Решаемая проблема. На рынке энергетического сырья отмечается активная конкуренция, заставляющая горнодобывающие компании стремиться к снижению производственных затрат. Одним из способов достижения этой цели является повышение интенсивности процесса добычи повышением мощности и производительности машин и оборудования очистных механизированных забоев.

Неустойчивость процессов добычи угля в комплексно-механизированных очистных забоях и отклонение режима от рациональных объясняется объективными причинами: сложными горно-геологическими условиями, в которых эксплуатируются комплексы, техническим состоянием машин, оборудования и систем очистных комплексов и многими другими причинами, которые относятся к традиционно рассматриваемым и учитываемым в практике горного производства. Такие выводы локализуют направленность принимаемых позитивных стратегий развития процессов в комплексно-механизированных очистных забоях, развития очистных механизированных комплексов и их структурных элементов и систем.

Детали исследования. Импульсный силовой характер взаимодействия гидростоек секции механизированной крепи с кровлей при управлении горным давлением срабатыванием предохранительных клапанов обусловливает высокую вероятность разрушения пород непосредственной кровли и приводит к интенсификации процесса трещинообразования, высыпанию пород непосредственной кровли в межсекционное пространство, а также к динамическим воздействиям на элементы гидросистемы и к ускорению расходования их ресурса.

Уменьшение негативного влияния «топтания кровли» на её состояние и на устойчивость процесса добычи угля в комплексно-механизированном очистном забое угольных шахт может быть достигнуто:

− переходом к принципу «безимпульсного регулирования»;

− уменьшением диапазона изменчивости циклических силовых воздействий секций механизированной крепи на породы непосредственной кровли совершенствованием их контактной и силовой адаптивности к условиям эксплуатации.

Для выполнения изложенных выше требований предложено безимпульсное регулирование сопротивления гидравлических стоек опусканию пород кровли может быть обеспечено блоком безимпульсного регулирования (рис.2). Основным элементом блока является мультипликатор давления 1, который представляет собой сдвоенный гидроцилиндр с блоком поршней. Отношение диаметров поршней сдвоенного гидроцилиндра принимается равным отношению номинального давления рабочей жидкости в поршневой полости 7 первой ступени стойки 6 секции к давлению жидкости в напорной магистрали гидросистемы 9. При этом полость меньшего диаметра 3 мультипликатора 1 соединена с поршневой полостью 7 гидростойки 6, а полость большого диаметра 2 мультипликатора соединена через дроссели 11, 16 и подпорный клапан 15 с напорной магистралью 9 гидросистемы комплекса. Подпорный клапан 15 совместно с пневмогидроаккумуляторным блоком 19 обеспечивает независимость режима работы блока регулирования от изменений давлений в напорной магистрали 9 гидросистемы крепи. Обратный клапан 17 предназначен для перепуска рабочей жидкости из напорной магистрали 9 при передвижке секции крепи в большую полость мультипликатора 1 и тем самым обеспечивается возврат блока поршней мультипликатора в исходное положение.

Разработана структура кинематически и контактно адаптивной секция крепи с телескопическими основанием и перекрытием (рис.3) конструктивно выполнена в виде двух ступеней посадочной и забойной с возможностью их независимой и согласованной телескопической раздвижности по основаниям и перекрытиям.

Предложенный способ передвижки секции механизированной крепи характеризуется:

‒ неподвижным силовым контактом распорных элементов (специальной направляющей и опорной балок) с кровлей и почвой очистной выработки;

‒ усилие распора опорных элементов может достигать усилия начального распора;

‒ в зависимости от состояния кровли предусматриваются режимы передвижки с разрывом контакта перекрытия секции с кровлей и передвижки с подпором;

‒ для снижения усилий (при передвижке) секция опирается на её неподвижные элементы (балки) через скользящие подшипниковые опоры;

‒ при передвижке секции передняя часть её основания приподнимается с опорой на направляющую балку, а передняя часть перекрытия опускается с опоры на опорную балку.

Заключение. Таким образом, секция механизированной крепи, предложенной структуры, схемные и конструктивные её технические решения обеспечивают:

– передвижку с опорой на распорные элементы (направляющую по почве и распорную по кровле балки), которые могут при необходимости сохранять усилие распора не ниже начального;

– сохранение неподвижными контактов распорных элементов с кровлей и почвой при передвижке секции снижает статическое и динамическое «топтание пород» кровли и почвы и вероятность их разрушения;

– безимпульсное управление горным давлением;

– отвод энергии горного давления в гидросистему очистного механизированного комплекса в процессе конвергенции боковых пород в комплексно-механизированном очистном забое в количестве прямо пропорциональном объему рабочей жидкости, вытесняемой из гидростоек за цикл работы комплекса и уровню регулируемого давления в гидростойке секции механизированной крепи;

– независимость значений параметров режима работы блока безимпульсного регулирования сопротивления в каждой секции механизированной крепи от изменений давлений рабочей жидкости в напорной магистрали гидросистемы комплекса по всей длине лавы.

Предложенные технические решения направлены на повышение адаптивности секции крепи к изменяющимся горно-геологическим и технологическим условиям в комплексно-механизированных очистных забоях, на повышение устойчивости процесса, последовательно выполняемых операции цикла и последовательности этих циклов.

Разработка и создание адаптивных секций механизированной крепи к изменяемому по мере отработки выемочных столбов горному давлению открывает возможность создания адаптивных энергосберегающих очистных механизированных комплексов и перехода от стратегии силового противодействия горному давлению к стратегии эффективного использования энергии горного давления в технологическом процессе добычи угля в комплексно-механизированном очистном забое шахты.