Механизированные крепи: классификация и назначение

Механизированные крепи широко используются при подземной разработке полезных ископаемых в горнодобывающей промышленности. Они предназначены для поддержания выработок в безопасном состоянии и позволяют механизировать процессы крепления, управления кровлей и перемещения горно-шахтного оборудования.

Классификация механизированных крепей

Существует несколько подходов к классификации механизированных крепей:

По характеру взаимодействия с породами

• Поддерживающие - поддерживают кровлю в рабочем пространстве
• Оградительные - ограждают рабочее пространство от обрушенных пород
• Оградительно-поддерживающие
• Поддерживающе-оградительные

По конструктивной схеме секций

• Секционные
• Комплектные
• Агрегатированные

Наиболее распространены агрегатированные крепи, у которых секции имеют кинематическую связь с конвейером или другим элементом комплекса.

Назначение и особенности механизированных крепей

Механизированные крепи предназначены для использования в длинных очистных забоях на угольных шахтах и рудниках. Они позволяют:

• Поддерживать выработки в безопасном состоянии, предотвращая обрушения
• Механизировать процессы крепления и управления кровлей
• Обеспечивать перемещение горно-шахтного оборудования

Современные механизированные крепи, как правило, оснащены гидравлическим приводом, что повышает их функциональность.

Параметры и характеристики

Основные параметры механизированных крепей:

• Рабочее сопротивление на единицу площади или длины забоя
• Коэффициент затяжки кровли
• Давление на почву
• Коэффициент раздвижности стоек

Область применения

Механизированные крепи используются при подземной разработке угольных пластов пологого и наклонного залегания, в том числе при большой глубине.

Выбор типа крепи зависит от:

• Мощности разрабатываемого пласта
• Категории пород по прочности и устойчивости
• Угла падения пласта

Устройство и принцип действия

Механизированная крепь состоит из отдельных гидравлических секций, соединенных между собой и с конвейером. Конструкция секций может различаться.

Основные элементы секции:

• Перекрытие (козырек) для поддержания кровли
• Опорные гидравлические стойки (2-6 шт)
• Основание
• Гидродомкраты для перемещения секции

Гидравлический привод позволяет автоматизировать работу механизированной крепи и осуществлять дистанционное управление из штрека.

Под воздействием горного давления происходит постепенное обрушение пород кровли, которые улавливаются перекрытием секции. Опорные стойки, раздвигаясь, поддерживают на себе вес пород. Таким образом обеспечивается устойчивость выработки.

Перемещение всей крепи вместе с забойным оборудованием происходит с помощью гидродомкратов. Управление осуществляется автоматически или дистанционно.

Требования к механизированным крепям

К современным механизированным крепям предъявляется ряд требований:

• Высокая надежность и безопасность
• Универсальность применения в различных горно-геологических условиях
• Возможность автоматического или дистанционного управления
• Низкая металлоемкость, стоимость и энергопотребление

Перспективные разработки направлены на создание полностью автоматизированных механизированных комплексов для добычи полезных ископаемых.

Механизированные крепи ведущих производителей

Среди крупнейших производителей механизированных крепей для горной промышленности можно выделить такие компании, как:

• Caterpillar (США)
• Eickhoff (Германия)
• Famur (Польша)
• ДЭМ (Россия)

Эти компании поставляют широкий ассортимент крепей для различных сфер применения. К примеру, механизированные крепи Cat используются при добыче полезных ископаемых на больших глубинах в сложных горно-геологических условиях.

Создание надежных и универсальных механизированных крепей требует значительных инвестиций в научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы (НИОКР).

Конструктивные особенности секций механизированных крепей

Конструкция секций механизированных крепей может существенно различаться в зависимости от их назначения и условий эксплуатации.

Особенности поддерживающих крепей

У поддерживающих крепей основным элементом является перекрытие в виде козырька, которое может иметь одно или несколько подвижных звеньев. Это позволяет лучше прилегать к неровностям кровли.

Оградительно-поддерживающие крепи

У таких крепей перекрытие совмещает функции поддержки кровли и ограждения пространства от обрушения. Как правило, они имеют 2-3 опорные стойки для усиления поддерживающей функции.

Крепи для наклонных пластов

Для наклонных и крутопадающих пластов применяют специальные конструкции механизированных крепей (МКД, КМ, АНЩ и др.). Их отличие состоит в наклонном исполнении отдельных узлов и более надежном креплении стоек и перекрытия.

Силовые установки и гидроприводы механизированных крепей

Для приведения в действие механизированных крепей используются различные силовые установки и гидроприводы.

Типы приводов

• Электрический
• Пневматический
• Гидравлический

Наиболее распространены гидравлические приводы, рабочей жидкостью в которых служит масло. Они отличаются высоким КПД, надежностью и возможностью автоматического управления.

Рабочие жидкости

В качестве рабочих жидкостей в гидроприводах применяют различные масла. Наиболее распространены минеральные и синтетические масла на углеводородной основе.

Автоматизация и дистанционное управление механизированными крепями

Современные механизированные крепи могут иметь средства для автоматизации и дистанционного управления работой.

Уровни автоматизации

1. Ручное управление с локального пульта
2. Автоматическое поддержание заданного давления или положения стоек
3. Комплексная автоматизация силовых систем и механизмов

Наиболее совершенные системы позволяют контролировать многочисленные параметры, автоматически реагировать на опасные ситуации.

Перспективы дальнейшего развития

Дальнейшее совершенствование механизированных крепей связано с расширением автоматизации, повышением надежности и снижением металлоемкости, энергопотребления. Это позволит сделать их более эффективным и экономичным решением для горной промышленности.

Требования безопасности при эксплуатации механизированных крепей

При эксплуатации механизированных крепей необходимо соблюдать требования техники безопасности и охраны труда.

Основные опасные факторы

• Внезапные обрушения горных пород
• Движущиеся части механизмов
• Высокое давление в гидросистеме
• Поражение электрическим током

Требования к персоналу

К работе с механизированными крепями допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие медосмотр, инструктаж по охране труда, обучение безопасным методам работ.

Системы безопасности крепей

Современные крепи оснащаются различными системами безопасности:

• Датчики контроля положения стоек
• Ограничители хода механизмов
• Предохранительные и обратные клапаны в гидроприводе
• Блокировки опасных режимов

Техническое обслуживание и ремонт механизированных крепей

Для поддержания работоспособности крепей проводится регламентное техническое обслуживание и ремонт.

Виды технического обслуживания

1. Ежесменное ТО - осмотр, проверка работоспособности
2. Периодическое - подтяжка креплений, смазка, регулировка
3. Капитальный ремонт - разборка, замена изношенных деталей

Дефекты и неисправности

Типовые дефекты механизированных крепей:

• Износ поршней и уплотнений гидроцилиндров
• Ослабление резьбовых соединений
• Повреждение электропроводки

Своевременное устранение неисправностей важно для обеспечения безопасности и надежности работы крепей.

Правила безопасной эксплуатации механизированных крепей

Для предотвращения аварий и травм при работе механизированных крепей должны выполняться следующие правила:

1. Ежедневный осмотр оборудования перед началом работы
2. Контроль показаний датчиков и приборов во время работы
3. Соблюдение регламентов техобслуживания и ремонта
4. Немедленное отключение неисправного оборудования

Эти меры позволяют свести к минимуму возможность возникновения аварий и несчастных случаев при эксплуатации механизированных крепей в шахтах.