Индивидуальные и механизированные крепи

Крепление и управление кровлей — один из важных и пока еще трудоемких процессов добычи полезных ископаемых из длинных очистных забоев, составляющих 30 % от общих трудовых затрат в очистном забое.

Для крепления и управления кровлей применяют крепь, которая по назначению разделяется на призабойную и посадочную, основную и временную.

Призабойная крепь

Призабойная крепь возводится в призабойном пространстве и предназначена для предотвращения обрушения в нем пород кровли.

Призабойное пространство крепится индивидуальной или механизированной крепью. Индивидуальная крепь предусматривает стойку и верхняк.

На первом этапе в качестве индивидуальной крепи использовалось дерево, которое применяется и до сих пор на некоторых шахтах на крутых пластах. В дальнейшем деревянная крепь была заменена металлической индивидуальной крепью.

В середине 60-х годов для крепления призабойного пространства начали применять гидрофицированные механизированные крепи, получившие на сегодняшний день широкое распространение при выемке пологих, наклонных и крутых пластов.

Посадочная крепь

Посадочная крепь применяется, как правило, в очистных забоях с индивидуальной призабойной крепью.

Она устанавливается на границе с погашаемым выработанным пространством и предназначается для (посадки) управления кровлей полным обрушением или плавным опусканием пород кровли.

К основным крепям относятся индивидуальные и механизированные крепи, которые служат непосредственно для крепления призабойного пространства.

Временная крепь

Временная крепь, как правило, облегченного типа применяется для временного и ускоренного закрепления обнаженных пород кровли (например, при креплении ниш) с последующей заменой ее основной крепью.

Стойки крепи

Стойка — основной опорный элемент крепи и служит для поддержания рабочего пространства в лаве. Индивидуальные стойки работают совместно с деревянным или металлическим верхняком.

По принципу работы различают металлические стойки трения и гидравлические.

Отечественной промышленностью выпускаются стойки трения постоянного сопротивления типов ТУ, ТКУ и ТПК, различные типоразмеры которых предназначены для пластов мощностью от 0,86 до 2,48 м.

Наиболее прогрессивными являются гидравлические призабойные стойки, которые имеют нагрузочную характеристику постоянного сопротивления.

Промышленностью выпускаются два вида гидростоек — с внутренней циркуляцией рабочей жидкости и с внешним питанием (рис. 2.17).

Гидравлическая стойка с внутренней циркуляцией рабочей жидкости

Гидравлическая стойка с внутренней циркуляцией рабочей жидкости (рис. 2.17, а) состоит из:

• рабочего цилиндра 9,
• выдвижной части 8,
• поршня 7 со штоком 12,
• фильтра 2,
• предохранительно-разгрузочного клапана 4,
• клапанно-распределительной системы насоса.

Полость I выдвижной части заполняется маслом (индустриальное И-20А или И-ЗОА с добавлением специальных ингибиторов, повышающих коррозионную стойкость деталей) и служит внутренним резервуаром.

Раздвижка и распор стойки производятся двухступенчатым насосом, приводимым в действие кривошипным механизмом 5 с помощью рукоятки 6 .

При движении поршня 7 вверх масло переливается из полости I через клапан 11 в полость III. Затем при движении поршня 7 вниз клапан 11 закрывается, а клапан 10 открывается и рабочая жидкость поступает в полость II и поднимает вверх выдвижную часть 8.

Если давление в полости II превысит величину, на которую отрегулирован предохранительно-разгрузочный клапан 4, последний срабатывает и жидкость переливается из полости II в полость I.

Для разгрузки стойки поднимают вверх ручку разгрузочного устройства 3 и выдвижная часть 8 опускается за счет переливания жидкости из полости II в полость I через клапан 4.

Масло пополняется через заливное отверстие 1 (закрываемое пробкой) и сетчатый фильтр 2.

Гидростойки с внешним питанием

Гидростойки с внешним питанием не имеют встроенного насоса.

• Раздвижка и распор таких стоек осуществляются с помощью пистолета 1 (рис. 2.17, б), присоединенного к насосной станции.
• При подаче жидкости пистолетом 1 она через фильтр 11 и клапан 10 попадает в полость I стойки и далее через клапан 9 в рабочую полость стойки.
• При этом перемещается вверх выдвижная часть 7.
• После окончания распора перекрывается трехходовой кран 2 пистолета 1 и жидкость поступает в сливную линию 3 насосной станции.
• Пистолет отключается от стойки. Если давление в рабочей полости II рабочего цилиндра 8 превышает допустимое, то срабатывает предохранительный клапан 4 и обеспечивает необходимую податливость стойки.
• Стойка разгружается клапаном 5, который при повороте рычага 6 против часовой стрелки отклоняется влево, в результате чего открывается отверстие для слива жидкости из полости II стойки.

В качестве рабочей жидкости в гидростойках с внешним питанием используется водомасляная эмульсия с антикоррозионной присадкой.

Большой начальный распор и малая упругая податливость гидростоке по сравнению со стойками трения обеспечивают лучшее состояние кровли и уменьшают ее опускание на 10-30%.

Повышается безопасность работ в очистном забое и снижаются потери стоек в выработанном пространстве при их извлечении благодаря возможности осуществлять дистанционную разгрузку.

Отечественной промышленностью выпускаются гидравлические призабойные стойки с внутренней циркуляцией рабочей жидкости типов 2ГСК и с внешним питанием типов 2ГВС, 2ГВТ и ГВУ.

Все они предназначены для применения в качестве призабойной и посадочной крепи на пологих и пологонаклонных пластах с углом падения до 35°.

Стойки 2ГСК

Стойки 2ГСК выпускают четырех типоразмеров:

• 2-13ГСК25,
• 2-14ГСК25,
• 2-15ГСК25,
• 2-17ГСК25.

Рабочее сопротивление — 250 кН, начальный распор — 75 кН, номинальное рабочее давление, жидкости в цилиндре — 40 МПа.

Высота стоек min = 1400-2490 мм; mах = 2000-3290 мм.

Мощность обслуживаемых пластов 1,82—3,41 м.

Типоразмер стойки по длине изменяется за счет применения ряда нижних насадок, изготовляемых из труб, имеющих пяту.

2ГВС

Гидростойки типа 2ГВС имеют те же значения Н и обслуживаемой мощности пластов, что и стоики 2ГСК.

Отличаются они, помимо внешнего питания, большим начальным распором, составляющим 127 кН при рабочем сопротивлении 250 кН.

Длина гидростоек изменяется за счет применения ряда нижних насадок. Гидростойки 2ГВТ имеют в основном рабочее сопротивление 200 кН (семь типоразмеров из девяти) и обслуживают пласты мощностью от 0,72 до 1,78 м.

Два последних типоразмера (2-11ГВТ25 и 2-12ГВТ25) для пластов мощностью 1,48-2,26 м имеют рабочее сопротивление 250 кН. Усилие начального распора для всех типоразмеров 127 кН.

Стойки ГВУ

С 1984 г. серийно выпускаются стойки типа ГВУ внешнего питания (4ГВУ30-12ГВУ30), предназначенные для крепления рабочего пространства очистных забоев на пластах мощностью 0,71—1,6 м с номинальным рабочим сопротивлением 300 кН.

Стойки имеют начальный распор 127 кН при давлении рабочей жидкости 20 МПа. Стойки 4ГВУ30-— 12ГВУ30 (всего девять типоразмеров) можно эксплуатировать при любой системе разработки, предусматривающей извлечение крепи и при любом способе управления кровлей.

Для подвода рабочей жидкости к гидравлическим стойкам типа ГВ с внешним питанием по всей длине забоя (до 200 м) выпускается комплект оборудования KO1, состоящий:

• из унифицированной насосной станции СНУ5,
• штрековой и забойной гидромагистралей с тройниками,
• шаровыми кранами,
• установочными пистолетами.

Выдвижные металлические верхняки

При использовании индивидуального крепления металлические верхняки являются элементами, непосредственно удерживающими кровлю призабойного пространства. Промышленностью выпускаются выдвижные металлические верхняки ВВ30, ВВЗМ и шарнирные В15Б, М71С.

Выдвижные металлические верхняки ВВ30 и ВВ30М предназначены для использования с металлическими, преимущественно с гидравлическими призабойными стойками (с рабочим сопротивлением до 300 кН) по поддержанию кровли в очистных забоях и консольного ее крепления в бесстоечном призабойном пространстве при выемке угля узко- и широкозахватными комбайнами и струговыми установками.

В настоящее время в 70 % очистных забоев управление кровлей осуществляется способом полного обрушения. Для посадки кровли полным обрушением при индивидуальной призабойной крепи используются посадочные стойки трения типа ОКУ и гидравлическая посадочная крепь «Спутник».

Посадочные стойки трения типа ОКУ представляют собой стойки нарастающего сопротивления, которые после определенной ограниченной просадки выдвижной части становятся практически жесткими стойками.

Крепь гидравлическая посадочная «Спутник 2СПТ» предназначена для механизации процессов управления кровлей способом полного обрушения и передвижения забойного скребкового конвейера в очистных забоях пологих пластов мощностью 0,6—1,8 м при угле падения до 15° (при работе по простиранию), по восстанию — до 8°.

Устройство секции крепи «Спутник»

Секция крепи «Спутник» (рис. 2.18) состоит из:

• гидравлической посадочной стойки 1 с рабочим сопротивлением 785 кН и установочным распором 615 кН,
• домкрата передвижения 3 конвейера и стойки, соединенного с основанием стойки пальцем 2,
• и рукавов 4 для питания стойки рабочей жидкостью от распределителя 5, установленного на головке домкрата.
• Домкрат соединен с основанием стойки своим штоком, а цилиндр домкрата при помощи оси 6 и кронштейна 7 крепится болтами к борту конвейера.

Домкрат развивает усилия:

• до 125 кН при передвижке конвейера;
• до 69 кН при подтягивании стойки.

Шаг передвижки не менее 800 мм. Стойка имеет две ступени раздвижности — гидравлическую и настроечную винтовую. Рабочее давление жидкости в поршневой полости стойки 25 МПа, в гидромагистрали — 19,6 МПа.

Для питания гидросистемы крепи используется унифицированная насосная станция СИУ5. Масса секции в зависимости от типоразмера по высоте находится в пределах 335—440 кг.

В комплекте с крепью «Спутник» применяются в качестве призабойной крепи индивидуальные гидравлические стойки с внешним питанием и металлические шарнирные или выдвижные верхняки.

Механизированные крепи

Создание механизированных гидрофицированных крепей послужило основой для создания современных систем забойного оборудования — комбайновых и струговых очистных узкозахватных комплексов, а в последующем и очистных агрегатов .

Механизированная крепь в процессе взаимодействия с боковыми породами выполняет в общем случае три основные функции:

• управление кровлей,
• активное поддержание кровли в рабочем пространстве очистного забоя,
• защиту (ограждение) призабойного пространства от обрушившихся пород.

Кроме того, конструкция крепи должна обеспечивать передвижку конвейера, в том числе при его работе с погрузочными лемехами с обеспечением подачи комбайна на забой при самозарубке.

Механизированная крепь состоит из:

• секций или комплектов (взаимосвязанных секций),
• насосной станции (одной или нескольких),
• распределительной и контрольно-регулирующей аппаратуры,
• гидрокоммуникаций.

Типы крепей и определение типа

По характеру взаимодействия с боковыми породами и защиты рабочего пространства забоя механизированные крепи разделяются:

• на поддерживающие (рис. 2.19, а),
• поддерживающе-оградительные (рис 2.19, г),
• оградительно-поддерживающие (рис. 2.19, б),
• оградительные (рис. 2.19, в).

Тип крепи можно определить соотношениями величины проекций поддерживающих FR и оградительных элементов FQV секций на горизонтальную плоскость в направлении осевой линии секции.

В настоящее время чисто оградительные крепи в отечественной угольной промышленности не применяются, а поддерживающе-оградительные крепи относят иногда к крепям поддерживающего типа.

Секции крепей включают в себя следующие основные элементы:

• несущие 1 (гидростойки),
• поддерживающие 2 (перекрытия, козырьки),
• опорные 4 (основания или развитые опоры гидростоек),
• защитные или оградительные 3.

В настоящее время выпускаются механизированные крепи:

• поддерживающего типа — М103, МК97М, 1М88, 1М88С, М87УМН, М87УМП, М87УМС, М87УМА, 1МТ;
• поддерживающе-оградительного типа — КД80, 1МКМ, МК75, М130, М142;
• оградительно-поддерживающего типа — 1ОКП70, 2ОКП70, ЗОКП70, 4ОКП70, УКП4 и УКП5.

Крепи различаются по углам падения: 0—35° — для пологих и наклонных пластов; более 35° — для круто наклонных и крутых пластов.

Определение типоразмера крепи поддерживающего типа

Типоразмер крепи поддерживающего типа может быть определен по формуле

где

• H_min — конструктивная высота секции в сдвинутом положении (по заднему ряду стоек), мм;
• H_{пл min} — минимальная вынимаемая мощность пласта в пределах выемочного поля, м;
• Кр — коэффициент, учитывающий характер опускания кровли, принимается 0,05 — для пластов с углами падения до 35° и 0,03 — для пластов с углами падения более 35°;
• I — расстояние по кровле от забоя до оси задней стойки секции крепи в исходном положении, м;
• h — запас хода на разгрузку крепи, равный 30 мм для пластов5 мощностью до 1 м и 50 мм — для пластов мощностью более 1 м.

По формуле (2.8) определяется также величина Нп для крепей поддерживающе-оградительного типа.

Все основные известные типы механизированных крепей по принципиальной конструктивной схеме можно разделить на три группы: рамные, кустовые и щитовые.

Рамные механизированные крепи

К рамным (рис. 2.20) относятся крепи, секции которых состоят из:

• перекрытия 2,
• обычно двух гидростоек i, расположенных в один ряд по продольной оси секции,
• основания 3,
• гидродомкрата передвижения 4.

Рамные крепи относятся по характеру взаимодействия перекрытия с кровлей к крепям поддерживающего типа.

Рамные крепи могут быть выполнены с нижней завязкой (рис. 2.20, а), когда домкрат передвижения секции 4 располагается в основании 3 секции (крепи 1М88, 1М88С, семейство крепей типов М87УМ, КГУ). И с верхней завязкой (рис. 2.20, б), когда домкрат или домкраты передвижения секции 4 располагаются в перекрытии 2 крепи (МК97М, М130).

Кустовые механизированные крепи

Секции таких крепей (рис. 2.21) состоят из:

• перекрытия 1,
• основания 2,
• четырех (рис. 2.21, а) или шести (рис. 2.21, б) гидростоек 3, расположенных в два ряда по ширине секции и одного или двух домкратов передвижения.

Кустовые шести стоечные секции, ранее широко распространенные в Великобритании, в последние годы заменяют четырехстоечными как более простыми и обладающими теми же эксплуатационными качествами.

Отечественными шести стоечными кустовыми секциями укомплектована крепь 2МКДМ («Донбасс-М»).

Кустовые механизированные крепи, разработанные в последние годы, имеют в каждой секции по четыре гидростойки (крепи МК103 и 1МТ).