Средства механизации возведения крепи

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Средства механизации возведения крепи

14.12.2019

По данным ИГД им. А.А. Скочинского затраты труда на возведение крепи в общем проходческом цикле составляют 30-40%. В связи с этим повышение скорости проведения выработок и производительности труда проходчиков может быть достигнуто путем создания и внедрения средств механизации возведения крепи (крепеустановщиков, крепедоставщиков, временных крепей), использование которых позволит ускорить процесс крепления, или совместить во времени выполнение операций проходческого цикла по разрушению забоя и погрузке горной массы с операциями но возведению крепи. Анализ используемых и принятых в настоящее время к реализации средств механизации крепления показывает, что они обеспечат крепление выработок по следующим технологическим схемам:

- схема I - выработки крепят постоянной крепью непосредственно у забоя;

- схема II - выработки крепят постоянной крепью с отставанием от забоя, а пространство между забоем и постоянной крепью закрепляют с помощью передвижной механизированной крепи;

- схема III - выработки крепят постоянной крепью с отставанием от забоя, а пространство между забоем и постоянной крепью закрепляют с помощью переносной временной крепи.

При комбайновом способе проведения в качестве средств механизации крепления в основном используют смонтированные на комбайне устройства для подъема верхняков крепи, в меньшей мере - крепедоставщики и крепеустановщики. В настоящее время подъемными устройствами оснащают практически все зарубежные проходческие комбайны. Из отечественных комбайнов устройством для подъема верхняков крепи оборудован комбайн 1ГПКС, такими устройствами будут оснащаться также комбайны КП-25, П-160. Крепедоставщики в сочетании с устройством для подъема верхняков обеспечивают механизированную доставку элементов крепи и возведение верхняка крепи. Недостатком такого сочетания является необходимость выполнения операции по перемещению верхняка крепи с крепедоставщика на подъемное устройство.

С целью исключения указанного недостатка в ряде угледобывающих стран ведут работы по созданию крепеустановщиков, в которых совмещены функции доставки и возведения элементов крепи.

В настоящее время в России и за рубежом разработано множество различных вариантов крепеустановщиков. В России разработаны крепеустановщики КПУ-1у, КМП-8, КПУ-2.

Крепеустановщик ЮТУ-1у включает в себя самоходную тележку с поворотной платформой и стрелу. Для устойчивого положения стрелы крепеустановщик снабжен аутригерами, которые, опираясь на верхняк, воспринимают опрокидывающий момент. Шахтные испытания крепеустановщика КПУ-1у выявили ряд конструктивных недостатков, основными из которых являются: невозможность его использования в выработках площадью сечения менее 15 м2, малая грузоподъёмность и недостаточный угол поворота стрелы.

Крепеустановщик КМП-8 отличается от крепеустановщика КПУ-1у наличием поднимаемого параллельно почве стола реечного механизма передвижения и тормозного устройства. Реечный механизм и тормозное устройство позволяют применять его в выработках с углом наклона до 20°. С помощью крепеустановщика осуществляют доставку элементов крепи в призабойную зону, возведение верхняков крепи.

В отличие от описанных выше конструкций крепеустановщик КГТУ-2 имеет два захвата, которые могут самостоятельно перемещаться вверх-вниз и вперед-назад, что способствует более точной установке верхняка крепи. С помощью крепеустановщика КПУ-2 можно доставлять в забой как одиночный комплект крепи, так и комплект из двух верхняков с затяжками. Кроме операций по возведению крепи крепеустановщик предназначен для выполнения погрузочно-разгрузочных работ. Для этих целей каждый из захватов крепеустановщика оборудован подвижными губками по форме, близкими к форме профиля крепи. Конструктивное исполнение крепеустановщика позволяет осуществлять захват верхняка крепи, прислоненного к боковой стенке выработки. Такая возможность обеспечивается благодаря повороту головки стрелы на 90°.

Однако, несмотря на ряд достоинств, указанные конструкции не были рекомендованы к серийному производству вследствие невозможности их использования в выработках площадью сечения менее 15 м2. получивших преимущественное распространение на угольных шахтах России, низкой эффективности из-за необходимости наращивания монорельса и малой степени механизации процессов крепления.

К последним отечественным разработкам, направленным на реализацию технологической схемы I, следует отнести систему крепления в комплексе ПК-A, создаваемом ЦНИИподземмашем совместно с организациями горного профиля стран-членов СЭВ. Комплекс состоит из проходческого комбайна со стреловидным исполнительным органом 1, перегружателя 5, скребкового конвейера 4, манипулятора (крепеустановщика) 2, системы пылеулавливания 3 (рис. 2.4). Комплекс ПК-A механизирует доставку и возведение металлической арочной крепи, что позволит снизить общую трудоемкость проходческих работ.

Используемый в комплексе крепеустановщик обеспечит механизированную доставку элементов крепи в призабойную зону, возведение верхняка крепи. К недостаткам комплекса ПК-A следует отнести необходимость подвешивания крепеустановщика и пылеулавливающей установки на монорельсовых дорогах, которые периодически необходимо сокращать и наращивать. Практика же работы с крепеустановщиками показала, что в выработках малой площади сечения продолжительность и трудоемкость переноски секций монорельса близка к продолжительности и трудоемкости установки верхняка крепи. В связи с этим создаваемый комплекс ПК-A не обеспечит существенного увеличения скорости проведения подготовительных выработок небольшой площади сечения. Его применение будет оправдано при проведении выработок площадью сечения более 15 м2 в проходке, т. е. в тех условиях, когда затраты труда на доставку в призабойную зону и возведение крепи существенно превышают трудоемкость наращивания монорельса.

В настоящее время разработан ряд технических решений, направленных на снижение трудоемкости наращивания монорельса. В них предлагается отсоединенную от крепей концевую секцию монорельса закреплять на уложенных на подъемный стол крепеустановщика верхняках устанавливаемых рам крепи, доставлять вместе с элементами крепи к забою и поднимать на подъемном столе в проектное положение. Однако такое решение практически не позволит снизить трудоемкость перемонтажа монорельсовой дороги, поскольку остаются немеханизированными такие трудоемкие операции, как отсоединение концевой секции, доставка ее к крепеустановщику, укладка на подъемный стол, закрепление на верхняках рам крени.

Наибольший эффект е точки зрения снижения трудоемкости работ дают технические решения, в которых монорельсовую дорогу подвесных крепеустановщиков предлагается передвигать вслед за забоем выработки по закрепленным на рамах крепи роликовым подвескам без разборки на отдельные секции. Для этого находящиеся позади дороги роликовые подвески отсоединяют от рам крепи, переносят к забою и навешивают на вновь установленные рамы. Затем монорельсовую дорогу освобождают от удерживающего устройства и при помощи домкратов передвижки или проходческого комбайна перекатывают на эти роликовые подвески.

Для повышения эффективности подвесных крепеустановщиков разработан ряд технических решений, в которых функции -крепеустановщиков существенно расширены. В одном из технических решений конструкции крепеустановщика предусматривает механизированную доставку к месту монтажа и установку в проектное положение одновременно верхняков и стоек рам крепи вместе с уложенными на них металлическими решетчатыми межрамными ограждениями. Крепеустановщик состоит из рамы 2 с закрепленным на ней механизмом подъема 3 для подъема и опускания подъемного стола 4 и механизма передвижения 1 для перемещения крепеустановщка по рельсовому пути (рис. 2.5). На подъемном столе крепеустановщика шарнирно с помощью кронштейна 16 закреплены откидные опоры 12 верхняков 15 рамной крепи, которые фиксируются вкладышем 17 и одновременно являются неподвижными опорами стоек 9 крепи, а также направляющие 6, выполненные в виде двухплечих рычагов, на коротких плечах которых закреплены фиксаторы 18 стоек 9, а на длинных - ролики 7. Поворот направляющих 6 осуществляется гидроцилиндрами 10. Вдоль подъемного стола 4 при помощи цепной передачи 5, приводимой в движение гидромотором 11, перемещается каретка 14 с гидроцилиндром 13 распора крепи. На месте установки крепи, на почве, с боков выработки предусматриваются ловители 8 стоек 9 крепи. Использование крепеустановщиков с расширенными функциональными возможностями позволит повысить коэффициент механизации крепления, снизив тем самым трудоемкость и продолжительность крепления горных выработок рамными крепями. Кроме того, возможность создания при помощи домкратов крепеустановщика предварительного распора крепи в контур выработки позволит включить крепь в работу сразу после ее установки и тем самым уменьшить конвергенцию выработок, а следовательно, и затраты на их содержание.

Средства механизации возведения крепи

В каменноугольной промышленности ФРГ около 40% всех проводимых выработок оснащены различными средствами механизации. Это отчасти можно объяснить большой площадью сечения выработок, среднее значение которой в 1,5-2 раза выше, чем на советских шахтах. Увеличение площадей сечений проводимых выработок, утяжеление профиля крепи, рост высоты выработок, с одной стороны обусловливают острую необходимость использования средств механизации крепления, с другой - создают благоприятные условия доя их размещения в выработках.

За рубежом в комбайновых забоях применяют в основном средства механизации, обеспечивающие крепление выработок по технологической схеме I. Для этого используют смонтированные на стреле комбайна устройства для подъема верхняка крепи, крепе доставщики и крепе-установщики. Применяемые за рубежом крепеустановщики фирм «Дайльман-Ханиэль Гмбх», «Демаг АГ», «Дайльман-Ханиэль», «Бекорит», «Тиссен-Бергба у техника» по своим функциональным возможностям близки к крепеустановщикам, создаваемым в России, однако имеют более высокую грузоподъемность. Крепеустановщики, как правило, перемещают по двум рельсовым путям. Это обеспечивает возможность поворота стрелы в обе стороны от оси выработки и расширяет функциональные возможности крепеустановщика. Вместе с тем применение двух рельсовых путей затрудняет процесс проведения выработок на закруглениях, поскольку приходится применять специальные звенья пути, что усложняет обслуживание крепеустановщика.

При буровзрывном способе проведения выработок за рубежом применяют в основном передвижные рабочие полки. По своему конструктивному исполнению используемые в ФРГ передвижные рабочие полки подразделяют на простые передвижные; с устройством для крепления забоя и многоцелевого назначения.

Простые передвижные рабочие полки, как правило, перемещаются по двум подвесным монорельсовым дорогам с помощью специального привода. Для вертикального перемещения рабочих полков используют подъемные устройства, а в современных конструкциях - гидроцилиндры, которые обеспечивают более точное управление и большую свободную высоту над Полком.

Перемещаемые по рельсам рабочие полки осуществляют механизированную доставку элементов крепи в призабойной зоне. Для них характерны меньший объем ручных работ при возведении крепи; большая безопасность работ благодаря меньшей высоте падения угля и породы; разделение сечения выработки на две плоскости, что позволяет при больших площадях сечений осуществлять параллельные работы по бурению, погрузке породы и креплению забоя; сокращение продолжительности подготовительно-заключительных операций.

Самоперемещающиеся рабочие полки при минимальной площади сечения выработки 16 м2 можно применять в сочетании с погрузочными машинами и бурильными установками.

Рабочие полки с устройством для крепления отличаются от простых рабочих полков тем, что в конструкцию полка введен дополнительный подъемный стол для комплектов верхняков крепи, который может отдельно подниматься, перемещаться в продольном и поперечном направлениях, а также наклоняться. В процессе проведения подъемный стол опускается на почву в пройденной части выработки. Во время погрузки породы монтируют комплект верхняков с болтовыми соединениями и укладывают сетчатую затяжку с готовым комплектом верхняков и прочим крепежным материалом, рабочий полок перемещают к забою. В забое перекрытие из верхняков поджимают к кровле. По окончании погрузки породы под защитой рабочего полка устанавливают стойки крепи. Благодаря применению рабочих полков с устройством для возведения крепи в комплексе с другим высокопроизводительным проходческим оборудованием, производственный процесс при буровзрывном способе проведения коренным образом улучшается.

Наибольшая степень механизации при этом способе проведения выработок достигается с помощью полка многоцелевого назначения. Такой полок разработан в ФРГ фирмой KBI. На полке смонтированы подъемная площадка для комплекта верхняков с активной передовой крепью, регулируемая по высоте рабочая платформа, два гидравлических манипулятора, гидравлические предохранительные устройства для забоя и распорное устройство. Размещенное на полке оборудование предназначено для выполнения всех (кроме погрузки породы) операций проходческого цикла.

Использование полка многоцелевого назначения при проведении квершлага площадью сечения 20 м2 обеспечило в течение многих месяцев среднюю скорость проведения 8 м/сут с гидравлической закладкой пространства за крепью.

Основным недостатком способа крепления выработок, основанного на использовании перемещающихся по монорельсу крепеустановщиков, является невозможность совмещения во времени операций по возведению крепи и разрушению забоя, что в итого не позволяет существенно повысить темпы проведения подготовительных выработок.

Для совмещения операций по разрушению забоя и креплению в ряде стран ведутся работы по созданию временных передвижных механизированных крепей. В России такие крепи созданы в ЦНИИподземмаше (крепь КМК-3М), ВостНИИ (крепь ВПК-3), Мосбассгипрогормаше (крепь ПМК-1), Сибгипрогормаше (крепь КС), Гипроуглегормаше (крепь КВП-1) и др. За рубежом созданием временных передвижных крепей занимались такие ведущие фирмы, как «Зальцгиттер» (ФРГ), «Хемшайдт» (ФРГ), «Вестфалия Люнен».

В соответствии с конструктивным исполнением и способом передвижения по выработкам создаваемые временные передвижные механизированные крепи подразделяют на три типа;

- состоящие из отдельных, последовательно установленных секций, которые передвигаются по почве выработки, попеременно разгружаясь и отталкиваясь друг от друга при помощи продольных домкратов;

- состоящие из двух совмещенных секций, которые передвигаются при помощи продольных домкратов по почве выработки или по телескопическим балкам (верхнякам распертых рам крепи) с приподнятыми стойками (шагающие крепи), попеременно разгружаясь и отталкиваясь друг от друга;

- состоящие из двух и более последовательно установленных друг за другом крепей П-образного типа, которые попеременно отдельными секциями передвигаются по выработке.

Основным недостатком создаваемых до настоящего времени передвижных механизированных крепей, выявленным в процессе их испытаний, является попеременное нагружение и разгрузка пород кровли выработки (топтание кровли) прогонами перекрытия крепи, которые ослабляют кровлю, вызывая образование вывалов над крепью, что в спою очередь затрудняет процесс передвижки крепи. По этой причине создаваемые крепи не были рекомендованы к серийному производству.

В последние годы ведутся работы по созданию временных крепей, конструктивное исполнение которых позволяет исключить при их перемещении знакопеременные нагрузки на породы кровли выработки. К таким крепям следует отнести создаваемую в КНИУИ крепь «Комета», используемую в комплексе ШПК ВНИПИрудмаша.

Указанные крепи могут перемещаться в направлении проведения выработки с постоянным подпором пород кровли или без контакта с ними. В крепи «Комета» это достигается благодаря тому, что установленные на пневмоскатах отдельные П-образные секции перемещаются в направлении проходки, поочередно отталкиваясь друг от друга. Особенностью конструкции временной крепи, используемой в комплексе ШПК, является то, что она состоит из отдельных ножевых секций, которые поочередно выдвигаются в направлении проведения выработки. Аналогичный способ перемещения крепи использован во временной крепи фирмы «Вестфалия-Люнен». Вышеуказанные крепи могут найти применение при проведении выработок только в устойчивых породах.

В мировой практике известны попытки создать временные переносные крепи. К последним работам в этом направлении следует отнести разработку фирмы «Фест-Альпине», которой была создана гидрофицированная временная крепь WAVO. Крепь переносят с помощью транспортно-установочного устройства, выполненного в виде закрепленных на комбайне направляющих и подъемника. Эта система испытана на шахтах Югославии и, по мнению югославских специалистов, вполне работоспособна. Однако в процессе ее испытаний выявлено, что после разгрузки и удаления концевой секции временной крепи образуется незакрепленное пространство позади проходческого комбайна, процесс возведения постоянной крепи является небезопасным.

В ИГД им. А.А. Скочинского предложен способ возведения рамной крепи, включающий укладку верхняков этой крепи и затяжек на секции временной крепи, монтаж секций вместе с верхняками и затяжками у забоя выработки и установку стоек под верхняки позади проходческого комбайна перед разгрузкой концевой секции временной крепи. Такой способ обеспечивает возведение постоянной крепи под защитой временной крепи и без нарушения контакта верхняков рамной крепи с кровлей выработки, что позволяет повысить безопасность ведения работ при креплении горных выработок, а также устойчивость самих выработок.

В 1982-1984 гг. ИГД им. А.А. Скочинского совместно с соисполнителями была предпринята попытка создать на базе предложенного способа проходческий комплекс. Однако работы по созданию комплекса были прекращены уже на стадии стендовых испытаний, в процессе которых были выявлены недостатки, резко повышающие металлоемкость и стоимость комплекса:

- принятая схема комплекса предусматривала использование двух сложных механизмов (крепеустановщика и крепедоставщика) для переноса секций временной крепи, а также применение 35-40 комплектов временной крепи.

Кроме того, заложенные в конструкцию временной крепи технические решения не обеспечивали эффективную стыковку элементов монорельса, закрепленных на секциях временной крепи, что затрудняло процесс перемещения крепеустановщика и крепедоставщика.

Вместе с тем, следует отметить, что поиск технических решений, с помощью которых можно эффективно реализовать описанный выше способ возведения постоянной крепи, необходимо продолжить. Реализация этого способа крепления позволит создать такую технологию проведения подготовительных выработок для широкого диапазона горно-геологических условий, при которой операции по разрушению забоя и креплению могут быть совмещены во времени, что приведет к существенному увеличению скорости проведения подготовительных выработок.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: