Механизированная крепь как мехатронный объект

1. Назначение и состав механизированной крепи

Механизированные крепи предназначены для поддержания пород кровли и управления состоянием вмещающих пород, защиты рабочего пространства от продуктов обрушения, передвижки и удержания в заданном положении забойного конвейера или струговой установки и самопередвижки.

Механизированные крепи входят в состав очистных механизированных комплексов.

В состав механизированной крепи входит:

- секции или группы взаимосвязанных секций;

- одна или несколько насосных станций для снабжения секций рабочей жидкостью - эмульсией;

- гидрокоммуникации с соответствующей аппаратурой, обеспечивающие гидросвязи исполнительных гидроцилиндров крепи с насосными станциями;

- средства пылеподавления.

В состав вспомогательного оборудования входит:

- кабелеукладчик для защиты и укладки подводимых к комбайну коммуникаций,

- крепи сопряжения, обеспечивающие необходимое состояние кровли на участках сопряжений лавы со штреками и позволяющие существенно сократить тру­доемкость и длительность выполнения работ на этих участках;

- станция управления, обеспечивающая питание, запуск и защиту всех токоприемников;

- насосная установка, подающая воду для охлаждения электродвигателей, регуляторов скорости и редукторов выемочной машины и к местам пылеподавления.

Станция управления, насосные станции и насосная установка располагаются, как правило, на откаточном штреке в ви­де энергопоезда, который периодически пере­мещается по мере подвигания лавы.

Из приведенной структурной схемы (рис. 1) следует, что непосредственно перемещением крепи и рештаком конвейера управляют гидрораспределители и шток гидроцилиндра, которые входят в блок управляющей гидравлики. Станция управления, получая информацию от датчиков давления эмульсии в секции крепи и датчиков положения секций, подает соответствующие команды в блок управляющей гидравлики.

Рис. 1 - Структурная схема механизированной крепи

2. Механизированная крепь как мехатронный объект

Механизированную крепь, являющуюся сложной системой, целесообразно рассматривать как совокупность следующих подсистем, обладающих определенной функциональной само­стоятельностью и взаимодействующих между собой и с внеш­ней средой:

1. подсистемы управления кровлей, предназначенной для поддержания пород кровли и управления состоянием вме­щающих пород, а также для защиты рабочего пространства взоне поддерживающих элементов;

2. подсистемы ограждения, предназначенной, прежде всего, для защиты рабочего пространства в зоне оградительных элементов;

3. общей подсистемы перемещения крепи и конвейера в случае агрегатированных крепей или двух подсистем - пере­мещения крепи и перемещения конвейера для комплектных крепей; эти подсистемы выполняют функции направленной пе­редвижки секции крепи и забойного конвейера, а также удер­жания последнего в требуемом положении;

4. подсистемы питания крепи рабочей жидкостью с необхо­димой подачей и заданным давлением;

5. подсистемы пылеподавления;

6. подсистемы управления.

Рассмотрим первые три подсистемы на примере наиболее распространенных агрегатированных крепей. Любую из этих подсистем целесообразно представить в виде совокупности N одинаковых модулей, конструктивно реализованных на каждой i-й (i= 1, 2, ..., N, где N - общее число секций в лаве) секции крепи. Правомочность такого подхода обусловлена тем, что каждая секция на своем рабочем участке с определенным ка­чеством в состоянии выполнять функции, отнесенные к рас­сматриваемым подсистемам, т.е. обладает известной само­стоятельностью функционирования по поддержанию пород кровли и управлению состоянием вмещающих пород, защите рабочего пространства, передвижке и удержанию конвейера и самопередвижке.

Указанные модули во многих случаях состоят из следую­щих основных взаимосвязанных структурных элементов:

• модули подсистемы управления кровлей - из перекрытий, гидростоек, оснований, предохранительных клапанов как уст­ройств, обеспечивающих в номинальном режиме постоянство среднего рабочего сопротивления секций крепи;

• модули подсистемы ограждения - из оградительных элементов и узлов их связи с перекрытием и основанием;

• модули подсистемы (подсистем) перемещения крепи и конвейера - из гидродомкратов передвижки, оснований, толка­телей, рам, направляющих элементов.

Подсистема питания крепи рабочей жидкостью включает в себя насосные станции и гидрокоммуникации (с соответствую­щей гидроаппаратурой) от насосных станций до исполнитель­ных гидроцилиндров (гидростоек, гидродомкратов, гидропатро­нов).

Для всех этих 4-х силовых подсистем характерны внутрен­ние связи. Кроме того, проявляются внешние связи подсистем крепи с подсистемами горного массива (прежде всего с вмещающими породами, см. раздел 7) и с рештачным ставом кон­вейера.

При решении широкого круга задач возникает необходи­мость рассмотрения системы, включающей подсистему пита­ния крепи рабочей жидкостью совместно с исполнительными гидроцилиндрами, входящими в состав других подсистем кре­пи. Такую систему в дальнейшем будем называть системой гидропривода механизированной крепи.

К механизированным крепям, входящим в состав как ком­байновых, так и струговых очистных комплексов, предъявляет­ся ряд общих требований:

1. достаточно полный охват вероятных областей использо­вания по характеристикам вмещающих угольные пласты пород;

2. обеспечение скорости крепления лавы, взаимоувязанной с потенциальными режимными параметрами выемочной маши­ны, определяющими максимальный уровень производительно­сти всего комплекса;

3. системная увязка безопасных для операторов зон расположения пультов управления и объектов управления в соот­ветствии с характерными алгоритмами выполнения технологи­ческих операций. Так, например, пооперационное местное управление секцией крепи должно осуществляться с соседней распертой секции; при групповом дистанционном управлении из лавы соответствующие пульты управления должны быть вынесены за пределы опасных зон;

4. конструкция крепей должна обеспечивать достаточную продольную и поперечную устойчивость секций и заданную на­правленность их передвижки.

Под устойчивостью секций понимают их способность со­хранять при выполнении всех технологических операций тре­буемые положения перекрытия и основания по отношению друг к другу и по отношению к вмещающим породам и забою и обеспечивать при работе нормальные или допустимые условия функционирования самой крепи и взаимодействующего с ней другого очистного оборудования;

5) секции крепи должны создавать в непосредственной кровле горизонтальные сжимающие усилия, направленные к забою, для повышения устойчивости кровли, уменьшения вывалообразования.

Механизированная крепь при выполнении указанных операций будет функционировать в режиме мехатронизированных объ­ектов с различным уровнем интеллектуализации процесса управления.

Координированная с местоположением очистного комбайна или стругового исполнительного органа автоматическая пере­движка секций крепи и рештачного става забойного конвейера, а также фронтальная передвижка забойного конвейера должны осуществляться только с центрального штрекового пульта управления, создавая при этом в составе мехатронных ОМК условия для выемки угля без постоянного присутствия обслу­живающего персонала в забое, что по существу является обя­зательным при отработке выбросоопасных пластов или участ­ков пластов.