9. Тема: «Основные понятия о механизированной крепи»

Механизированные крепи появились в горной промышленности в связи с широким применением узкозахватных комбайнов. В свою очередь все оборудования для механизации очистных работ было названо комплексом.

Основное оборудование комплекса включает (рис. 29): узкозахватный комбайн 1 того или иного липа (см. раздел восьмой); цельнопередвижной или изгибающийся скребковый конвейер 3 с погрузочно-зачистными лемехами 2 и кабелеукладчиком 4; механизированную передвижную крепь 7.

Рис. 29. Основное оборудование комплекса КМ-87Э

Механизированные передвижные крепи

Механизированная передвижная крепь предназначена для креп­ления выработанного пространства в лаве, управления горным давлением и ограждения рабочего, пространства очистного забоя от проникновения в него обрушенных пород кровли. Кроме того, механизированная крепь в большинстве случаев обеспечивает пере­движение к забою конвейера вместе с самозарубающимся узкоза­хватным комбайном.

Крепь состоит из крепежных секций (или комплектов), насосной станции, распределительной и контрольно-регулирующей гидро­аппаратуры и гидрокоммуникаций. Секции крепи расположены по всей длине очистного забоя и передвигаются к забою по мере выемки угля в определенной последовательности.

Для приведения в действие механизированных крепей используются гидропривод, основными исполнительными органами которого являются силовые гидроцилиндры: гидростойки, гидродомкраты для передвижения крепи и конвейера, вспомогательные гидроци­линдры для выдвижения и прижатия, консольных верхняков и дру­гих целей. Гидростойки смонтированы в секциях крепи.

Секция механизирован­ной крепи (см. рис. 29) это ее элемент, сохраня­ющий свою целостность при передвижении и со­стоящий обычно из основа­ния 6, гидравлических стоек 8 (до 6 стоек в сек­ции), связанных перекры­тием 10 у кровли пласта, и гидродомкратов передвиж­ки 5 (одного или двух). Секция имеет оградительный элемент 9, защищающий рабочее пространство от проникновения в него обрушенной породы кровли. Различают линейные секции, расположенные по длине забоя, и концевые, имеющие специфическую конструкцию.

Операции, выполняемые линейными секциями, одинаковы почти для всех механизированных крепей. Это — разгрузка (снятие распора) гидростоек, передвижение секции, распор гидростоек, передвижение забойного конвейера. В некоторых крепях предус­матривается также выполнение вспомогательных операций: отодви­гание конвейера от забоя, выравнивание положения секций (при монтажных работах и в аварийных ситуациях).

Гидростойка — основной опорный элемент механизированной крепи, воспринимающий горное давление и передающий его на почву пласта через основание секции (а при отсутствии основания через нижние опорные поверхности стоек). Гидростойки используются также для подъема верхнего перекрытия (распор стойки) и его опу­скания (разгрузка стойки).

Рабочая характеристика гидростойки (рис. 30) — это харак­тер изменения ее сопротивления опусканию породы кровли в зави­симости от ее податливости.

Начальное сопротивление F_Н — сопротивление стойки опуска­нию пород кровли в момент начала проседания выдвижной части относительно корпуса стойки.

Рис. 30. Рабочая характеристика гидростойки

Номинальное рабочее сопротивление F_p — среднее значение максимально допустимого сопротивления стойки опусканию пород кровли.

Упругая податливость Δl_у — уменьшение длины гидравлической стойки за счет упругого сжатия жидкости и деформации сте­нок цилиндра и выдвижной части.

Начальный распор — это сопротивление стойки в момент ее уста­новки в рабочее положение.

Принцип работы гидростоек одинаков для всех гидрофицированных крепей и заключается в следующем. В поршневую полость стойки под давлением подается рабочая жидкость. При этом выд­вижная часть стойки, перемещаясь вверх, упирается в кровлю. Давление жидкости в поршневой полости возрастает до величины, равной рабочему давлению насосной станции. После этого подача жидкости в поршневую полость стойки прекращается. Давление здесь достигает давления начального или предварительного рас­пора, которое не превышает 200 кгс/см² и равно примерно поло­вине величины, при которой срабатывает предохранительный кла­пан стойки (обычно 300—500 кгс/см².) Дальнейшее возрастание давления в стойке в результате опускания пород кровли происхо­ди» до величины, на которую настроен предохранительный клапан стойки.

В этот период гидростойка работает в режиме нарастающего сопротивления. Когда давление в поршневой полости достигает предельной величины, стойка переходит в заданный режим посто­янного сопротивления, т. е. рабочий режим, отклонения от которого могут быть вызваны лишь кратковременным повышением скорости опускания кровли, а также перепадами давлений открытия и закры­тия предохранительного клапана.

При срабатывании предохранительного клапана рабочая жид­кость из замкнутой гидросистемы стойки вытесняется в сливную магистраль крепи.

Для передвижения секции производят разгрузку ее стоек соединением поршневых полостей стоек со сливной магистралью, для чего гидросистема стойки имеет управляемый разгрузочный клапан (односторонний гидрозамок). Одновременно производится подача рабочей жидкости в штоковую полость.

Сейчас ведутся работы по созданию гидрооборудования для рабо­чего давления 320 кгс/см². Создание такого оборудования позволит довести давление предварительного распора гидростойки до вели­чины, равной 0,8 давления настройки предохранительного клапана.

Типы механизированных крепей

По назначению различают крепи: оградительные, поддерживаю­щие, оградительно-поддерживающие. Некоторые исследователи уточняют функции крепей последней группы, разделяя их на соб­ственно оградительно-поддерживающие и поддерживающе-оградительные в зависимости от преобладания поддерживающих или оградительных функций (рис. 31). Соотношение этих функций может быть оценено соотношением проекций поддерживающих и оградительных элементов крепи на плоскость почвы пласта.

Оградительные крепи (рис. 31, а) имеют одну основную функ­цию — ограждение рабочего пространства лавы от проникновения в него обрушенных пород кровли. Эти крепи не имеют элементов для поддержания кровли (L_n = 0). Конструктивно они наиболее просты и наименее металлоемки, но имеют ограниченную область применения. Они не исключают проникновения в рабочее пространство пород кровли, обрушающихся по линии забоя пласта. В СССР применяется только один тип оградительной крепи — КТУ (на шах­тах Кузбасса в 12—15 лавах) при слоевой выемке мощных (6—15 м) пологих пластов для отработки нижнего слоя мощностью 2,4—2,7 м. Секция оградительной крепи КТУ состоит из основания 1, гидродомкрата 2 для передвижения крепи и конвейера, двух стоек 3 и ограждающего щитового перекрытия 4.

Рис. 31. Типы механизированных передвижных крепей

Поддерживающие крепи (рис. 31, б) выполняют две основные функции: управление горным давлением и поддержание кровли в рабочем пространстве лавы. Секции крепи этого типа имеют осно­вание 1 (или другие опорные элементы), 2—6 гидравлических стоек 2, один или два гидродомкрата передвижения 3, верхнее перекры­тие 4 (L_п значительно по величине) и оградительный элемент, выпол­ненный в виде вертикально расположенного щитка 5 (L_ог = 0).

Основное преимущество поддерживающих крепей заключается в том, что они сохраняют устойчивость пород кровли над рабочим пространством и обеспечивают управление горным давлением спо­собом полного обрушения за поддерживающей частью крепи. Под­держивающие крепи получили широкое применение на пластах мощностью менее 1,8 м, «Донбасс», МК-97, М-87Э и др.

Оградительно-поддерживающие крепи (рис. 31, в) выполняют все три функции: управление горным давлением, поддержание кровли в рабочем пространстве и ограждение его от проникновения обру­шающихся пород кровли. Оградительный элемент преобладает над поддерживающим (L_oг > L_n). Крепи этого типа (ОМКТМ, ОКП) получили широкое распространение в нашей стране и применяются (более чем в 200 лавах) при разработке пологих пластов мощностью 1,8—3,5 м с легкообрушающимися породами кровли.

Секция крепи состоит из основания 1, четырехзвенника 2, щи­тового перекрытия 3 (оградительный элемент), козырька 4 (под­держивающий элемент), одной наклонной гидростойки 5 и гидро­домкрата передвижения 6. Основным преимуществом крепей этого типа является небольшая ширина полосы поддерживаемых пород кровли в призабойном пространстве (L_n), что уменьшает нагрузку на крепь, позволяет увеличить ширину секции крепи и улучшить ее устойчивость. К недостаткам следует отнести сравнительно малое рабочее пространство. Это затрудняет размещение оборудования, перемещение людей и проветривание лавы.

Поддерживающе-оградителъные крепи (рис. 31, г) выполняют те же функции, что и оградительно-поддерживающие, но поддерживаю­щий элемент у них преобладает над оградительным (L_п> L_oг). Крепи этого типа (1МКМ, 2МКЭ, ЗМК, КМ-81Э) получили значитель­ное применение при разработке пологих пластов мощностью 1,4— 3,2 м как с легко обрушающимися, так и устойчивыми породами кровли.

Секция крепи 1МКМ состоит из основания 2, четырехзвенника 2, щитового перекрытия 3 (ограждающий элемент) и верхнего пере­крытия 4 (поддерживающий элемент), двух гидростоек 5, гидродомк­рата передвижения 6.

Основным преимуществом поддерживающе-оградительных кре­пей перед оградительно-поддерживающими является большее ра­бочее пространство, позволяющее удобно расположить оборудова­ние, обеспечить свободный проход людей и применить крепь в лавах с повышенным газовыделением благодаря хорошей проветриваемости лавы.

По характеру взаимодействия крепи с кровлей различают: крепи, теряющие контакт с кровлей при передвижке секций (применяются при устойчивой кровле); крепи, передвигаемые без потери контакта с кровлей (с некоторым остаточным подпором, необходимым при неу­стойчивой кровле); крепи с регулируемым сопротивлением, позво­ляющие управлять горным давлением и отжимом угля (эти крепи являются пока опытными). По конструктивному исполнению механизированные крепи разде­ляются на два класса: комплектные, и агрегатные.

Комплектная крепь — это совокупность двух или трех секций, соединенных между собой кинематическими связями и гидродом­кратами передвижки. Комплекты не связаны друг с другом и с кон­вейером. К комплектным относятся крепи МК-97 и М-81.

Рис. 32. Комплект механизированных крепи МК-97

Комплект крепи МК-97 (рис. 32) состоит из двух двухстоечных секций 1 и 2, связанных между собой гидродомкратом передвижения 3 .двойного действия. Домкрат расположен у кровли пласта. Он осу­ществляет последовательное передвижение секций по прин­ципу шагания с отталкиванием их одна от другой. Перед пере­движением секции / распор с нее снимается. Вследствие этого опоры 4 поднимаются вверх и секция 1 повисает на соседней секции 2, которая неподвижно расперта между кровлей и почвой пласта. Далее секция 1 перемещается к забою гидродомкратом, а затем распи­рается между почвой и кров­лей пласта в новом поло­жении. Аналогично осуще­ствляется затем передвижение секции 2.

К преимуществам комплектной крепи следует отнести возможность преодоления небольших геологических нарушений (сбросы, неров­ности почвы, изменчивая гипсометрия залегания пласта и т. п.); возможность изменять шаг передвижки крепи в связи с тем, что крепь не связана с конвейером; свободное перемещение рабочих по почве пласта, которая не загромождена гидродомкратами пере­движения, основаниями секций, и т.п.

Недостатком комплектной крепи является сложность автомати­зации ее работы.

Агрегатная крепь — это механизированная крепь, секции ко­торой имеют кинематические связи друг с другом по всей длине лавы. Эти связи обеспечивают взаимодействие секций при их передвиже­нии. Агрегатные крепи получили наибольшее применение. К ним относятся крепи «Донбасс», КМ-87Э, 1МКМ, 2МКЭ, ОКП и др. Работа этих крепей может быть автоматизирована.

Способы передвижения секций крепи

Применяются различные способы передвижения секций. Последовательное передвижение. При применении этого способа секции передвигают последовательно, одну за другой. При ручном управлении время передвижки секции составляет 15—30 с, что обес­печивает выемку угля комбайном со скоростью до 4 м/мин. При авто­матизированном управлении время передвижения секций можно> уменьшить, а скорость выемки увеличить до 6— 10 м/мин.

Шахматное передвиже­ние (рис. 33). Этот спо­соб применяют при устой­чивой кровле. Вначале последовательно передви­гают четные (или нечет­ные) секции, а затем, также последовательно, остальные. Этот способ по­зволяет сократить время на передвижку секций и повысить скорость вы­емки угля комбайном.

Групповое передвиже­ние. При применении этого способа одновре­менно передвигают определенное количество секций (группу). При этом порядок передвижки групп может быть различным (последо­вательный, шахматный и т. п.). При автоматизированном управ­лении этот способ позволяет значительно уменьшить время, затра­чиваемое на передвижение секций крепи.

Рис. 33. Схемы передвижения секций крепи в шахматном порядке:

а– линейно-шахматная;б- шахматная

Для защиты темы необходимо ответить на контрольные вопросы:

1. Определение механизированной крепи;

2. Конструкционные части механизированной крепи;

3. Что такое рабочая характеристика (F_H, F_p, L_y);

4. Типы механизированных крепей;

5. Способы передвижения секций крепи.