции I, стопорения гидро­стойки 3 и включения на распор укосных гидростоек 4 и 5. Секция I при этом подвигается по восстанию, после чего распирается гидро­стойка 3. Таким же образом подвигаются по восстанию остальные секции.

В настоящее время разработан ряд механизированных крепей для наклонных и крутых тонких и мощных пластов, вынимаемых как

Рис. IV.6. Механизированная крепь $ля крутых пластов с уни всрсальной управляемостью при помощи укосных стоек

по простиранию, так и по падению, с полным обрушением и полной закладкой. Технологические характеристики некоторых из них приведены в табл. IV.5.

В зависимости от направления подвигания работ (по падению, простиранию), мощности пласта и способа управления кровлей к механизированным крепям предъявляются различные технические требования.

При работе крепей по простиранию должны обеспечиваться: полная защита призабойного пространства от попадания обрушен­ных пород из кровли пласта, со стороны выработанного простран­ства действующего столба; управление кровлей способом полного обрушения и закладки; фронтальная или последовательная пере­движка секций снизу вверх; приспосабливаемость к изменению длины забоев и к гипсометриии пласта; демонтаж и монтаж узлов без длительной остановки работ по выемке угля.

Таблица IV.5

Показатели	1АНЩ	2КГД	MKT	АЩ
Высота крепи, м: минимальная максимальная Рабочее сопротивление, тс; стойки секции Начальный распор, тс; стойки секции Рабочее сопротивление крепи, тс: на 1 м2 поддерживаемой площади кровли на 1 м посадочного ряда Среднее удельное давление, КГС/СМ2; на кровлю на почву Шаг установки секций по длине лавы, м Коэффициент затяжки кровли Шаг передвижки крепи, м Проходное сечение для струи воздуха при мини­мальной ширине приза-бойного пространства, и": на пластах минималь­ной обслуживаемой мощности на пластах максималь­ной обслуживаемой мощности Средняя металлоемкость крепи на 1 м длины ла­вы, т/м Длина комплекта крепи, м	630 1330 30 60 13,5 39 15 23 4,3 4,9 1,3 0,8 0,2—0,6 1,04 1,89 1,25 40	670 1205 50,3 100,6 31 62 34,8 53 0,91* 49 7,1 0,95 0,58 0,8 1,85 3,12 1,38 130	510 990 20 40 14 28 25,6 50 4,1 6,2 0,2 0,75—0,9 0,8 1 1,4 1,94 100	950 2200 19,6 * 2 125 39,2 * 2 250 15,7.*.а 10 31,4*2 20 12,8 * 2 8,2 19,6 * 2 12,5 2,8-3,9 2,8-3,5 1 0,4 0,7 1,8 3,2 1 40

* Числитель—перекрытие, знаменатель—стойки. „„„,„,ИЖНПРТИ

*> Числитель—I ступень раздвижности, знаменатель—11 ступень раздвижности.

Опрокидывание секций по падению пласта должно предотвра­щаться как за счет собственной устойчивости конструкции секции, так и за счет внешних связей.

При выемке угля комбайнами шаг передвижки крепи должен соответствовать ширине захвата выемочной машины.

Важное значение имеет выбор силовых параметров крепи, кото­рые зависят от свойств и структуры пород кровли. Чем выше устой­чивость кровли, тем выше должно быть номинальное сопротивление крепи. Если для крепей, применяемых при кровлях неустойчивых и средней устойчивости, номинальное сопротивление должно быть 20—35 тс/ма, то при устойчивых и тяжелых кровлях оно достигает . 50—65 тс/мг.

Для предотвращения значительных расслоений пород кровли начальный распор должен изменяться от 50 до 70% от номинального сопротивления крепи. В отличие от крепей для пологих пластов, на крутых пластах ограждение должно рассчитываться на нагрузку 10—15 тс/м2, причем оно должно быть сплошным.

Механизированные крепи комплексов монтажного слоя в зави­симости от устойчивости пород кровли могут быть: поддержива-юще-оградительного типа для пластов с кровлей неустойчивой или средней устойчивости и поддерживающего типа (2—4-стоечная крепь) — для устойчивой кровли. Особенностью применения таких крепей является необходимость создания места для размещения машины переплетения полос.

При управлении кровлей полной закладкой рабочее сопротивле­ние крепи в зависимости от условий взаимодействия системы крепь— боковые породы— закладочный массив принимается от 15 до 35 тс/м2. Закладка выработанного пространства может производиться как гидравлическим, так и пневматическим способом.

На выбор типа механизированной крепи для крутых пластов большое влияние оказывает мощность пласта. На пластах мощностью 1,3—2,5м целесообразно применять крепи поддерживающего типа с шириной поддерживаемого пространства не более 3—3,5 м, на пластах мощностью 2—3,5м — крепи поддерживающе-оградитедь-ного типа с шириной поддерживаемого пространства не более 2— 2,5м.

Передвижение механизированных крепей по простиранию на крутых пластах может производиться путем: последовательного передвижения секций подтягиванием их к предварительно передви­нутой базе крепи; передвижением секций отталкиванием передви­гаемой секции от соседних.

В связи с тем что кровля большинства крутых пластов неустой­чива и не допускает обнажений свыше 3—5 м2, более рационально последовательное передвижение секций крепи с минимальным от­ставанием от выемочной машины.

Расстояние от забоя до первого ряда стоек складывается из размеров комбайна и допустимого отставания передних торцов кон­солей (козырьков) от забоя. Расстояние от забоя до передней кромки перекрытия при неустойчивых породах кровли должно быть не

более 0,2 м, при кровлях средней устойчивости — 0,25—0,3 м и при устойчивых кровлях — 0,8 м.

Эффективность работы механизированных крепей на крутых пластах зависит также от обоснованного выбора типа перекрытий и оснований. При неустойчивых породах применение длинного жест­кого верхняка приводит к необходимости многократно прилагать нагрузки к Породам кровли. Это снижает устойчивость кровли и ухудшает условия работы крепи. При устойчивых породах кровли допускается применение жестких верхняков.

Способы передвижения выпускаемых в настоящее время механи­зированных крепей для крутого падения: к базе конвейера, с опорой на соседнюю секцию к направляющей струга и к базовой балке.

При разработке крутых пластов одним из перспективных направ­лений комплексной механизации является применение щитовых комплексов и агрегатов с щитовой оградительно-поддерживающей крепью, работающих по падению пласта.

Основные преимущества такой выемки: безопасные условия при разработке пластов, опасных по внезапным выбросам угля и газа; небольшая длина очистного забоя, позволяющая применять щитовые крепи при наличии геологических нарушений; совпадение направле­ния действия собственного веса щита и давления обрушаемых пород с направлением подвигания забоя, что облегчает условия работы крепи.

На пластах мощностью 1,4—2,2м с углом падения 46—90* используются щитовые агрегаты АЩ, имеющие крепь в виде двух-стоечных секций, соединенных между собой цепями. На секции крепи укладывают накатник, над которым принудительным обруше­нием образуют породную подушку, смягчающую возможные удары обрушающихся пород. Высота породной подушки должна быть не менее полутора-двухкратной мощности пласта. Накатник во время монтажа агрегата привязывают к секциям крепи. Для предотвра­щения просыпания породы в призабойное пространство со стороны кровли и почвы предусмотрены фартуки. Агрегат передвигается под действием собственного веса и веса вышележащих обрушенных пород после постепенной разгрузки гидростоек от давления. Гидростойки разгружаются одновременно по всей длине, что создает хотя и крат­ковременные, но значительные по площади обнажения пород кровли. Это неблагоприятно сказывается на их устойчивости

Иной принцип передвижения секций заложен в щитовых крепях АНЩ, предназначенных для пластов мощностью 0,7—1,2 м с углом падения 40—90°. Опускание щитовых крепей осуществляется путем принудительного подтягивания их к струго-конвейеру. Особен­ностью такой крепи является то, что ее секции опираются на забой не у почвы пласта, а в его середине через маятниковые опоры, пере­ходящие через балку струго-конвейера. Перед посадкой крепи направляющая балка струго-конвейера выдвигается в крайнее по­ложение к забою и закрепляется с помощью посадочных стоек и затем к ней подтягиваются одновременно по всему забою секции крепи.

Одновременное передвижение крепи по всему забою может при­меняться при устойчивых кровлях. Для пластов с кровлей ниже средней устойчивости предназначены щитовые агрегаты АДК с по­секционным передвижением крепи. Каждая секция такого агрегата соединяется с балкой струго-конвейера гидродомкратом и подтяги­вается к нему после выемки угля на 0,2—0,4 м. Передвижение начинается с базового комплекта секций, располо­женного в средней части забоя.