При выемке полезного ископаемого обнаженные вмещающие породы теряют устойчивость и могут обрушаться. Для создания безопасных условий труда и эксплуатации горного оборудования выемка угля сопровождается креплением очистного забоя – процессом установки поддерживающих кровлю (а также почву) конструкций. Сами поддерживающие конструкции называют крепью очистного забоя.
К крепям очистных забоев предъявляются следующие основные требования. Они должны иметь необходимую прочность, т.е. выдерживать без разрушения заданные нагрузки, обладать устойчивостью, т.е. сохранять заданное положение в пространстве, обладать жесткостью, т.е. не допускать деформаций, превышающие установленные для данных условий. Кроме того, крепь должна позволять человеку эффективно работать в очистной выработке, быть безопасной, надежной, долговечной и экономичной.
Применяют следующие виды крепи очистного забоя: индивидуальную (призабойную и посадочную) и механизированную (секционную, комплектную и агрегатную). Секционную крепь по числу опорных стоек разделяют на одностоечную, рамную и кустовую. По материалу индивидуальные крепи бывают металлическими и деревянными, механизированные – только металлическими.
Так как в проекте предусматриваю применение механизированного комплекса МКД90, в состав которого входит механизированная крепь КД90, то лаву предлагаю крепить этой крепью. Технические характеристики данной крепи привожу в таблице №10.
Крепь КД90 состоит из секций оградительно-поддерживающего типа, электро- и гидрооборудования и штрекового оборудования. Секции крепи шарнирно соединены с навесным оборудованием конвейера, которое обеспечивает их установку перпендикулярно рештаку в конце хода передвижки. Каждая секция выполняет функцию забойной и посадочной и передвигается вслед за проходом комбайна.
Таблица 10 – Технические характеристики механизированной крепи МКД90
| 1МКД90 | 2МКД90 | 3МКД90 | 2МКД90Т | 3МКД90Т | |
| Вынимаемая мощность пласта, м | 0,8-1,25 | 1,1-1,5 | 1,35-2,0 | 1,1-1,5 | 1,35-2,0 |
| Шаг передвижки секций, м | 800 | 630 | 630 | 630 | 630 |
| Удельное сопротивление крепи, кНна 1м2 поддерживаемой кровли: | 430 | 500 | 550 | 800 | 800 |
| Коэффициент гидравлической раздвижности | 1,9 | 2,0 | 2,0 | 1,95 | 1,95 |
| Коэффициент начального распора | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,7 | 0,7 |
| Сопротивление, кНодной секциина 1 м длины лавы | 28001700 | 30002000 | 32002200 | 40003000 | 42003200 |
| Удельное сопротивление на конце передней консоли перекрытия, кН/м | 90 | 90 | 90 | 140 | 140 |
| Подпор при передвижке секции, кН/м2 | 10 | 10 | 10 | 15 | 15 |
| Максимальное рабочее давление в напорной магистрали, МПа | 32 | 32 | 32 | 32 | 32 |
| Шаг расстановки секции крепи, м | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 1,5 |
| Коэффициент затяжки кровли | 0,9 | 0,9 | 0,9 | 0,9 | 0,9 |
| Высота секции крепи, ммминимальнаямаксимальная | 5601160 | 7101420 | 10002000 | 7101420 | 10002000 |
| Габариты секций крепи, ммширина по оградительному перекрытиюдлина | 1,54,1 | 1,53,542 | 1,53,542 | 1,53,542 | 1,53,542 |
| Масса крепи на 1 м по длине лавы, кг | 7200 | 7190 | 7190 | 7190 | 7190 |
Основные особенности крепи КД90:
- высокий уровень унификации по типоразмерам (до 90%) основных элементов: оснований, консолей, перекрытий, механизмов передвижения и подъема носка основания, систем управления, что существенно упрощает производство и обслуживание крепей;
- надежность работы благодаря: опережающему прижатию консолей к кровле непосредственно стойками без дополнительных цилиндров; передвижению крепи с подъемом носка основания; наличию четырехзвенного механизма связи перекрытия с основанием, что обеспечивает разгрузку стоек от боковых нагрузок и постоянство размеров от конца консолей до забоя. Особой прочностью отличается перекрытие крепи благодаря отсутствию в нем коробчатых сечений и внутренних сварных швов;
- безопасность труда за счет применения гидравлически управляемых боковых щитов вдоль консолей, основного и оградительного перекрытий.
Системы управления крепью существенно улучшены за счет применения модульных гидрораспределителей, стоечных блоков, установленных непосредственно на стойках, и верхней гидроразведки.
Козырек секции опирается на выдвижную балку, встроенную в оградительное перекрытие.
Оградительное перекрытие с забойной стороны опирается на две гидростойки одинарной раздвижности, а со стороны выработанного пространства шарнирно соединено с кронштейном основания. При раздвижке перекрытие поворачивается относительно основания и его забойная часть, описывая дугу, удаляется от забоя. Для сохранения постоянного расстояния от забойной кромки козырька до забоя применен механизм компенсации, состоящий из двух рычагов, траверсы и выдвижной балки, который выталкивает из полости перекрытия или втягивает в нее выдвижную балку вместе с навешенным на нее козырьком. Этим обеспечивается практически постоянная величина зазора между кромкой козырька и забоем.
Для закрытия зазоров между соседними оградительными перекрытиями и выравнивания секции при ее боковом наклоне служит боковой борт на одной стороне каждой секции, управляемый гидравлическим домкратом, вмонтированным в корпус перекрытия.
Гидростойки секции могут быть установлены в двух положениях: ближе к конвейеру, при котором в исходном положении комплекса крепь подтянута к конвейеру, и ближе к завальной стороне, когда в исходном положении комплекса крепь располагается по оттянутой схеме. В последнем случае обеспечивается удобство управления комбайном из бесстоечного пространства, однако уменьшается сопротивление крепи по поддержанию кровли.
Передвижка крепи производится одним гидродомкратом, посредством которого передвигается и забойный конвейер.
Комплекс 1УКП производится серийно на Дружковском машиностроительном заводе имени 50-летия Советской Украины.
В качестве четырех первых и последних секций крепи предлагаю использовать концевые комплекты 2КК.
Концевые секции с обратными консолями предназначены для механизации процессов поддержания кровли, передвижки конвейера, создания безопасных условия для обслуживающего персонала, при отработке пологих пластов в составе механизированного комплекса.
В зависимости от мощности вынимаемых пластов применяются концевые секции второго или третьего типоразмеров. Концевые секции могут работать как в правом, так и в левом забоях с выполнением перемонтажа отдельных узлов в шахтных условиях.
Концевые секции однотипные, четырехстоечные и имеют шарнирную связь с призабойным конвейером, который осуществляет силовую связь между секциями крепи при их передвижке с опорой на соседние секции.
Крепление и поддержание кровли в рабочем пространстве после прохода комбайна обеспечивается забойными поджимными консолями, жестким перекрытием, опирающимся на четыре гидравлические стойки. Со стороны выработанного пространства секции оснащены обратными консолями. Для обеспечения работы крепи в условиях слабой почвы концевые секции оснащены механизмом для подъема основания при передвижке. Управление осуществляется с соседних загруженных концевых секций.
Наличие обратных консолей на концевых секциях позволяет создать безопасные условия для обслуживающего персонала и снизить расход лесоматериалов.
Техническую характеристику концевых комплектов 2КК привожу в таблице 11.
Таблица 11 – Техническая характеристика концевых комплектов 2КК
| Наименование параметра | 2 типоразмер | 3 типоразмер |
| Вынимаемая мощность пласта | 1,0-1,5 | 1,35-2,0 |
| Угол падения пласта при подвигании забоя, градус, не более:по простираниюпо падению или восстанию | 2510 | 2510 |
| Сопротивление концевой секции, кН | 3000 | 3000 |
| Удельное сопротивление на 1 м2поддерживаемой площади, кН/м2 | 380 | 380 |
| Рабочее давление, Мпа | 32,5 | 32,5 |
| Давление срабатывания предохранительного клапанагидростойки, Мпа | 39 | 39 |
| Шаг установки концевых секций, м | 1,5 | 1,5 |
| Шаг передвижки, м | 0,8 или 0,63 | 0,63 |
| Коэффициент затяжки кровли | 0,9 | 0,9 |
Типоразмер механизированной крепи устанавливаю на основании расчетов допустимой минимальной и максимальной высоты ее по заднему ряду стоек в метрах.
Нmin=тmin(1-a´lз)-q
Нmах=тmах(1-a´lп),
где тmin – минимальная мощность пласта в метрах,
тmin=m-Dm
тmах – максимальная мощность пласта в метрах,
тmах=m+Dm
Dm – колебания пласта по мощности в пределах выемочного участка в метрах; Dm=0,05 [таб. 5]
тmin=1,3-0,05=1,25
тmах=1,3+0,05=1,35
a – коэффициент сближения пород кровли и почвы, зависящий от класса пород по обрушению; a=0,04 [5, стр. 8]
lп – расстояние от передней стойки до плоскости забоя, м; lп=2,325 [1, стр. 249]
lз – расстояние от задней стойки до плоскости забоя, м; lп=3,615 [1, стр. 249]
q – запас раздвижки на разгрузку крепи от давления пород, м; q=0,05 [5, стр. 9]
Нmin=1,25(1-0,04´3,615)-0,05=1,019
Нmах=1,35(1-0,04´2,325)=1,224
На основании произведенных расчетов принимаю к эксплуатации второй типоразмер крепи 2МКД90, у которого минимальный и максимальный размеры по высоте соответственно равны 0,71 метра и 1,42 метра.