МЕХАНИЗИРОВАННЫЕ И ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ КРЕПИ

ОЧИСТНЫЕ КОМБАЙНОВЫЕ КОМПЛЕКСЫ(ОМК)

Применение механизированных комплексов позволяет со­вмещать во времени все основные операции в очистном забое: выемку угля, его доставку, крепление призабойного простран­ства и управление кровлей.

Современные очистные комбайновые комплексы, работаю­щие на пологих и пологонаклонных пластах (угол падения до 35°), включают в себя следующее оборудование (рис.1): выемочную машину – очистной комбайн 3, доставочную маши­ну – забойный скребковый конвейер 2, механизированную крепь 4; крепи сопряжения очистного забоя с конвейерным (откаточным) 1 и вентиляционным 5 штреками, кабелеукладчик, энергопоезд. Энергопоезд включает в себя: насосную станцию 6, ороси­тельную систему с оросительной установкой и магнитные пускатели. При работе комплекса по простиранию с углами падения пласта 9-35° на вентиляционном штреке: устанавливается предохранительная лебедка 7 для комбайна.

 

 

ОЧИСТНЫЕ КОМБАЙНЫ

Основными функциональными элементами современных комбайнов (рис. 1.1) являются: исполнительный орган 1, раз­рушающий (отделяющий от массива пласта) полезное иско­паемое и грузящий его на забойный конвейер; гидровставка 3 и один или два механизма подачи 8 для перемещения комбай­на вдоль линии очистного забоя; привод, состоящий из одного или двух электродвигателей 7, основных (правого и левого) 2 и поворотных (правого и левого) 9 редукторов, передающих крутящий момент от двигателей на валы исполнительных орга­нов. Представленная на рис.2 принципиальная конструктив­ная схема, относится к комбайну унифицированного ряда РКУ13 и является характерной для большинства современных комбайнов со шнековыми исполнительными органами.

Рис.2. Очистной узкозахватный комбайн РКУ13 со шнековым исполнительным органом

 

При ра­бочем ходе комбайна в направлении вектора скорости подачи vn наиболее рациональной по фактору процесса погрузки по­лезного ископаемого является схема, когда передний по ходу шнек вынимает уголь у кровли пласта, а отстающий шнек – у почвы пласта. При обратном направлении движения комбай­на положение шнеков меняется с помощью гидродомкратов 4, изменяющих угол установки поворотных редукторов относи­тельно корпуса комбайна. Домкраты 4 служат также для ре­гулирования исполнительного органа комбайна по вынимаемой мощности пласта.

На поворотных редукторах и шнеках установлены форсунки системы орошения. Основные (правый и левый редукторы) со­единяются с корпусом электродвигателя шпильками и болтовы­ми стяжками.

Комбайн имеет общую плиту 6 и при работе перемещается по ставу забойного конвейера, опираясь на него двумя парами опор 5, расположенных со стороны выработанного простран­ства и забойной стороны корпуса комбайна. При этом опоры со стороны выработанного пространства имеют захваты для бо­лее надежного соединения с плоскими или круглыми направля­ющими, размещаемыми на ставе конвейера со стороны вырабо­танного пространства.

Очистные комбайны классифицируют: по мощности и углам падения вынимаемых пластов; ширине захвата исполнительно­го органа; конструкции исполнительного органа и системы по­дачи; виду энергии для привода комбайнов.

По мощности вынимаемых пластов H_пл различают комбай­ны для пластов – тонких (H_пл <1,2 м), средней мощности H_пл =1,2–2,5 м) и мощных (H_пл >2,5 м).

По ширине захвата В₃ исполнительного органа (см. рис. 1.1) различают комбайны узко- и широкозахватные. Первые имеют ширину захвата до 1 м, вторые – более 1 м.

В настоящее время узкозахватными комбайнами оснащены очистные комбайновые комплексы и большинство комплектов забойного оборудования, применяемых на угольных, сланцевых шахтах, а также при добыче калийных солей.

Полезная ширина захвата В₃ исполнительных органов узко­захватных комбайнов может составлять: 0,5; 0,63; 0,8 и 0,9 м. При выемке мощных пластов на комбайнах применяют исполнительные органы с шириной захвата 0,5 м, пластов средней мощности 0,63, 0,9 м, тонких пластов 0,8; 0,9 м.

В зависимости от угла падения пласта различают комбай­ны для пологих и пологонаклонных пластов (с углом падения до 35°), крутонаклонных (36–45°) и крутых (46–90°) пластов. При работе на пологих и пологонаклонных пластах комбай­ны должны производить принудительную выгрузку угля из зо­ны работы исполнительного органа, а также необходимо при­менять механические средства доставки угля из очистного за­боя (лавы).

На пластах с углами падения более 35° уголь перемещает­ся вниз по очистному забою под действием гравитационных сил.

Исполнительные органы комбайнов по конструктивному ис­полнению могут быть: шнековыми, барабанными, корончатыми, дисковыми, цепными и комбинированными.

В настоящее время на очистных узкозахватных комбайнах наибольшее распространение получили шнековые исполни­тельные органы 1 (см. рис.1) с горизонтальной осью вра­щения.

Шнек (рис. 2) состоит из трубы 4, на которой расположе­ны винтовые лопасти 2, несущие кулаки 3 для закрепления в них резцов. Винтовые лопасти осуществляют погрузку отбито­го резцами угля на забойный конвейер. Выпускаются шнеки в двух исполнениях, отличающихся направлением винтовых ло­пастей, для работы в правом и левом забоях. С забойного тор­ца шнека располагается диск (лобовина) 5, на котором уста­навливается увеличенное число резцов 1 для обработки кутковой части забоя.

 

 

Чтобы осуществить фронтальное внедрение шнеков в уголь­ный пласт при зарубке без косых заездов комбайна, в лобовине шнека выполняются проемы. Диаметры шнеков D_m могут составлять: 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000 и 2300 мм.

Наряду со шнековыми применяют также и барабанные ис­полнительные органы с горизонтальными и вертикальными ося­ми вращения. Барабанные исполнительные органы с горизон­тальными осями вращения имеют те же положительные каче­ства, что и шнековые органы, кроме одного – у них практиче­ски отсутствует погрузочная способность. Поэтому барабаны с горизонтальными осями применяют в комбайнах для работы на крутонаклонных и крутых пластах («Поиск-2», «Темп-1»), где используют гравитационный способ удаления полезного ис­копаемого из забоя.

Рабочим инструментом исполнительных органов очистных комбайнов являются резцы различной конструкции (рис.3). Резцы очистных комбайнов подразделяют на радиальные и тангенци­альные. Радиальные резцы применяют для разрушения полез­ного ископаемого сопротивляемостью пласта резанию А_р до 360 кН/м и устанавливают в резцедержателях (кулаках) ис­полнительного органа по радиусу шнека или барабана. При этом ось державки резца перпендикулярна к линии резания. Тангенциальные резцы устанавливаются в резцедержателях под острым углом к радиусу. Они предназначены для отделения угля стружками большого сечения и поэтому применяются на очистных комбайнах при работе на углях не выше средней кре­пости (с сопротивляемостью угля резанию до 200 – 250 кН/м).

 

 

Системы перемещения (подачи) очистных комбайнов. Си­стемы перемещения предназначены для передвижения комбай­нов в процессе работы с необходимым тяговым (напорным) усилием, а также для передвижения при различных маневро­вых операциях. Широкое распространение в очистных комбай­нах получили системы с гибкими тяговыми органами (цепные и реже канатные), бесцепные системы перемещения и в ряде случаев гусеничные.

Систему перемещения очистного комбайна образуют гибкий тяговый орган или жесткий опорный (рейка), механизм пере­мещения и удерживающие устройства.

Механизм перемещения представляет собой вариатор ско­рости с редуктором, на выходном валу которого установлена ведущая звездочка, взаимодействующая с круглозвенной цепью, либо специальные зубчатые колеса, которые катятся по рейке, либо канатный барабан (для широкозахватных комбайнов).

Схемы очистных узкозахватных комбайнов со встроенной системой перемещения, передвигающихся по раме забойного скребкового конвейера при помощи цепного тягового органа, показаны на рис.4. Встроенный механизм 2 имеет ведущую 6 и отклоняющую 5 звездочки. Цепь 3 растянута вдоль рештач-ного става забойного конвейера. Ведущая звездочка 6, пере­мещаясь по натянутой цепи, заставляет двигаться комбайн в направлении вектора скорости подачи v_a. Отклоняющие звез­дочки 5 в кинематически связаны со звездами 6. На участке между звездами 6 и 5 цепь имеет «слабину», по­этому ведущей является та звезда, на которую цепь набегает (в рассматриваемом случае – звезда 6). Звезда 5, с которой цепь сбегает, принудительно выталкивает ее.

При реверсе механизма перемещения функции звездочек меняются.

По концам тяговой цепи могут устанавливаться компенса­торы длины цепи 4 (пружинные или гидравлические) для натя­жения ее.

 

В бесцепной системе перемещения (БСП) (рис. 5) тяговая цепь заменена жесткой направляющей 3, выполненной в виде зубчатой 6 или цевочной 7 рейки. Комбайн 2 перемещается по раме 1 забойного конвейера при помощи встроенного движи­теля I. По числу элементов движители могут быть двухэле­ментными – звездочка 8, цевочная рейка 7 (поз. I " на рис.5) и трёхэлементными – звездочка 4, цевочное колесо 5, зубчатая рейка 6 (поз. I ' на рис.5). БСП может иметь также и дру­гие различные варианты исполнения – по расположению движителя (со стороны забоя или выработанного пространства) и по расположению приводных элементов 5, 8 (в вертикальной или горизонтальной плоскости).

 

Рис.5. Бесцепная система перемещения (БСП)

Вынесенная система перемещения (ВСП) применяется в очистных узкозахватных комбайнах, работающих на тонких пластах. Механизмы перемещения 1 устанавливаются вне очи­стного комбайна на рамах приводных блоков конвейера (рис.6, а) или в прилегающих к очистному забою выработках (рис.6, б). Для этой системы перемещения характерны дви­жущийся по очистному забою тяговый орган (цепь 2, канат 3) и один или два неподвижных механизма перемещения.

Применение ВСП позволяет уменьшить длину очистного комбайна, что улучшает его вписываемость в тонкие пласты. Вынесенная система перемещения комбайнов, работающих на крутонаклонных и крутых пластах, состоит из тягово-предохранительной лебедки 1, 2 (см. рис. 6, б) типа 1ЛГКНМ, уста­новленной на вентиляционном штреке. Лебедка объединяет в себе механизм перемещения и удерживающее устройство. Один из канатов 3 лебедки является тяговым, другой – предохрани­тельным, обеспечивающим удержание комбайна 4 в случае по­рыва тягового.

Рис.6. Вынесенная система перемещения (ВСП) с механизмом переме­щения, установленным на раме приводных блоков конвейера (а) и на вен­тиляционном штреке (б)

МЕХАНИЗИРОВАННЫЕ И ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ КРЕПИ

Механизированная крепь — это горная машина, размещен­ная по всей длине очистного забоя, и состоящая из самопере­двигающихся секций, механизирующих процессы — крепления очистной выработки, управления кровлей и передвижки на за­бой става забойного конвейера или базы комплекса (агрегата) вместе с выемочной машиной.

Механизированная крепь состоит из секций или комплектов (групп взаимосвязанных секций), насосной станции (одной или нескольких), распределительной и контрольно-регулирую­щей аппаратуры и гидрокоммуникаций.

Основная функция механизированной крепи — создание со­противления опусканию (обрушению) пород кровли в призабойное пространство. По функциональному признаку механизи­рованные крепи разделяют на поддерживающие (рис.7, а), поддерживающе-оградительные (рис. 7,6), оградительно-поддерживающие (рис.7, в) и оградительные (рис.7, г). Тип крепи можно определить соотношениями величин проек­ций поддерживающих L_П и оградительных элементов L_OГ сек­ций на горизонтальную плоскость в направлении осевой линии секции.

 

Секция является самостоятельной структурной единицей ме­ханизированной крепи очистного забоя. Она включает в себя следующие основные элементы – гидростойку (или гидростой­ки) 1, верхнее перекрытие, состоящее из поддерживающей 2 и (или) оградительной 3 частей, нижнее основание 4 один или два гидродомкрата 5 (см. рис. 7), располагаемых в основа­нии или у перекрытия, и систему управления секцией.

С позиции применения крепей по мощности пластов механизированные крепи делятся на три группы: тонкие – 0,7-1,2 м, средней мощности 1,2–2,5 м и мощные 2,5–5 м.

По силовым связям между секциями крепи могут быть комплектными и агрегатированными. Под комплектной крепью понимают такую крепь, в которой две или более секций объединены (связаны) друг с другом в комплект с помощью гидродомкратов передвижки секций. По месту расположения гидродомкратов передвижки комплектные крепи могут быть с нижним (крепи 1М88С, М87УМС для струговых комплексов) и верхним (рис.8), расположением гидродомкратов 3 между секциями 1 и 2 (крепь МКС98).

 

 

Рис.8. Комплектная ме­ханизированная крепь МКС98

Секции крепи МКС98 не имеют нижнего основания. Его за­меняют индивидуальные круглые опорные плиты 4 гидро­стоек.

Независимо от места расположения гидродомкратов связей между секциями комплекты крепи кинематически не взаимо­увязаны. Передвижка каждого комплекта (обычно двухсекци­онного) осуществляется независимо друг от друга, поэтому та­кие крепи не пригодны для дистанционного и автоматического управления.

Основным типом механизированных крепей в настоящее время являются агрегатированные крепи, в которых все секции связаны гидродомкратами передвижения (агрегатированы) со ставом забойного конвейера очистного комплекса или базой агрегата. Передвижение секций агрегатированных крепей ки­нематически взаимоувязано, поэтому они пригодны для дис­танционного и автоматического управления. Гидродомкраты передвижки имеют, как правило, нижнее расположение и ис­пользуются не только для передвижки секций крепи, но и для передвижки конвейера или базы агрегата на забой.

Конструктивные схемы секций агрегатированных крепей с различным расположением и числом гидростоек показаны в табл. 1.3.

Одностоечная схема использована в крепях оградительно-поддерживающего типа: 40КП70, 10КП70, 20КП70, 30КП70. Для рамных двух- и трехрядной схем характерным является расположение гидростоек друг за другом по продольной оси (по длине) секции. Двухрядные рамные секции применяют в крепях поддерживающего типа МКС98, 1М88, 1М88С, М87УМН, М87УМП и М87УМС, а также в крепях поддерживающе-оградительного типов МК75 и M130.

Недостатки рамных секций крепей поддерживающего типа: передача на гидростойки поперечных усилий при передвиже­нии без потери контакта перекрытия с породами кровли; недо­статочная устойчивость в поперечном направлении перекрытий и секций в целом.

Кустовые секции имеют более высокую поперечную устой­чивость Из кустовых секций крепей получили распростране­ние двух- трех- и четырехстоечные секции. В первом случае – это крепи М137А, УКП5, во втором -М144 и в третьем-МКЮЗМ, КД80, 1МТ, 2МТ, М138А и М142.

Механизированные крепи, секции которых имеют силовую связь перекрытия с основанием, называются щитовыми неза­висимо от числа гидростоек в секции.

К щитовым относят крепи оградительно-поддерживающего (рис.9, а) или поддерживающе-оградительного (рис.9, б) типа, у которых перекрытия, состоящие из поддерживающей 1 и оградительной частей 3, и основание 5 секций имеют силовую и кинематическую связь между собой, не только с по­мощью гидростоек 2, но также и с помощью шарнирных рыча­гов 4.

Все щитовые крепи выполняют только с нижней завязкой, а наличие силовой связи перекрытия с основанием позволяет передвигать секции крепи с активным подпором, разгружая при этом гидростойки от поперечных усилий. Щитовые крепи могут быть одно- и многостоечными. При этом секции огради­тельно-поддерживающего типа имеют одну (крепи 10КП70, 2ОКП70Б, ЗОКП70Б и 4ОКП70) или две стойки 2 (крепи УКП5).

Щитовой тип секций является в настоящее время основным, особенно для пластов мощностью более 1 м.

Типовая схема подключения гидростойки к системе гидро­привода механизированной крепи и рабочая характеристика гидростойки показаны на рис.10. В поршневую полость П (рис. 1.15, а) гидростойки по магистрали 8 —5— 6—7 подается рабочая жидкость от насосной станции. Гидростойка начина­ет воздействовать на боковые породы с усилием начального распора N_H.Р (кH):

,

 

где D – внутренний диаметр цилиндра гидростойки, м; р_Н.С — давление, развиваемое насосной станцией в гидростойке, МПа.

 

Разгрузочный клапан (гидрозамок) РК отсекает поршне­вую полость гидростойки от напорной магистрали 8. Стойка оказывает сопротивление N опусканию кровли. При этом уве­личивается давление рабочей жидкости в поршневой полости П гидростойки (линии АВ, рис.10, б), происходит упругое сжа­тие рабочей жидкости и упругая деформация цилиндра стойки. В этот период выдвижные части гидростойки опускаются на величину Δh_y с одновременным увеличением усилия сопротив­ления опусканию пород кровли. На этом участке (линия АВ) гидростойки работает в режиме нарастающего сопротивления. При дальнейшем опускании кровли давление в поршневой по­лости Я гидростойки повышается до настроечного давления срабатывания предохранительного клапана ПК и он срабаты­вает. Гидростойка начинает работать в режиме постоянного рабочего сопротивления N _p._c(линия ВС). Работа предохрани­тельного клапана в этом режиме характеризуется давлениями открывания клапана Р_от и его закрывания Р_зк.

Для контроля давления в поршневой полости стойки слу­жит индикатор давления ИД, который компонуется совместно с предохранительным ПК и разгрузочным РК клапанами в одном корпусе 9, образуя стоечный гидроблок, или выносится на рукав высокого давления.

Для разгрузки гидростойки рабочая жидкость под давле­нием подается по магистрали 1 – 2 – 3 –4 в штоковую Ш полость стойки и по магистрали 2 – 2 в разгрузочный клапан РК, от­крывая выход рабочей жидкости из полости П на слив по ма­гистрали 7– 6 – 5 – 8. При этом выдвижная часть гидростойки опускается. Гидростойка может разгружаться полностью с по­терей контакта перекрытия с кровлей или частично со снижени­ем давления в поршневой полости до заданного предела (до 0,01 МПа) в случае передвижки крепи с активным подпором.

В механизированных крепях в настоящее время применяют предохранительные клапаны трех типов: ЭКП, ОМКТМ, ГВТН10 с номинальными давлениями срабатывания соответ­ственно 40, 32 и 50 МПа.

Максимальный расход (л/мин) рабочей жидкости через клапан при давлении 1,25 номинального составляет: 30 – для клапана ЭКП, 15 – для клапана ОМКТМ и 80 – для клапана ГВТН10. Применение предохранительных клапанов с большим максимальным расходом рабочей жидкости уменьшает вероят­ность раздутия цилиндров гидростоек при резких осадках кровли.

Стойки одинарной гидравлической раздвижности применяют в крепях, предназначенных для работы на пластах средней мощности и мощных. Коэффициент раздвижности Кр = l _р/ l _min, характеризующий отношение длины полностью раздвинутой стойки l _р к длине сложенной стойки l _min, составляет обычно для таких стоек 1,32–1,58.

В настоящее время преимущественное распространение во вновь создаваемых крепях получают стойки двойной гидрав­лической раздвижности. Они хотя и дороже в изготовлении, но обладают большей эффективностью в эксплуатации из-за лучшей приспосабливаемости к изменениям мощности пласта. Коэффициент раздвижности таких стоек составляет 1,8–2.