Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса. Цель и задачи исследования. 11
1.1 Общая оценка технологии выемки тонких антрацитовых пластов 11
1.2 Выводы, цель и задачи исследований 15
2. Исследование комплекса технологических операций и функций стругового оборудования в процессе добычи угля в очистном забое 17
2.1 Условия и результаты промышленных испытаний струговых механизированных комплексов нового технического уровня 17
2.2 Анализ результатов промышленных испытаний струговых механизированных комплексов нового технического уровня 21
Выводы 24
3. Исследование функций и параметров механизированных крепей при струговой технологии добычи угля 26
3.1 Оценка механизированных крепей современного технического уровня 26
3.2 Основные принципы выбора оптимального сопротивления механизированных крепей 34
3.3 Технологическое обоснование необходимого сопротивления консольной части секции крепи 39
3.3.1 Технологические требования к поддержанию призабойной полосы кровли в струговых очистных забоях 39
3.3.2 Исследование зависимости усилия на конце консоли перекрытия однорядной щитовой секции крепи от направления приложения усилия углового гидродомкрата 53
3.4 Исследование взаимодействия оснований однорядных и двухрядных секций механизированных крепей с породами почвы пласта 72
1 Общие положения 72
2 Определение контактных давлений, передаваемых на почву пласта основанием, состоящим из двух балок однорядной щитовой секции крепи 78
3 Определение контактных давлений, передаваемых на почву пласта основанием, состоящим из одной балки (плиты) двухрядной щитовой секции крепи 85
4 Алгоритмы расчета контактных давлений, передаваемых на почву пласта основаниями однорядных и двухрядных секций механизированных крепей, для составления компьютерных
программ 91
Выводы 106
Исследование причинно-следственных связей в структуре потерь времени, косвенно зависящих от процесса управления кровлей в очистном забое 109
Расчет нагрузки на очистной забой, оборудованный струговым механизированным комплексом 109
Исследование влияния потерь времени, зависящих от процесса управления кровлей, на нагрузку очистного забоя 115
Обоснование и выбор рациональных технологических схем расстановки и передвижки секций механизированной крепи в струговых очистных забоях 118
Выводы 125
Рекомендации по повышению эффективности работы механизированных крепей в сложных горно-геологических условиях и расчет годового экономического эффекта от увеличения нагрузки на очистной забой 126
6. Внедрение результатов работы 132
Заключение 134
Литература 137
- Условия и результаты промышленных испытаний струговых механизированных комплексов нового технического уровня
- Технологические требования к поддержанию призабойной полосы кровли в струговых очистных забоях
- Определение контактных давлений, передаваемых на почву пласта основанием, состоящим из одной балки (плиты) двухрядной щитовой секции крепи
- Обоснование и выбор рациональных технологических схем расстановки и передвижки секций механизированной крепи в струговых очистных забоях
Введение к работе
Актуальность работы. Антрацит является высококачественным бездымным энергетическим топливом, а также технологическим сырьем в различных отраслях промышленности. В Российской части Донбасса геологические запасы антрацита оцениваются в 5 млрд. т, что составляет около 90 % запасов этого топлива в России, и практически все они залегают в пластах мощностью от 0,85 до 1,3 м.
Отечественный и зарубежный опыт, в особенности в Германии, показывает, что наиболее эффективной при отработке тонких пластов в указанном диапазоне мощностей является струговая технология выемки. Наиболее существенным и значительным преимуществом струговой выемки является высокая сортность добываемого угля и возможность существенного снижения, а, как правило - и полного исключения присечек боковых пород, что ведёт к снижению зольности добываемого угля. Кроме того, она имеет значительные резервы в увеличении производительности очистного забоя за счет повышения коэффициента машинного времени.
В последние годы были разработаны и прошли шахтные испытания струговые комплексы нового технического уровня КМ137СХБ, МКД 90СО, МКД 90СН, «Дон-Фалия» и др. Однако производственные показатели их эксплуатации оказались на прежнем уровне, а зачастую были даже ниже ранее достигнутых при многократном удорожании нового оборудования в сравнении с ранее выпускавшимся. Главные причины низкой эффективности эксплуатации новых механизированных комплексов заключаются в больших потерях рабочего времени, связанных с изношенностью транспортного оборудования шахт, высокой его аварийностью, плохим состоянием горных выработок и низким уровнем технологической дисциплины на шахте в целом. Однако большие потери рабочего времени, приводящие к низкому коэффициенту машинного времени выемочных машин имеют место в самих очистных забоях из-за низкого уровня адаптивности нового оборудования к изменениям условий залегания пласта. В частности с появлением зон геологических нарушений и вдавливании (запахивании) оснований секций крепи в ослабленную почву эффективность работы струговых комплексов снижается.
Если породы кровли склонны к вывалам, то в струговых лавах эффективно поддерживать кровлю над вынимаемой полосой угля значительно труднее, чем в комбайновых лавах. Причина заключается в том, что принцип работы струговой установки обуславливает запаздывание крепления одновременно по всей длине очистного забоя.
По прогнозным данным ВНИМИ из возможных 328 забоев на пластах мощностью от 0,71 м и выше почти 30% имеют слабые почвы.
Анализ литературных источников, научно-исследовательских работ, а так же примеров практики применения механизированных комплексов в сложных горно-геологических условиях показал, что недостаточное внимание уделялось взаимодействию крепи как с кровлей, так и с почвой в экстремальных ситуациях, и не учитывались особенности разных технологий выемки, в частности струговой.
Поэтому повышение эффективности струговой технологии выемки антрацитовых пластов на основе совершенствования средств управления кровлей является актуальной научной задачей.
Цель работы. Обосновать пути и разработать средства и способы повышения эффективности технологии выемки антрацитов в очистных забоях, оборудованных механизированными комплексами современного технического уровня.
Идея работы. Снижение потерь времени, затрат труда и стабилизация режима эксплуатации оборудования в очистном забое на основе совершенствования щитовых механизированных крепей и обоснования рациональных технологических схем расстановки и передвижки секций.
Научные задачи. В соответствии с поставленной целью в диссертации решались следующие основные задачи: выявление основных причин низкой эффективности эксплуатации современной выемочной техники в очистных забоях и определение направлений их устранения; исследование комплекса технологических операций и функций стругового оборудования в процессе добычи угля в очистном забое; исследование функций и параметров механизированных крепей при струговой технологии добычи угля; разработка методов расчета, и составление математических моделей взаимодействия механизированных крепей с вмещающими породами; - разработка рекомендаций по совершенствованию конструкций и повышению эффективности работы механизированных крепей в сложных горно-геологических условиях.
Методы исследований. В работе использован комплексный метод исследований, включающий анализ технико-экономических показателей работы очистных забоев и результатов промышленных испытаний механизированных комплексов; натурное исследование функций механизированных крепей при струговой технологии выемки; аналитическое исследование системы крепь - кровля — почва методами теоретической механики и механики горных пород; математическое моделирование.
Защищаемые научные положения:
Существенные технологические потери времени (до 10 %) и повышение трудоемкости работ по управлению кровлей связаны с низкой адаптивностью механизированных крепей к изменениям свойств вмещающих пород в сторону снижения прочностных свойств кровли и почвы, особенно в зонах геологических нарушений.
В качестве критерия определения действующего усилия на конце управляемой консоли следует применять нагрузку от обрушенных пород кровли при сводообразной схеме нарушения.
Выбор конструктивных и силовых параметров консоли перекрытия однорядной щитовой секции крепи должен осуществляться с учетом направления приложения усилия углового гидродомкрата.
Оценка адаптивности щитовых механизированных крепей по фактору взаимодействия с почвой пласта должна осуществляться по критерию максимальных напряжений на передней кромке забойной части основания.
Научная новизна работы состоит в том, что: впервые установлен баланс технологических потерь рабочего времени при эксплуатации механизированных комплексов нового технического уровня в очистных забоях в современных реальных условиях работы шахт, указывающий на актуальность задачи дальнейшего их совершенствования; предложен критерий определения необходимого усилия на конце управляемой консоли перекрытия секции механизированной крепи по двум схемам нагружения: при блочной схеме разрушения нижних слоев кровли и при сводообразовании в слабых породах; - разработана методология расчета усилий на конце консоли и в точке приложения силы тяжести участка свежеобнаженной кровли, позволяющая находить оптимальные параметры расположения углового гидродомкрата; - установлено, что выбор типа крепи по критерию удельное давление на почву пласта следует производить не по среднему значению, как предусматривает ГОСТ 28597, а по контактному давлению на конце забойной части основания, это же нужно учитывать и при определении рабочего сопротивления секции крепи с учетом вдавливания ее в почву.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются: анализом фактических технико-экономических показателей работы очистных забоев с новой техникой и представительного объема хронометражных наблюдений; применением методов теоретической механики, механики горных пород и расчета балок и плит на упругом основании (метод Симвулиди И.А.); инженерно-техническими проработками и решениями, а также положительными результатами их реализации в опытном образце крепи для стругового комплекса.
Практическое значение работы заключается в разработке методик и алгоритмов расчетов усилий на консольной части однорядной щитовой секции крепи и контактных давлений, передаваемых на почву пласта основаниями однорядных и двухрядных щитовых секций, а также рекомендаций по повышению эффективности работы механизированных крепей в сложных горно-геологических условиях и выбору рациональных технологических схем расстановки и передвижки секций.
Реализация работы. Диссертационная работа выполнена в рамках научного направления ЮРГТУ (НПИ) «Интенсивные ресурсосберегающие методы и средства разработки угольных пластов, использование углей и охрана труда», утвержденного Ученым советом ЮРГТУ 25.04.2001 г. на период 2001-2005 г.г.
Основные положения и результаты диссертационной работы использованы ОАО «ШахтНИУИ» при разработке технических требований на комплекс очистной механизированный струговый МКС с участием автора.
По разработанным методикам определены оптимальные параметры секции крепи КС в части управляемой консоли перекрытия, расположения углового гидродомкрата и основания.
Головной образец секции крепи изготовлен ООО «Шахтинский завод горного оборудования». На прошедшей в г. Кемерово Международной выставке-ярмарке «Экспо-Уголь 2003» крепь механизированная струговая КС удостоена Диплома II степени.
Результаты исследований рекомендуются к использованию конструкторскими организациями и профильными заводами угольного
10 машиностроения при модернизации имеющихся и разработке новых механизированных крепей поддерживающе-оградительного типа.
Работа проводилась в Шахтинском институте Южно-Российского государственного технического университета - ШИ ЮРГТУ (НПИ) под руководством докт. техн. наук, профессора, засл. деят. науки РФ В.А. Матвеева и научного консультанта докт. техн. наук Б.Б. Луганцева.
Автор выражает глубокую благодарность и признательность коллективу кафедры «Разработка пластовых месторождений» ШИ ЮРГТУ (НПИ), а также сотрудникам ШахтНИУИ канд. техн. наук Ошерову Б.А., канд. техн. наук Файнбурду Л.И., канд. техн. наук Беликову В.В., ст. науч. сотруднику Аверкину А.Н. за оказанную поддержку и ценные указания методического и научного характера на различных этапах исследований.
1. Состояние вопроса. Цель и задачи исследования
Условия и результаты промышленных испытаний струговых механизированных комплексов нового технического уровня
Несмотря на существенное превышение суточной и месячной нагрузки на забой с комплексами нового технического уровня над средними показателями по шахтам Ростовской области это превышение незначительно выходило за пределы, которые обеспечивались эксплуатацией традиционных струговых комплексов.
В поисках путей повышения эффективности работы выемочных участков шахты необходимо, прежде всего, оценить возможности современного забойного оборудования и причины далеко не полного их использования.
Поэтому исследование комплекса технологических операций и выявление путей повышения эффективности новой техники производилось на материалах приёмочных испытаний механизированных комплексов нового технического уровня.
Наиболее представительными как по горно-геологическим и горнотехническим условиям эксплуатации, так и по достигнутым результатам, явились приёмочные испытания струговых комплексов 1МКД90СО со струговой установкой СО90У, проводившиеся на шахте «Майская» ОАО «Ростовуголь», и 1МКД90СН со струговой установкой СН96, проводившиеся на шахте ОАО «Обуховское».
Испытания комплекса 1МКД90СО на шахте «Майская» проводились в лаве №1017 с декабря 1995 г. по октябрь 1996 г. Лава длиной 192 м отрабатывала пласт іг1 мощностью 1,17 м с сопротивляемостью угля резанию 190 кН/м и со сложными горно-геологическими условиями. В центральной части выемочного столба была встречена зона утонений, раздувов и мелких внутрипластовых размывов угольного пласта. В пределах этой зоны мощность угольного пласта изменялась от 0,2-0,4 м до 1,7-1,8 м. При этом прохождение утонений производилось с применением БВР /10/. За период испытаний добыто 172 118 тонн угля, при этом среднесуточная нагрузка на лаву при работе без крупных горно-геологических нарушений пласта составляла 1342-1450 т/сутки при среднем коэффициенте машинного времени 0,15 и простоях на подземном транспорте 21,1% времени. Максимальная суточная нагрузка составила 2200 т/сутки /11,12,13/.
Испытания комплекса 1МКД90СН на шахте ОАО «Обуховское» проводились в лаве № 3008 с марта по декабрь 1996 года. Лава отрабатывала пласт кг мощностью 0,9-1,4 м с сопротивляемостью угля резанию 220-250 кН/м и с неблагоприятными горно-геологическими условиями. Особенно осложняли работу струга, и прохождение секций крепи повсеместно встречающиеся мелкоамплитудные взбросы угольного пласта мощностью 0,1 -0,2 м, образующие «пороги» в почве через 3-7 м по падению пласта. За период испытаний добыто 187 738 тонн угля, при этом среднесуточная нагрузка на лаву при работе без существенных горно-геологических нарушений пласта составила 1230- 1295 т/сутки при среднем коэффициенте машинного времени 0,1 и простоях на подземном транспорте 29,2% и по организационным причинам (отсутствие доставки людей) 20,6% времени. Максимальная суточная нагрузка составила 1950 т/сутки.
В этот же период на шахтах ОАО «Ростовуголь» проходили промышленные испытания струговые комплексы «Дон-Фалия» совместного с фирмой DBT (Германия) производства, а на шахте «Северная» ОАО «Воркутауголь» проводились испытания стругового комплекса КМ137СХБ в составе крепи Ml37 и струговой установки «Kompaktchobel» фирмы Halbach & Braun (Германия). Среднее значение величины стружки при работе струговой установки СН96 в лаве № 3008 шахты ОАО «Обуховское», с сопротивлением пласта резанию 220-250 кН/м, составило 7,2 см, а производительность очистной выемки - 7,2 м2 /мин.
Струговые установки, выпускавшиеся ранее, например, СН75, при такой высокой сопротивляемости пласта резанию, как в лаве № 3008, не могли работать с такими величинами стружки и не достигали производительности очистной выемки свыше 4,5-5,0 м2 /мин. Работа струговой установки со стружками большого сечения предопределила высокие показатели сортности угля (см. таб.2.3).
Из табл. 2.3 видно, что выход угля класса +25 мм составляет 45,5 %, а выход мелких классов 0-6 мм - всего - 26,5 %. Такие результаты по сортности угля достигнуты только при применении струговой технологии.
В лаве № 1017 шахты «Майская» выход класса 0-6 мм был значительно выше (42,2 %) из-за низкой механической прочности антрацита пласта \12 «Нижний Степановский» и малой толщины стружки. Из основных результатов приёмочных испытаний отечественных и импортных струговых комплексов (см. табл. 2.1) следует, что по показателям интенсивности выемки антрацитов струговые комплексы отечественного производства не уступают, а в ряде случаев, при прочих равных условиях, превосходят показатели работы струговых комплексов со струговыми установками производства фирм Германии. В таблице 2.4 представлен сравнительный баланс рабочего времени при работе комплексов типа МКД и «Дон-Фалия»/11/. Анализ данных таблицы 2.4 показывает, что основное снижение эффективности работы струговых комплексов зависит от потерь рабочего времени на внезабойных процессах, которые составляют 33-50 %. При этом простои из-за неполадок с доставочными механизмами и на подземном транспорте составляют 11,6 — 29,2 %. Простои лав с отечественными струговыми установками СО90У и СН96 из-за отказов оборудования очистного забоя были ниже, чем в лавах с установками производства фирм Германии и составляли соответственно 3,2 -4,4% и 4,1-6,3%.
Технологические требования к поддержанию призабойной полосы кровли в струговых очистных забоях
Успешная работа лавы в значительной мере зависит не только от рабочего сопротивления механизированной крепи, а от того, в какой степени удается предотвращать образование вывалов и ступенчатого оседания кровли.
В случаях ухудшения эффективности поддержания непосредственной кровли, при которых в начале в призабойной зоне, а затем по ширине призабойного пространства образуются вывалы пород, возможность эффективного управления кровлей становится сомнительной.
Так, при переходе зон нарушений и, особенно при передвижке секций крепи под вывалы (свежеобнаженную кровлю), образовавшиеся в незакрепленной полосе кровли между забоем и концами консолей и, распространившиеся по всей длине перекрытия, однорядные щитовые секции крепи оказываются в сложной ситуации чаще, чем двухрядные.
Об этом свидетельствуют результаты приемочных испытаний опытного образца механизированного комплекса КМП 06/15 в лаве № 368 шахты «Гуковская» ОАО «Гуковуголь» /25,26/ с участием автора.
Непосредственная кровля пласта лавы № 368 представлена глинистым сланцем (2/3 длины столба) средней устойчивости, местами неустойчивым мощностью 4,7 - 5,2 м, а основная —песчаником средней обрушаемости, мощностью 0,8 — 1,2 м.
При прохождении комплексом зон с вывалами непосредственной кровли, когда отсутствовал надежный распор в задней части секции, и консоль перекрытия нагружалась усилием более чем 2,5 т, наблюдалась потеря продольной устойчивости однорядных щитовых секций крепи с ее разворотом вокруг носка основания консолью в конвейер. Восстановление секций в исходное (рабочее) положение без применения вспомогательных средств не представлялось возможным. Попытки разжать секцию стойками приводили к срабатыванию предохранительных клапанов в гидроблоках гидродомкрата управления консолью или углового гидродомкрата.
Были проведены хронометражные наблюдения по определению затрат времени на передвижку однорядных щитовых секций крепи в нормальных условиях ив зонах геологических нарушений. Данные затрат времени на передвижку секций крепи представлены ниже в соответствующих таблицах.
Из таблиц 3.1-3.2 следует, что затраты времени на передвижку секций в зонах горно-геологических нарушений значительно превышают затраты времени на передвижку секций в нормальных условиях. При этом снижается эффективность работы комплекса в целом.
Установлено, что удельная площадь вывалов перед крепью зависит от расстояния между забоем и концами консолей перекрытий, а точнее между забоем и первой точкой контакта консоли с кровлей и от ее реакции, т.е. усилия на конце консоли /27,28/. При этом удельная площадь вывалов перед крепью растет с увеличением расстояния между забоем и первой точкой контакта консоли с кровлей.
Так как при струговой технологии выемки принимается незаряженная последовательная паевая схема передвижки секций крепи, когда передвижение секций крепи начинается последовательно по паям после выемки струговой установкой полосы угля шириной, равной шагу передвижки секций, то к конструкции и параметрам консоли перекрытия секции струговой механизированной крепи предъявляются повышенные требования по обеспечению поддержания бесстоечного призабойного пространства по всей длине очистного забоя. Из чего следует, что сопротивление консоли перекрытия и распределение общего сопротивления механизированной крепи по ширине призабойного пространства должны исключать активное расслоение и обеспечивать устойчивость непосредственной кровли. При этом сопротивление управляемой консоли перекрытия должно соответствовать призабойной эпюре внешних сил.
В призабойной полосе нарушение сплошности нижних слоев кровли может происходить в двух основных формах: в форме расслоения и последующего расчленения тонкослоистых или очень слабых пород и в форме разрушения на блоки с крутонаклонными трещинами крупнослоистых пород в результате действия высоких касательных напряжений в обоих случаях.
Для этих двух форм нарушения сплошности необходимо рассмотреть характер действия и уровень нагрузок на консоль крепи. А. Структура слабых или тонкослоистых пород в непосредственной кровле.
В таких структурах пород образуются вывалы сводчатой формы, нагрузки на крепь от которых рассчитываются по теории сводообразования, предложенной М.М. Протодьяконовым. Жесткими опорами для свода естественного равновесия можно считать конец жесткой части перекрытия крепи с одной стороны и угольный массив забоя — с другой (рис. 3.3 а).
Определение контактных давлений, передаваемых на почву пласта основанием, состоящим из одной балки (плиты) двухрядной щитовой секции крепи
Поэтому, для определения фактических значений давления оснований секций крепи на почву требуется проведение исследования взаимодействия оснований секций крепи с породами почвы пласта. При анализе взаимодействия оснований механизированных крепей с почвой пласта Ю. А. Коровкин в работе /18/ справедливо отмечает, что приводимые в ряде источников и руководящих материалов оценочные показатели прочности почв в большей своей части ошибочны (например, 8ВД 2МПа - почвы прочные, 5ВД 2 МПа — почвы слабые). К числу факторов, определяющих ошибочность такой ситуации, автор относит изменчивость устойчивости и прочности почв по ширине призабойного пространства, особо отмечая тот факт, что «оценка свойств почвы в области опор крепи весьма затруднительна». В работе под прочностью почвы понимается сопротивляемость почв вдавливанию в локальных зонах очистного забоя. Автором предложен комплексный метод оценки сопротивляемости почв вдавливанию непосредственно в забое лавы. Он включает в себя два этапа: первый - непосредственная оценка сопротивляемости почвы вдавливанию в локальных зонах очистного забоя с помощью специального вдавливаемого в почву штампа, второй — расчетная оценка сопротивляемости почвы вдавливанию по ширине призабойного пространства.
По такой методике можно рассчитать весьма близкие к реальным значения предела прочности почвы на вдавливание при конкретном классе устойчивости и на заданном расстоянии от забоя.
Автор предложил разделить почвы пластов на четыре категории: Разработанная в работе /9/ математическая модель предусматривает расчеты контактных давлений, передаваемых на почву основаниями секций щитового типа, только от вертикальных составляющих усилий гидростоек без учета усилий, действующих со стороны рычагов четырехзвенника заднего ограждения, которые приложены к завальной части основания. Расчетами установлено, что усилия в рычагах составляют 20 - 50 % от усилия гидростоек. Поэтому они существенно влияют на величину и распределение реальных значений контактных давлений по длине основания щитовой секции крепи и должны быть учтены при определении технических характеристик щитовой механизированной крепи /14/. Следует отметить, что в действующем государственном стандарте, устанавливающем основные параметры и общие технические требования к механизированным крепям /32/, регламентируется лишь среднее давление на почву пласта — до 2,0 МПа для слабых пород и свыше 2,0 МПа - для прочных пород почвы. Однако как показывает практика, ориентация на средние давления не соответствует реальным условиям работы механизированных крепей, и стандарт в этом плане нуждается в серьёзной корректировке. В настоящее время эффективное применение механизированных крепей в условиях со слабыми почвами возможно лишь при оснащении секции специальными устройствами (рис. 3.17). Приподъём основания осуществляется гидропатроном, опирающимся на балку механизма передвижки секции крепи, соединенной с забойным конвейером /38,39/. При этом создается дополнительное неконтролируемое сопротивление выдвижке балки механизма передвижки секции крепи, осуществляющей подачу конвейера струговой установки на забой. Для эффективной работы струговой установки балка механизма передвижки секции крепи должна свободно выдвигаться низким давлением, обеспечивая подачу конвейера струговой установки на забой, строго определенным для каждых условий усилием. Кроме этого гидропатроны устройства приподъема основания, опирающиеся на балку, значительно снижают эффективность управления струговой установкой в вертикальной плоскости пласта за счет ограничения величины подъёма балки относительно почвы пласта. Следовательно, применение устройства приподъема основания в струговых механизированных крепях не рекомендуется. Таким образом, можно сделать вывод, что актуальной среди проблем эксплуатации механизированной крепи является взаимодействие основания секции с почвой пласта. Анализ конструктивных схем однорядных и двухрядных секций механизированных крепей поддерживающе-оградительного типа показал, что их основания можно разделить на две группы: а) основания, состоящие из двух балок; б) основания, состоящие из одной балки, так называемой плиты. Как правило, гидравлические стойки на основаниях, состоящих из двух балок и рычаги шарнирной системы, располагаются вдоль балки по ее оси, а на основаниях, состоящих из одной балки - вдоль балки симметрично оси. Практика эксплуатации струговых механизированных крепей, как в РФ, так и за рубежом показала, что наибольшее распространение получили однорядные секции с основаниями состоящими из двух балок и двухрядные секции, основания которых состоят из одной балки (плиты). Исходя из этого в работе рассматриваются взаимодействия оснований однорядной секции крепи, состоящей из двух балок и двухрядной — из одной балки. Основания секций механизированных крепей, расположенные на непосредственной почве пласта, рассматриваются как балки или плиты лежащие на упругом основании. Каждая из балок двухбалочного основания представляет собой упругий брус, деформирующийся по длине от действия сосредоточенных нагрузок стойки и двух рычагов, приложенных к ее продольной оси. Основание, состоящее из одной балки, рассматривается как плита, нагруженная несколькими силами, приложенными вдоль балки симметрично оси. Непосредственная почва пласта рассматривается как однородная упругая среда, характеризуемая модулем упругости и коэффициентом Пуассона. Такой подход принят по результатам исследований взаимодействия секций механизированных крепей с боковыми породами, проведенными в нашей стране /14/ и в ФРГ /17/. Роль основания (балки) секции механизированной крепи заключается в распределении на почву сосредоточенных сил, передающихся стойками и рычагами заднего ограждения при распоре секции и проявлении активного горного давления. При этом для определения контактных давлений на почву основаниями секций крепи, используется плоская задача теории упругости, т.е. плоская деформация 191. Балка основания секции крепи рассматривается как тонкий упругий брус. При этом не учитывается сила трения между балкой и почвой. В.А. Флорин и Б.Н. Жемочкин в своих исследованиях показали, что влияние трения между основанием балки и фунтом (почвой) мало отражается на распределении напряжений по подошве балки. Следует заметить, что весовая составляющая силы тяжести секции крепи в несколько десятков раз меньше суммы усилий, действующих на основание секции, поэтому ею можно пренебречь.
Обоснование и выбор рациональных технологических схем расстановки и передвижки секций механизированной крепи в струговых очистных забоях
Из представленных на рисунке 3.28 графиков следует, что контактные давления на конце забойной части основания при ее длине, равной 500 мм, составляют 10,5 МПа, а при длине 850 мм - 8,0 МПа, что соответствует очень прочным породам почвы. При этом конец завальной части основания отрывается от почвы.
В реальных условиях завальная часть основания не будет передавать контактные давления на почву, т.е. они будут равны нулю, а давление на забойной кромке основания будет несколько ниже расчетного значения /14/.
Следовательно, эффективная работа двухрядных секций крепи КД90ТС в условиях почв с удельным сопротивлением менее 8 МПа возможна лишь при оснащении оснований устройствами, обеспечивающими выезд вдавленных в почву секций при их передвижке.
Опыт эксплуатации комбайновых комплексов МКД90 и МКД90Т на шахтах РФ свидетельствует о том, что все секции крепи КД90 и КД90Т снабжены устройствами приподъема оснований /38,39/. Приподъем оснований осуществляется гидропатронами, опирающимися на балки механизма передвижки секции крепи, соединенные с забойным конвейером. 1. Существующая методика расчета усилия на конце управляемой консоли перекрытия не учитывает реальных значений усилия при переходе секциями крепи зон геологических нарушений. Обоснована необходимость принятия в качестве критерия определения необходимого усилия на конце управляемой консоли нагрузки на консоль от обрушенных пород при двух схемах нарушения кровли -блочной и своодообразной. Последняя создает наиболее тяжелые условия работы крепи и может быть рекомендована в качестве универсальной.. 2. Исследования влияния расположения углового гидродомкрата относительно шарнира, соединяющего перекрытие с задним ограждением и угла наклона жесткой части перекрытия на усилия консоли однорядной щитовой секции крепи показывают, что расположение углового гидродомкрата относительно оси, соединяющей перекрытие с задним ограждением существенно влияет на величину усилия на конце консоли. При этом с изменением высоты секции крепи меняются и значения усилия на конце консоли перекрытия для конкретного расположения углового гидродомкрата. 3. Проведенными исследованиями установлен характер изменения усилия консоли в точке приложения силы тяжести участка свежеобнаженной кровли от угла наклона жесткой части перекрытия однорядной щитовой секции крепи. Усилие консоли при угле наклона 15 жесткой части перекрытия на забой в 3 - 4 раза больше усилия консоли при таком же наклоне жесткой части перекрытия на завал. 4. Дано обоснование оценки адаптивности щитовых механизированных крепей по фактору взаимодействия с почвой пласта по критерию максимальных напряжений на передней кромке забойной части основания с соответствующей разработанной методикой. 5. Установлено, что контактные давления на концах забойной и завальной частей основания однорядной щитовой секции крепи, состоящего из двух балок существенно зависят от соотношения их размеров. Так при отношении длины забойной части основания к длине завальной части меньше единицы. контактные давления на конце забойной части основания составляют соответственно 3,41 МПа и 2,85 МПа, а на завальной - 1,5 МПа и 1,9 МПа. На основании полученных зависимостей разработана рациональная конструкция основания струговой крепи КС. При основания составляют 2,26 МПа, а на завальной 2,64 МПа. 6. Установлено, что контактные давления на конце забойной части основания двухрядной щитовой секции крепи, состоящего из одной балки (плиты) значительно (в несколько раз) превышают контактные давления на конце завальной части основания. Поэтому эффективная работа двухрядной секции крепи, основание которой состоит из одной балки в условиях слабых почв возможна лишь при оснащении основания устройствами, обеспечивающими выезд вдавленных в почву секций при их передвижке. 7. Разработанные методики и алгоритмы расчета контактных давлений, передаваемых на почву пласта основаниями однорядных и двухрядных щитовых секций механизированных крепей, учитывающие все особенности их конструкции, позволяют корректно и эффективно анализировать и создавать рациональные конструкции крепей с учетом этого фактора.
