книги из ГПНТБ / Гидрофицированная крепь очистных выработок

Крепи для наклонных и крутых пластов

преимущественно в длинных очистных забоях с подвиганием по про­ стиранию. Ведутся также работы по созданию механизированных крепей для работы в очистных забоях с подвиганием по падению и восстанию на пологих и крутых пластах.

Крепи поддерживающего типа успешно применяются в широком диапазоне мощности пластов — от 0,55 до 3,2 м и более с боковыми породами преимущественно средней и выше средней устойчивости.

Оградительно-псддерживающие крепи, впервые созданные и ос­ военные в Советском Союзе (ОМКТМ, ОКП), наиболее эффективно работают в условиях слабых легкообрушающихся неустойчивых по­ род, а также при легкообрушающихся породах средней устойчивости

на пологих пластах мощностью 1,8—3,0 м. Однако по конструктив­ ным особенностям они не могут быть созданы для пластов меньшей мощности.

Оградительные крепи (КТУ и др.) пока широкого распростране­ ния не получили, хотя имеются положительные результаты их при­ менения в Советском Союзе при разработке мощных пологих пластов.

Следовательно, областью наиболее эффективного применения механизированных крепей поддерживающего типа могут быть пласты тонкие, средней мощности и мощные с боковыми породами средней и выше средней устойчивости, а также с неустойчивыми породами (при специальных конструкциях крепей). Оградительно-поддерживающие крепи наиболее целесообразно предназначать для пластов средней мощности и мощных (при слоевой выемке) со слабыми, неустойчивыми и легкообрушающимися боковыми породами.

Следует отметить, что во Франции с использованием опыта Со­ ветского Союза разработана механизированная крепь «Маррел-Гид- ро-Сомеми», которая в зависимости от мощности пласта может вы­ полнять функции как поддерживающей крепи, так и оградительно­ поддерживающей. Например, при мощности пласта 3,1 м она яв­ ляется оградительно-поддерживающей, а при уменьшении этой мощности до 1,0 м ее перекрытие выполаживается и она работает как поддерживающая. Кроме того, в этой крепи предусмотрено обеспечение за счет сил трения в нижнем слое пород кровли сжима­ ющих напряжений, что должно по данным фирмы способствовать повышению устойчивости кровли в призабойном пространстве. Это является принципиально новым подходом в практике конструирова­ ния крепей.

Механизированные крепи поддерживающего типа являются агре­ гатными (большинство моделей), т. е. кинематически связанными с общей базой (например, с конвейером), или комплектными, у кото­ рых секции не связаны с общей базой, а объединены в отдельные ком­ плекты. Крепи оградительно-поддерживающего и оградительного чипов имеются только агрегатные.

Агрегатные механизированные крепи сравнительно легко упра­ вляемы при передвижении как в плоскости пласта, так и в вертикаль­ ной плоскости, могут быть автоматизированы, однако их эксплуата­ ция затрудняется при наличии даже небольших горно-геологиче­ ских нарушений. В этих условиях более эффективно работают ком­ плектные крепи, являющиеся более маневренными. Но управление комплектными крепями сложнее, а автоматизация их сильно затруд­ нена из-за отсутствия общей взаимосвязи между секциями по длине лавы. Поэтому для пластов с достаточно выдержанной гипсометрией следует считать наиболее целесообразным создание агрегатных кре­ пей, особенно для тонких пластов, в которых автоматизированное управление крепями имеет первостепенное значение, так как в этих условиях труд шахтеров является наиболее тяжелым.

При наличии часто встречающихся геологических нарушений наиболее работоспособными являются комплектные крепи, особенно

с верхним расположением механизма передвижения (МК-97), кото­ рый облегчает передвижение людей на пластах малой мощности

иобеспечивает более успешное преодоление нарушений за счет возможности «шагания» секций крепи с подъемом гидравлических опор.

Всуществующих механизированных крепях предусматривается от 1 до 6 и более стоек в секции или комплекте, причем при наличии 3—6 стоек секции являются костровыми. В последние годы как в Со­ ветском Союзе, так и за рубежом наблюдается переход к проекти­ рованию крепей с многостоечными костровыми секциями. Эти крепи обладают лучшей устойчивостью по сравнению с рамными, особенно при повышенных углах падения и мощности пластов, поэтому следует рекомендовать их дальнейшее создание и совершенствование для соответствующих горно-геологических условий.

Стойки в механизированных крепях выполняются с одинарной

идвойной гидравлической раздвижностью. Отечественный опыт экс­ плуатации и результаты исследований показывают, что двойная гидравлическая раздвижность необходима в крепях, предназначен­ ных прежде всего для крутых пластов, так как колебание средней мощности этих пластов больше, чем пологих, а также для тонких пологих и наклонных пластов, так как с уменьшением мощности пластов степень их колебания возрастает. В остальных условиях могут применяться крепи с одинарной или двойной гидравлической раздвижностью (при наличии значительных колебаний мощности пластов).

Внекоторых конструкциях крепей для увеличения раздвижности используются винты, приставки или другие механические приспо­ собления. Эти средства не могут быть признаны целесообразными, так как они связаны с большой трудоемкостью работы в шахтных условиях и являются недостаточно совершенными в техническом от­ ношении.

Следует отметить, что значительный коэффициент раздвижности (2,6—2,8) достигнут в крепи «Маррел-Гидро-Сомеми» (Франция) за счет рычажной конструкции секции крепи и телескопической кон­ сольной стрелы, выдвигаемой специальными гидродомкратами.

Гидростойки механизированных крепей выполняются, как пра­ вило, двустороннего действия (двухполостные стойки), т. е. с при­ нудительным сокращением их высоты с помощью гидрав­ лики.

В отдельных конструкциях крепей для этой цели предусматри­ ваются специальные гидроцилиндры, встроенные во внутреннюю полость стойки (крепь 4Н100 фирмы «Рейншталь Вангейм», ФРГ), и пружины, устанавливаемые между основаниями и перекрытиями (крепь ОСМ-1, ПНР).

Опыт показывает, что сокращение высоты гидравлических стоек одностороннего действия под влиянием собственного веса их выдвиж­ ных частей и перекрытий (даже при использовании эмульсии, име­ ющей в 10 раз меньшую вязкость по сравнению с маслом) весьма

затрудняется, а пружины, применяемые для этой цели, недостаточно работоспособны.

Поэтому для ускорения передвижения крепей стойки следует выполнять с принудительным сокращением их высоты за счет гид­ равлики, особенно на наклонных и крутых пластах, так как с увели­ чением угла падения составляющая веса, действующая вдоль оси стойки, уменьшается.

Основания в конструкциях механизированных крепей выпол­ няются жесткими, жестко-шарнирными с плоскими тягами, соеди­ няющими жесткие элементы, а также в виде башмаков и опорных плит, а перекрытия — жесткими (иногда с подрессорными консо­ лями), жестко-шарнирными, жестко-гибкими (опорные плиты в сово­ купности с гибкими рессорными или пластинчатыми элементами). В ряде конструкций предусматриваются консольные верхняки, вы­ двигаемые к забою с помощью гидродомкратов или вручную, ко­ зырьки, шарнирно соединенные с основными элементами перекры­ тия и поджимаемые к кровле с помощью специальных гидропатро­ нов.

В процессе эксплуатации механизированных крепей выявлено, что жесткие основания и перекрытия в условиях прочных боковых пород испытывают весьма высокие концентрации напряжений над опорами, а также недостаточно равномерно распределяют реакции стоек по площади кровли и почвы, что приводит их к деформации. При применении жестких оснований и перекрытий не всегда обеспе­ чивается удовлетворительная приспосабливаемость крепей к гипсо­ метрии почвы и кровли пласта.

При жестко-шарнирных основаниях и перекрытиях более равно­ мерно распределяется реакция опор по площади почвы и кровли, они реже деформируются и лучше приспосабливаются к неровностям боковых пород.

Всвязи с этим наиболее целесообразным следует считать приме­ нение жестко-шарнирных оснований и перекрытий, особенно в усло­ виях достаточно прочных боковых пород и неспокойной гипсометрии пласта. Жесткие же конструкции этих элементов механизированных крепей, по-видимому, будут иметь более ограниченную область применения.

Всвязи с тем, что в последнее время в комплексах оборудования

применяются кабелеукладчики и зачистные лемехи, передние кон­ соли перекрытий удлиняются. Поэтому применение поджимных кон­ солей с помощью гидропатронов является необходимым, так как при длинных консолях трудно достигнуть требуемого усилия на их кон­ цах со стороны забоя.

Выдвижные верхняки следует предусматривать в крепях, пере­ двигаемых за участком изгиба конвейера в тех условиях, где без этих верхняков кровля не может поддерживаться на участке лавы от комбайна до передвигаемой секции.

Как известно, с увеличением углов падения и мощности пластов ухудшаются условия обеспечения устойчивости и направленности

а также схемы, при которых четные секции или одна из двух секций комплекта передвигаются непосредственно за комбайном, а нечетные или вторая секция комплекта передвигаются с отставанием от ком­ байна за участком изгиба конвейера. При этих схемах в зоне выемки угля комбайном, где имеет место увеличение интенсивности опуска­ ния кровли, все секции или половина их поддерживают кровлю с мак­ симальной нагрузкой.

В настоящее время при проектировании механизированных кре­ пей поддерживающего типа для слабых и неустойчивых кровель предусматривается применение комплектов крепей, связанных с кон­ вейером и состоящих каждый из двух секций — внешней и внутрен­ ней, одна из которых передвигается непосредственно за комбайном,, а вторая — за участком изгиба конвейера с отставанием от комбайна (крепи: Е-образная фирмы «Даути», GAP, «Челси» в Англии).

При струговой выемке угля наиболее приемлемой схемой пере­ движки следует считать схему, при которой по мере выемке угля передвигаются одновременно каждая третья, четвертая, пятая и т. д. часть секций, установленных в лаве.

Групповые схемы передвижения крепи, при которых одновре­ менно разгружается и передвигается половина секций, расположен­ ных в лаве, не получили распространения, так как при этих схемах резко снижается общее рабочее сопротивление крепи в лаве и ухуд­ шаются условия поддержания кровли.

Имеется тенденция для улучшения взаимодействия крепей с по­ родами кровли и повышения устойчивости, особенно в условиях на­ клонных и крутых пластов, осуществление их передвижки с предва­ рительным распором, равным 0,5—1,0 тс/м2, без потери контакта верхнего перекрытия с породами кровли.

Управление механизированными крепями осуществляется раз­ личными способами: ручным местным на каждой секции, ручным с каждой соседней секции, групповым с одного пульта управления (расположенного в лаве) несколькими секциями.

Особое внимание в последнее время уделяется созданию пол­ ностью автоматизированных комплексов оборудования с механизи­ рованными крепями, управляемыми со штрека. Уже разработаны, ведутся испытания и отработка системы автоматизации в шахтных условиях таких комплексов оборудования в СССР (КМ-87А), в Англии (комплексы с крепями фирм «Галлик», «Даути» и др. по системе РОЛФ), в ПНР (крепи АСИ и БЕСТА).

Необходимо отметить, что наряду с форсированием работ по ав­ томатизации комплексов оборудования, управляемых со штрека, следует усилить работы по применению групповых систем управле­ ния с пульта, находящегося в лаве, так как эти системы по сравне­ нию с полной автоматизацией более просты и быстрее могут быть реализованы в практике.

Рабочее сопротивление существующих конструкций механизиро­ ванных крепей поддерживающего типа для пологих пластов прини­ мается в пределах, приведенных в табл. 31.

Из табл. 31 видно, что сопротивление отечественных крепей, приходящееся как на 1 м2 поддерживаемой площади кровли, так и на 1 м посадочного ряда, меньше, чем зарубежных. Высокое со­ противление в основном имеют крепи Англии, ФРГ, Австрии.

Впоследние годы в Англии создаются механизированные крепи

ссопротивлением секции 600—700 тс и более для работы в условиях трудно управляемых кровель и повышения их надежности.

Оградительно-поддерживающие крепи создаются с рабочим со­ противлением стойки 80—100 тс.

На крутых пластах сопротивление отечественных механизирован­ ных крепей несколько меньше, чем на пологих, и составляет на пла­ стах мощностью 0,8—2,0 м от 13 до 36 тс/м2 площади кровли и 23— 68 тс/м посадочного ряда.

Начальный распор механизированных крепей для пологих пла­ стов составляет от 17 до 60% величины рабочего сопротивления.

На крутых пластах начальный распор в связи с меньшим рабо­ чим сопротивлением более близок к последнему и составляет 60— 70% его проектной величины.

Максимальное давление рабочей жидкости в механизированных крепях различных стран резко колеблется и составляет в напорных магистралях от 70 до 200 кгс/см2, а в поршневых полостях стоек — от 105 до 715 кгс/см2.

Удельное давление на кровлю составляет от 4 до 55 кгс/см2, на почву — от 1,5 до 41 кгс/см2.

Шаг установки секций крепей по длине лав изменяется от 0,65 до 1,8 м.

Шаг передвижки крепей относительно небольшой и составляет от 0,40 до 0,80 м.

Усилия передвижения принимаются в следующих пределах: при передвижении конвейера — 1,4—30,0 тс, при передвижении секций крепи — 0,9—40,0 тс.

В большинстве механизированных крепей в качестве рабочей жидкости применяется негорючая водомасляная эмульсия с анти­ коррозийными присадками.

Общими основными направлениями дальнейшего развития ме­ ханизированных крепей в отечественной угольной промышленности необходимо считать следующие:

1.Дальнейшее изучение взаимодействия механизированных кре­ пей с породами кровли в различных горно-геологических условиях

иразработка инженерных методов расчета важнейших элементов механизированных крепей и их гидросистем.

2.Создание и освоение серийного производства новых конструк­ ций механизированных крепей для более сложных горно-геологиче­

ских условий, в том числе для тонких пологих пластов, тонких

исредней мощности наклонных и крутых пластов, мощных наклон­ ных и крутых пластов, пластов тонких и средней мощности пологого

инаклонного падения со сложными условиями залегания (ложная

кровля, наличие геологических нарушений и др).

3. Совершенствование существующих и вновь создаваемых ме­ ханизированных крепей в направлениях: механизации, уменьшения и облегчения выполнения всех вспомогательных процессов, в том числе крепления сопряжений лав со штреками, зачистки угля в ла­ вах, обеспечения устойчивости секций и их направленного движения, операций с кабелем и шлангом орошения, выемки угля в нишах или их ликвидации, монтажно-демонтажных работ, осуществление мер по повышению надежности и долговечности как отдельных элементов, так и крепей в целом.

4.Широкое внедрение систем группового автоматического упра­ вления средствами гидропривода и систем дистанционного автома­ тического управления с системами телеинформации с пульта упра­ вления, расположенного вне очистной выработки. При этом особое внимание должно быть уделено типизации схемных решений и уни­ фикации элементов систем автоматического управления и телеин­ формации.

5.Проверка в промышленных условиях и развитие таких новых направлений, как регулирование сопротивления крепи с целью управления процессом отжима угля, создание остаточных напряже­ ний сжатия в нижнем слое пород кровли с целью повышения их устой­ чивости, применение самовыравнивающих связей для обеспечения направленного движения секций крепи, применение крепей с пере­ движением секций под полным рабочим сопротивлением опусканию пород кровли и др.

6.Использование механизированных крепей как базы для соз­ дания угледобывающих агрегатов, с созданием опорной базы для исполнительных органов выемочных машин, в том числе и струго­ вого типа.

7.Типизация, унификация и стандартизация всех возможных элементов, особенно в системах гидропривода, применение новых материалов и технологических процессов с целью уменьшения тру­ доемкости и стоимости изготовления, повышения ремонтабельности

исокращение эксплуатационных затрат на уход и обслуживание.