Процессы крепления очистного забоя

При ведении очистных работ нарушается природное равновесие сил в массиве. Породы, потерявшие опору на угольный пласт, деформируются и разрушаются. Для предотвращения значительных деформаций и обрушений пород в рабочем пространстве применяют различные мероприятия по регулированию проявлений горного давления — крепление рабочего пространства очистного забоя и управление давлением пород кровли за его пределами.

Технические требования к крепи — обеспечение необходимых прочности, устойчивости и жесткости. Крепь должна обеспечить выполнение в призабойном пространстве всех производственных процессов и пропуск через него расчетного количества воздуха, иметь минимальную массу. Совершенство того или иного вида крепи оценивается по созданию условий для механизации ее установки и передвижки. Крепь должна быть экономически целесообразной, надежной и долговечной.

По принципиальной схеме конструкции крепи разделяются на индивидуальные и механизированные.

Индивидуальные крепи состоят обычно из несущих и поддерживающих элементов (стоек и верхняков), устанавливаемых совместно и разбираемых полностью или частично при передвижке и переноске. В зависимости от выполняемых функций индивидуальные крепи разделяются на призабойные и посадочные, по материалу — на деревянные и металлические.

Призабойной называют крепь, возводимую в призабойном пространстве очистной выработки и предназначенную для предотвращения обрушения в нем пород кровли.

Посадочной называют специальную крепь, применяемую для обеспечения периодического обрушения (посадки) пород кровли за пределами призабойного пространства по мере подвигания лавы.

Индивидуальные крепи мобильны, универсальны, применяются почти во всех горно-геологических условиях, однако все операции по ее установке, извлечению и переносу производятся вручную.

Металлические крепи, операции передвижки и установки которых полностью (или почти полностью) механизированы, называют механизированными.

Механизированные крепи разделяются на: секционные, состоящие из отдельных секций, не имеющих постоянных силовых и кинематических связей между собой и с другим оборудованием очистного забоя. Примером секционной крепи могут служить бессточные щитовые ограждения, предназначенные для отработки пластов по падению щитовыми системами разработки;

комплектные крепи, состоящие из отдельных комплектов секций. Комплекты состоят из двух или более секций, подвижно связанных между собой, но они не имеют постоянных силовых и кинематических связей с другими комплектами и с другим оборудованием очистного забоя. Передвижение комплектов производится гидродомкратами посекционно с опорой на секцию, находящуюся под распором;

агрегатные крепи, состоящие из отдельных секций, имеющих постоянную силовую и кинематическую связь с оборудованием лавы (иногда и между собой). Обычно базой является став конвейера. Секции передвигаются с помощью гидродомкратов, подтягиваясь к базе, а сама база передвигается с опорой на распертые секции.

Наибольшее распространение получили агрегатные крепи как наиболее совершенные и обеспечивающие возможность автоматизации процесса крепления.

Механизированная крепь выполняет три основные функции: управление горным давлением, активное поддержание кровли в рабочем призабойном пространстве очистного забоя и ограждение его от проникновения обрушенных пород кровли. Кроме того, механизированная крепь в большинстве случаев выполняет также функции пространственного перемещения забойного конвейера, комплекса или агрегата в целом и его управления по гипсометрии и в плоскости пласта.

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

Для приведения в действие механизированной крепи используется гидропривод, основными исполнительными органами которого являются силовые гидроцилиндры: гидростойки, гидродомкраты для передвижения крепи и конвейера, вспомогательные гидроцилиндры. Силовые гидроцилиндры смонтированы в секциях крепи.

Секция механизированной крепи (рис. 3) —это элемент крепи, сохраняющий свою целостность при передвижении и состоящий обычно из основания, гидравлических стоек (до шести), связанных перекрытием у кровли пласта, гидродомкратов передвижения (одного или двух),

Рис. 3. Линейная секция механизированной крепи М87УМ: 1 — комбайн; 2 — лемех; 3 — конвейер; 4 — кабелеукладчик; 5 — гидродомкрат; 6 — основание; 7,8 — гидравлические стойки; 9 — ограждение; 10 — перекрытие

блока управления потоком рабочей жидкости и гидрокоммуникаций. Секция имеет оградительный элемент, защищающий рабочее пространство от проникновения в него обрушенной породы.

Различают линейные секции, расположенные по длине забоя, и концевые секции (по концам лавы).

Операции, выполняемые линейными секциями: разгрузка (снятие распора) гидростоек, передвижение секции, распор гидростоек, передвижение забойного конвейера, поддержание пород кровли. В некоторых крепях предусматривается также выполнение вспомогательных операций: отодвигание конвейера от забоя, выравнивание положения секций, поддержание специальными щитами или плитами поверхности забоя в условиях мощных пластов. Эти операции выполняются вспомогательными гидродомкратами.

Основным опорным элементом механизированной крепи, воспринимающим горное давление и передающим его на почву пласта, является гидростойка. Гидростойки используются для подъема верхнего перекрытия (распор стойки) и его опускания (разгрузка стойки), а также для регулирования высоты секции по вынимаемой мощности пласта.

Принцип работы гидростоек следующий. В поршневую полость стойки подается рабочая жидкость. При этом выдвижная часть стойки, перемещаясь вверх, упирается в кровлю через перекрытие. При достижении равенства давления жидкости в поршневой полости и рабочего давления насосной станции подача жидкости в поршневую полость прекращается.

Давление начального распора в отечественных крепях обычно не превышает 20 МПа. Дальнейшее возрастание давления в стойке происходит в результате опускания пород кровли до величины, на которую настроен предохранительный клапан (30 — 50 МПа). При срабатывании предохранительного клапана рабочая жидкость из замкнутой гидросистемы стойки вытесняется в сливную магистраль крепи. Стойка в этот период работает в заданном режиме постоянного сопротивления.

Для передвижки секции производят разгрузку -ее стоек соединением поршневых полостей стоек со сливной магистралью через управляемый обратно-разгрузочный клапан. Одновременно производится подача жидкости в штоковую полость.

По конструктивному выполнению различают одностоечные, двухстоечные (рамные) и кустовые (с числом стоек от трех до шести) секции крепи.

Все механизированные крепи (рис. 3.4) по основным функциональным критериям и их взаимодействию с боковыми породами разделяются на оградительные, поддерживающие и оградительно-поддерживающие (при преобладании в конструкции последних поддерживающей части их называют поддерживающе-оградительными). В последнее время крепи с развитой оградительной частью иногда называют щитовыми.

Оградительные крепи выполняют только одну функцию — ограждение рабочего пространства лавы от проникновения в него обрушенных пород кровли. Эти крепи не имеют поддерживающих элементов. Оградительные крепи конструктивно просты, наименее металлоемки, но имеют весьма ограниченное применение, так как не предотвращают обрушения кровли по .линии забоя лавы. Примером такой крепи является крепь КТУ, работавшая до недавнего времени в 12—15 лавах Кузнецкого бассейна при отработке мощных пластов. Секция крепи состоит из основания, гидродомкрата для передвижения крепи и конвейера, двух стоек и ограждающего щитового перекрытия.

Поддерживающие крепи выполняют две основные функции: управление горным давлением способом полного обрушения и поддержание кровли в рабочем пространстве лавы. Секции крепей состоят из основания или других опорных элементов, двух-шести гидростоек, одного-двух гидродомкратов передвижения, верхнего перекрытия и оградительного элемента в виде вертикального щитка. Поддерживающие крепи получили широкое распространение на пластах мощностью до 1,9 м.

Оградительно-поддерживающие крепи 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 (проекция оградительных элементов на плоскость почвы пласта больше проекции поддерживающих элементов). Крепи такого типа получили широкое распространение при разработке пологих пластов мощностью 1,8—4,5 м с легкообрушающимися породами кровли.

Секция состоит из основания, четырехзвенника, щитового перекрытия (оградительный элемент), козырька (поддерживающий элемент), одной-двух наклонных гидростоек и гидродомкрата передвижения.

Небольшая ширина поддерживаемых пород в призабойном пространстве обеспечивает снижение нагрузки на крепь и улучшение ее устойчивости. В то же время крепи имеют сравнительно малое рабочее пространство, что затрудняет размещение оборудования, перемещение людей и проветривание лавы.

Поддерживающе-оградительные крепи выполняют также все три функции, но у них поддерживающие элементы преобладают над оградительными. Крепи этого типа применяются при разработке пологих пластов мощностью 1,4— 3,2 м как с легко обрушающимися, так и с устойчивыми породами кровли.

Секция рассматриваемой крепи содержит те же элементы, что и секция оградительно-поддерживающей крепи.

Основное преимущество поддерживающе-оградительной крепи — большее рабочее пространство, позволяющее создать большие удобства для размещения оборудования и свободного прохода людей.

Размещено на Allbest.ru