Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса, постановка задач исследований 9
1.1. Анализ развития очистных механизированных комплексов для отработки крутых пластов 9
1.2. Структурные схемы очистных механизированных комплексов с однотипными связями 62
1.3. Структурные схемы очистных механизированных комплексов с комбинированными связями 69
Выводы 1 73
Глава 2. Аналитические исследования структурных схем крепей с однотипными и комбинированными связями 74
2.1. Анализ исследований структурных схем очистных механизированных комплексов74
2.2. Системный подход, характеристика объекта и метод исследований 84
2.3. Силовое и контактное взаимодействие механизированных крепей в сложных горно-геологических условиях 105
2.4. Связи структурных схем крепей 109
2.5. Математическая модель крепей с однотипными межсекционными связями 112
2.6. Математическая модель крепей с комбинированными межсекционными связями 125
Выводы 2 141
Глава 3. Математическое моделирование структурных схем очистных механизированных комплексов на ЭВМ 143
3.1. Алгоритм решения структурных схем с однотипными межсекционными связями 143
3.2. Алгоритм решения структурной схемы с комбинированными межсекционными связями 148
3.3. Блок-схема моделирующего алгоритма 152
3.4. Результаты математического моделирования на ЭВМ 156
Выводы 3 179
Глава 4. Шахтные исследования передвижения крепей с однотипными и комбинированными связями 181
4.1. Приборы для шахтных исследований 181
4.2. Исследование передвижения опорных секций крепей 184
4.3. Исследования передвижения линейных секций крепи 196
4.4. Рассогласование линии фронта крепи и линии забоя 205
4.5. Ориентирование крепей в плоскости пласта 210
4.6. Боковая устойчивость секций 212
Выводы 4 217
Глава 5. Обоснование, разработка и исследование структурных схем очистных механизированных комплексов с рациональными связями 219
5.1. Анализ и выбор рациональных межсекционных связей 219
5.2. Требования к крепям с рациональными межсекционными связями 221
5.3. Структурная схема крепи с рациональными связями 222
5.4. Исследование влияния боковой устойчивости секций на структурную схему крепи в плоскости пласта 236
5.5. Управление крепью с рациональными связями в плоскости пласта 241
5.6. Структурная схема очистного механизированного комплекса с рациональными связями 245
Выводы 5 264
Глава 6. Расчёт экономического эффекта 265
6.1. Обоснование исходных данных 265
6.2. Объём работ на смену 266
6.3. Затраты по материалам на смену 268
6.4. Экономический эффект 269
Выводы 6 271
Заключение 272
Литература 275
Приложения 287
- Структурные схемы очистных механизированных комплексов с однотипными связями
- Силовое и контактное взаимодействие механизированных крепей в сложных горно-геологических условиях
- Алгоритм решения структурной схемы с комбинированными межсекционными связями
- Исследование влияния боковой устойчивости секций на структурную схему крепи в плоскости пласта
Введение к работе
Актуальность работы. Повышение эффективности подземной угледобычи в решающей степени зависит от создания более производительных совершенных очистных механизированных комплексов, эксплуатирующихся в постоянно усложняющихся горногеологических условиях. Проблемы создания работоспособных машин для осуществления комбайновой, струговой и агрегатной технологий очистных работ были решены в первой половине 70-х годов, что доказало возможность и целесообразность развития комплексной механизации очистных работ именно в этих направлениях и в результате привело к повышению нагрузки на забой, концентрации горных работ и повышению их эффективности. Однако, начиная с 1975г. наметилось снижение эффективности проведения очистных работ.
Совершенствование очистных механизированных комплексов сопровождалось увеличением металлоемкости и повышением надежности работы механизмов и их элементов, однако надежность работы комплексов в целом осталась на том же уровне, а при эксплуатации в сложных горно-геологических условиях даже снизилась. Структурные схемы наиболее эффективных очистных механизированных комплексов как отечественных, так и зарубежных на протяжении трех поколений практически не претерпевали существенных изменений. Вопросы управляемости и приспосабливаемости комплексов в плоскости пласта, от решения которых в большей степени зависит их эффективность работы, теоретически так и не были решены. А именно они являются основными сдерживающими факторами в создании современных очистных комплексов. Постоянное искривление базовой балки и линии фронта крепи, сползание комплексов по падению, вспучивание става забойного конвейера, рассогласование линии фронта крепи и линии забоя, изменение зазоров между секциями крепи, отсутствие возможности управления механизированными комплексами относительно подготовительных выработок приводит к заклиниванию секций механизированной крепи в процессе их передвижения, к порывам соединительных элементов рештачного става забойного конвейера, к опрокидыванию секций и т.д. А уменьшение зазоров между секциями крепи с целью увеличения ко-
эффициента затяжки кровли в ряде случаев приводили к полной неработоспособности механизированных комплексов и их демонтажу из очистных забоев.
Разработкой и созданием очистных механизированных комплексов занимались практически все научно-исследовательские и проектные институты угольного машиностроения бывшего СССР. Были созданы и успешно прошли шахтные испытания очистные комплексы КМ 137, КМ 138, 1КМ 103М, МКД 90, КМ 130, 2КМ 142, КМ 144, ЛФК и другие, однако существенных изменений в структурных схемах не произошло.
В руководствах по эксплуатации механизированных комплексов и научной литературе отсутствуют разделы по способам управления комплексов в условиях залегания пластов, и нет теоретических обоснований к формированию рациональных структурных схем. Стремление повысить надежность и эффективность работы комплексов заменой элементов структурных связей методом конструктивного поиска без достаточных теоретических обоснований не привело к устойчивости технологического процесса и надежности работы комплексов.
Вопросам исследования структурных схем очистных механизированных комплексов и их управляемости в условиях залегания плоскости пласта посвящено большое количество работ. Существенный вклад в разработку очистных механизированных комплексов внесли ученые В.В. Аксенов, В.Н. Гетопанов, Н.Г. Гордиенко, Б.М. Дельцов, А.А. Зиглин, И.Ф. Иванов, В.И. Ивко, Ю.А. Коровкин, Б.К. Мышляев, В.И. Распопов, М.С. Сафохин, В.И. Солод, А.В. Топчиев, В.Н. Хорин и др.
На основе результатов анализа работ, можно сделать вывод, что до настоящего времени окончательно не разработана общая теория определения рациональных межструктурных управляемых связей очистных механизированных комплексов, а это затрудняет создание комплексов, способных работать в сложных горногеологических условиях. Создание общей теории построения структуры и определения рациональных связей механизированных комплексов, адаптивных к сложным горногеологическим условиям очистных забоев, обеспечивающих их надежігую работу при многократных перемещениях, является весьма актуальной проблемой, решение
которой позволит повысить работоспособность и снижение аварийности работы очистных механизированных комплексов.
Целью работы являются научное обоснование и разработка метода построения структурных схем очистных механизированных комплексов, обеспечивающих адаптивность к сложным горногеологическим условиям, и повышение их эффективности.
Идея работы. Структурная схема очистных механизированных комплексов рассматривается состоящей из двух взаимозависимых подсистем: механизированной крепи (основной) с межсекционными управляемыми связями с гарантированными межсекционными зазорами и базовой балки (второстепенной), что обеспечивает нахождение условий многошаговых перемещений очистных механизированных комплексов без заклиниваний и сползания, и, следовательно, повышение эффективности их работы.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
провести теоретическое исследование процесса многократных передвижений структурных элементов механизированных комплексов и разработать математическую модель этого процесса;
разработать имитациошг/ю модель многосекционной механизированной крепи очистного комплекса для исследования многошаговых перемещений секций при отработке длинных столбов;
разработать методику измерений пространственных перемещений элементов механизированных комплексов в шахтных условиях;
— провести экспериментальные шахтные исследования для
выявления основных причин рассогласования положений структур
ных элементов системы, приводящих к отказам в очистных механи
зированных комплексах и снижению устойчивости технологического
процесса;
разработать метод и методику выбора рациональных структурных схем очистных механизированных комплексов;
провести техническую оценку области возможного применения очистных механизированных комплексов с рациональными
структурными связями и определить экономическую эффективность от их внедрения.
Научные положения, выносимые на защиту:
-
Процесс циклического перемещения очистных механизированных комплексов с последовательной пошаговой передвижкой секций крепи представлен обобщенной моделью, в которой структурная схема крепи принимается основной, а схема базовой балки -второстепенной, при этом процесс перемещения комплекса оценивается по конечным положениям секций в квазистатическом состоянии, суммирующим результаты действия внешних и внутренних факторов на структурные элементы системы в каждом шаге, а готовность к циклу передвижения каждой секции оценивается наличием гарантированных межсекционных зазоров.
-
Математическая модель механизированной крепи с межсекционными связями включает систему рекурентных соотношений координат последовательно перемещающихся секций и межсекционных зазоров с учётом влияния межсекционных связей, как сумм неточностей конечных положений в рассматриваемом и предыдущем шаге передвижки каждой секции, что позволяет осуществить моделирование перемещений крепи, при этом необходимые критериальные условия пошаговых многоциклических перемещений секций и комплекса вцелом без заклинивания и сползаний достигается заменой поворотных связей активными скользящими.
-
В структурных схемах крепи с активными скользящими связями очистных механизированных комплексов величина зазоров определяется из соотношений параметров фактической криволинейное подготовительных выработок, гипсометрии пласта и неточностей изготовления связей структурных элементов крепи, а управляемость комплексом в плоскости пласта оценивается коэффициентом, равным отношению величины максимального смещения секций крепи, задаваемого опорным комплектом, к шагу передвижки.
-
Процесс циклического передвижения крепи очистных механизированных комплексов со скользящими связями без заклинивания секций и сползания крепи рассматривается в виде пространственной структурной модели крепи и обеспечивается поддержанием гарантированных межсекционных зазоров путем раздвижки управ-
ляемых связей по перекрытиям и основаниям секций в каждом шаге передвижки, а направление движения линейных секций, задается установкой опорных комплектов по среднему углу падения пласта и направлению подготовительных выработок, что обеспечивает адаптивность механизированных комплексов к изменяющимся горногеологическим условиям.
Методы исследований. При решении поставленных задач использовался комплексный метод исследований, включающий:
— системный анализ опубликованных в открытой печати ре
зультатов теоретических и экспериментальных исследований очист
ных механизированных комплексов и агрегатов;
— экспериментально-аналитический метод исследования
структурных схем очистных механизированных комплексов с пово
ротными и скользящими связями активного действия;
математическое моделирование и синтез структурных схем очистных механизированных комплексов на основе реальных размеров межструктурных связей при их многократных шаговых перемещениях с последующим моделированием на ЭВМ;
шахтные экспериментальные исследования очистных механизированных комплексов с рациональными структурными связями.
Научная новизна результатов выполненной работы заключается:
в обосновании метода исследований анализа и синтеза структурных схем очистных механизированных комплексов с рациональными связями между структурными элементами;
в разработке математической модели очистных механизированных комплексов с многократными шаговыми перемещениями.
Научные результаты выполненной работы заключаются:
в создании методики анализа и синтеза структурных схем очистных механизированных комплексов с управляемыми связями для сложных горно-геологических условий;
в разработке рациональных структурных схем очистных механизированных комплексов на основе реальных размеров и конструкций их элементов;
— в обосновании способа управления многошаговыми пере
мещениями очистных механизированных комплексов в плоскости
пласта.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:
результатами испытаний в шахтных условиях серийных, опытных и экспериментальных комплексов;
адекватностью математических и физических структурных схем, которые с точностью до 90% описывают процесс многократных шаговых передвижений;
опытом практического использования результатов теоретических исследований и разработок, осуществленных в экспериментальных образцах очистных механизированных комплексов, испытанных на шахтах ПО "Артемуголь", ПО "Дзержинскуголь", шахтах Донбасса;
экспертными заключениями институтов ДонУГИ, Донги-проуглемаш, МГИ, комиссии экспертов из ведущих отраслевых институтов угольной отрасли России, корпорации "Уголь России" и НТГА.
Практическая значимость работы заключается в следующем:
разработана методика выбора и расчета параметров структурных схем очистных механизированных комплексов с рациональными связями;
разработаны рациональные структурные схемы очистных механизированных комплексов;
разработана методика и измерительные приборы для определения действительного положения крепей и их элементов в шахтных условиях;
-разработан, изготовлен и испытан опытный образец комплекса КГ с рациональной структурной схемой.
Реализация результатов исследований:
— комплекс КГ с рациональной структурной схемой с базовой
балкой для крутых пластов испытан институтом «Донгипроуглемаш»
на шахте «Артема» ПО «Артемуголь»;
- результаты исследований и рекомендаций использовались
при модернизации очистных механизированных комплексов при со
вместной работе институтов Донгипроуглемаш, ДонУГИ, ИГД им.
А.А.Скочинского;
основные результаты исследований использованы при разработке технических требований к экспериментальному образцу фронтального комплекса модульного исполнения для выполнения проектных работ по договору с НТГА;
результаты исследований используются в учебном процессе Санкт-Петербургского государственного горного института (технического университета) при подготовке по специальности 150402 "Горные машины и оборудование".
Личным вкладом являются:
- разработка математических моделей нескольких типов ме
ханизированных комплексов;
— постановка задач теоретических и экспериментальных ис
следований, разработка методики их проведения, руководство и уча
стие на всех этапах выполнения работы;
- разработка технических предложений, реализующих ре
зультаты теоретических исследований.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались, обсуждались и были положительно оценены на технических совещаниях ведущих специалистов Минуглепрома СССР, институтов Гипроуглемаш, МГТИ, Донгипроуглемаш, ДонУГИ, ПНИУИ, Автомашгормаш, ИГД им. А.А.Скочинского, и других организаций по тематике данной диссертации. Отдельные вопросы темы исследований докладывались на научной отраслевой конференции в ИГД им. А.А.Скочинского в 1976 г., на V Московской научно-технической конференции молодых ученых и специалистов угольной промышленности (г. Москва, 1976 г.), на научном симпозиуме «Неделя горняка» 2002...2005 г.г. в Московском государственном горном университете. .. . \
Публикации. Результаты исследований и основные положения диссертации отражены в 36 научных работах, в том числе 1 монографии, 25 статьях, 9 изобретениях.
Структура и объем диссертационной работы.
Структурные схемы очистных механизированных комплексов с однотипными связями
Из анализа условий работы очистных механизированных комплексов можно сделать вывод, что комплексы для крутых пластов работают в наиболее сложных горно-геологических условиях. Они имеют наиболее сложные структурные схемы крепей, так как наряду с основными функциями (поддержание кровли, охрана рабочего пространства и т.д.) они должны обеспечивать дополнительно надежную устойчивость секций при передвижении, их направленность вдоль отрабатываемого столба без заклиниваний и сползания по падению пласта.
Одним из основных отличий указанных структурных схем является отсутствие кинематической связи крепи с комбайном, а опора секций в плоскости пласта друг на друга осуществляется либо с помощью телескопических или гидравлических штанг, либо домкратов управления или опорой друг на друга непосредственно по боковым поверхностям секций крепи.
Отсутствие кинематической связи крепи с комбайном накладывает специфические условия на эксплуатацию крепей данного типа. Вследствие того, что комбайны (типа «Темп», «Комсомолец» и А70) работают по односторонней схеме снизу вверх, передвижение секций крепи осуществляется посекционно только в одном направлении, вслед за выемкой угля комбайном.
Указанные отличия также позволяют выделить эти крепи в отдельный класс - крепи с односторонней последовательной стыковкой секций. Крепи состоят из линейных и опорных комплектов. Домкрат передвижения, связанный по основаниям с двумя соседними секциями, вместе образуют комплект крепи. Опорный комплект располагается в нижней части лавы, и относительно него базируются все вышерасположенные линейные комплекты. Опорный комплект является основным элементом, определяющим передвижение крепи. С его помощью осуществляется управление крепями в плоскости пласта. Линия фронта крепей в плоскости пласта расположена под углом к линии падения. Отсчет угла наклона фронта крепи отсчитывается от линии падения пласта. В крепях с однотипными связями угол наклона линии фронта крепи находится в пределах 515 ..5044 , в зависимости от модификации крепи. Технологической схемой работы комплексов для крутых пластов предусмотрено наличие машинной части лавы и уступной. Необходимость уступной части лавы связана с бункеризацией угля, так как отбор угля из лавы осуществляется с помощью вагонеток. Верхняя часть машинной лавы крепится деревянным креплением. При обратном ходе отработки крутого пласта длина верхнего участка по падению составляет 4...6 м для сопряжения верхней части лавы с вентиляционным штреком, при прямом - 10...20 м для охраны верхнего штрека. Поэтому длина машинной части лавы определяется из общей длины этажа пласта, с учетом необходимых величин уступной и верхней части лавы, и составляет обычно 70... 100 м. Рассмотрим сначала структурные схемы очистных механизированных комплексов с однотипными связями. Межструктурными связями крепей типа КГД являются телескопические или гидравлические штанги, гидростойки, основания, домкраты передвижения (рис. 1.28,а). Опорная секция перемещается из исходного (проектного) положения в следующее. В конечном положении шага передвижения продольная ось основания опорной секции должна совпадать с осью основания в исходном, проектном положении. Необходимая величина хода штанг Z (расчетная схема для одного ряда штанг - рис. 1.28,6) определяется из уравнения: Уравнения (1.1) и (1.2) являются основными для проектирования крепей данного типа.
Зазор f является основным показателем свободного перемещения секций крепи с однотипными связями. Оптимальная величина зазора f определяется из графика (рис. 1.29). Зазор необходим для нормальной передвижки всех вышерасположенных секций крепи. С уменьшением зазора до f 0 наступает процесс заклинивания секций. При заклинивании, как правило, не выходят из строя какие-либо детали, но технологическая цепь операций в лаве прерывается.
По уравнению (1.2) построены графики (рис. 1.30,а,б). Зависимость значения зазора f от угла наклона линии фронта крепи а приведена при постоянных значениях длины штанги L=1000 мм и Н=900 мм.
Силовое и контактное взаимодействие механизированных крепей в сложных горно-геологических условиях
В исходном положении секции механизированных крепей находятся в состоянии покоя и воспринимают нагрузку от опускания боковых пород под действием усилия N. В начале - усилие предварительного распора, а со временем воспринимают усилие опускания боковых пород, которые достигают своей максимальной величины при срабатывании предохранительных клапанов гидравлических стоек.
Во время перемещения секций крепи, например, рисунок 2.15, на нее могут действовать усилия от домкратов передвижки Fi,Fi, гидродомкратов Г I t управления или гидроштанг F2, F2, F3, F3, F4, F4, F5, F5, усилия, возникающие со стороны ограждений F6, сопротивления движению по почве или кровле и т.д. Под действием этих сил в различных сочетаниях и величинах (от 0 до максимума) секция совершает хаотичное, непредсказуемое движение из начального состояния в конечное по сложной траектории (рис. 2.15). Причем это перемещение повторяется n-е количество раз в шахтных условиях.
Наиболее вероятная траектория движения секции приведена на рисунке 2.15. В конечном положении стойки секции распираются между кровлей и почвой. Т.к. секции крепей в конечном положении передвижки находятся в состоянии покоя, т.е. силовые домкраты отключены от нагнетающей сети, то представляет интерес поведение и состояние распорных стоек, т.к. они участвуют в структурной схеме крепей как опорные элементы (стойки).
Процессы силового и контактного взаимодействия механизированных крепей отражены, например, в работе Кузбасского государственного технического университета [126]. В данной работе используются только некоторые результаты, представляющие научный интерес.
Наибольшие величины опусканий кровли достигали 68 мм в течение 60 мин. Исследованиями установлено, что в результате низкого начального распора под действием горного давления происходит просадка гидростоек в пределах упругой податливости, величина которой в течение цикла (до следующей разгрузки и распора) достигает 8 мм, что является одной из составляющих суммарной величины опускания кровли. Второй составляющей является просадка опор гидростоек в слой штыба и породной мелочи. Значение этой составляющей намного больше и достигает для забойного ряда гидростоек 46 мм, а для завального ряда - 55 мм. Значительные величины внедрения опор в слой штыба и породной мелочи объясняются пропорциональностью деформаций этого слоя реакциям гидростоек, которые изменяются от величины усилия начального распора до величины, соответствующей их рабочему сопротивлению, позволит свести к минимуму основную составляющую опускания кровли. Были выявлены основные фазы взаимодействия опорных элементов механизированных крепей со слабыми почвами. На рисунке 2.17 представлены зависимости величины погружения основания в почву от нагрузки при указанных значениях hK/b0 и мощности непосредственной почвы 0,5 м.
Из процесса нагружения основание сопровождается все возрастающей просадкой в почву, которая, вплоть до нагрузки 500 кН, увеличивается линейно и не превышает 20 мм. Анализируя результаты исследований работ в этом направлении можно сделать выводы, что явления силового взаимодействия и контактирование секций механизированных крепей могут влиять на структурную схему крепей. В математической модели необходимо проверить степень их влияния на конечные положения секций крепей.
Огромное практическое значение имеют силы веса секций крепи. Для крутых пластов она является определяющей с точки зрения устойчивости секций во время передвижки. Именно из-за силы веса секций разработан целый комплекс различных связей (звеньев, устройств механизмов), из-за чего создавались довольно разнообразные и оригинальные решения структурных схем механизированных крепей (гл.1).
Алгоритм решения структурной схемы с комбинированными межсекционными связями
В конечном положении четных секций производится проверка на рассогласование, но уже по другим уравнениям из-за того, что верхний домкрат управления в раздвинутом состоянии может приводить к развороту секций.
Для четвертой секции в конечном положении осуществляется проверка из уравнения (2.74): После передвижения всех секций в цикле шага крепи осуществляется переход к следующему, начиная расчет с уравнения (1.3). Алгоритм решения и решение рекуррентных уравнений математической модели структурной схемы с комбинированными межсекционными связями осуществлен с помощью блок-схемы моделирующего алгоритма.
Несмотря на существенные отличия рекуррентных уравнений крепей с однотипными и комбинированными межсекционными связями, блок-схема моделирующего алгоритма является общей (рис. 3.2).
Блок №1. В этом блоке задаются исходные данные L, Z, а ,3 ,Р, а также диапазоны разброса значений этих величин, которые получаются в результате изготовления межсекционных связей или влияния на их размеры горногеологических и горнотехнических факторов. Формируются массивы числовых значений.
Блок №2. Этот блок является началом внешнего цикла программы. Последовательный расчет передвижения крепи начинается с первой секции (i=l), а цикл передвижения определяется индексом п, к которому добавляется 1. Блок №3. В этом блоке осуществляется расчет системы рекуррентных уравнений передвижения опорной секции с однотипными парами или опорного комплекта крепей с комбинированными парами, определяются величины yi?n. Из рекуррентных уравнений с однотипными межсекционными связями или f2,n - первоначальный зазор из рекуррентных уравнений крепей с комбинированными межсекционными связями. Блок №4. Этот блок является началом внутреннего цикла программы. Он осуществляет переход к расчету системы дискретных уравнений с заданными начальными условиями в n-м цикле шага передвижения крепи. Блок №5. Основной блок схемы, т.к. в нем осуществляется расчет величины зазора fj,n для каждой линейной секции крепи при ее движении. Для крепей с однотипными парами этот расчет производится дважды: по забойному и завальному ряду гидроштанг. Блок №6. В нем осуществляется проверка на заклинивание линейных секций крепи в процессе передвижения. Если условие fi?n 0 выполняется, то управление передается блоку №7, если нет - блоку №14. Блок №14. В этом блоке осуществляется процесс ликвидации заклинивания секций. К отрицательному зазору fj n прибавляется 50 мм, что равносильно опусканию всех ниже расположенных секций. Процесс суммирования к зазору (fin+50) продолжается, пока не выполняется условие fj n 0, после чего управление передается блоку №7. Блок №7. Он является вторым (после блока №5) основным блоком схемы. В нем решением рекуррентных уравнений определяется конечное положение межсекционных связей крепи. Блок №8. В этом блоке проверяется степень рассогласования положений секций или (и) криволинейность линии фронта крепи. Если вышерасположенные гидроштанги или домкраты управления соответственно не ограничивают шаг передвигаемой секции или не приводят к их угловому развороту в плоскости пласта, то управление передается блоку №9, если они накладывают связь, то производится пересчет всех параметров структурной схемы в конечном положении передвигаемой секции с комбинированными связями или передается управление блоку №13 в схеме крепей с однотипными межсекционными связями. Блок №13. Этот блок осуществляет корректировку конечного положения секции с учетом наложенных связей. Для крепей с однотипными парами она осуществляется путем вычитания 40 мм из шага секции (Hjn), до тех пор пока не выполнится условие: (проверка) ПР 0. После выполнения всех расчетов рекуррентных уравнений управление передается блоку №9. Блок №9. В этом блоке проверяется окончание внутреннего цикла программы, а также осуществляется передача управления для расчета уравнений поочередно всех секций в п-м цикле передвижения крепи. Количество циклов передвижения крепи может быть установлено в зависимости от типа крепи или в порядке эксперимента. Блок №10. Этот блок осуществляет распечатку значений, интересующих нас параметров при передвижении секций крепи: а, Р, Нип, а также количество зацикливаний секций и корректировок Ні п в цикле п передвижения крепи. Блок №11. В этом блоке проверяется окончание внешнего цикла программы, а также осуществляется передача управления для расчета системы дискретных уравнений в следующем цикле передвижения всей крепи. В данном случае количество циклов передвижения крепи равно 1000. Практически заклинивание секций или критическая кривизна линии фронта крепи наступает гораздо раньше, чем N=1000, но это число позволяет производить расчеты без остановки работы ЭВМ. Блок №12. Этот блок является генератором случайной величины. Он формирует необходимые величины параметров структурной схемы для системы рекуррентных уравнений с заданными начальными условиями.
Исследование влияния боковой устойчивости секций на структурную схему крепи в плоскости пласта
В данной работе рассмотрены два вида структурных схем крепей с различными способами обеспечения устойчивости в профильной плоскости. Так, в крепях с однотипными связями (рис. 5.7,а) устойчивость секций обеспечивается за счет жесткости гидроштанг в профильной плоскости, а приспосабливаемость к гипсометрии пласта осуществляется за счет запаса подвижности стойки относительно цепочки гидроштанг, а между соседними основаниями и верхними перекрытиями образован зазор, величина которого не позволяет им контактировать между собой.
В крепях с комбинированными межсекционными связями устойчивость секций в профильной плоскости обеспечивается за счет контактирования соседних секций по основаниям и верхним перекрытиям.
С точки зрения аналитических и шахтных исследований структурная схема крепей с однотипными связями является более простой, так как верхняки секции и их основания не контактируют между собой, а расчет, как показывает математическое моделирование схемы с комбинированными связями, достаточен для определения конечных положений секций крепи.
Опора секций по верхнякам и основаниям в профильной плоскости конструктивно проста, но в шахтных условиях из-за изменчивости гипсометрии пласта и неровностей боковых пород происходит расстыковка секций. Величина расстыковки Sj по основаниям (рис. 5.7,6) оказывает влияние на фиксацию секций в конечном положении шага в плоскости пласта и является одной из причин заклинивания секций (глава 4).
Как следует из выше изложенного при выборе рациональных межсекционных связей, комбинирование различных типов связей в одной структурной схеме крепи не рекомендуется. Отсюда вывод, что в приведенной схеме с гидропатронами по основаниям должны применяться гидропатроны также и по верхним перекрытиям. Это значит, что опора верхних перекрытий в плоскости пласта должна осуществляться через гидропатроны (рис. 5.8). Величину зазора по верхним перекрытиям определим из условия, что структурная схема крепи в плоскости пласта по основаниям секций принимается за основную.
Возможны два варианта кривизны пласта (рис. 5.8,а,б). При первом варианте расположения секций (рис. 5.8,а) происходит раскрытие стыков верхняков при условии установки секций по нормали к почве, что на кинематику крепи по основаниям влияния не оказывает, а постоянство интервалов по основаниям сохраняется. При втором варианте расположения секций (рис. 5.8,6) происходит уменьшение зазоров по верхнякам за счет складывания гидропатронов при том же условии. Определим величину уменьшения интервалов по верхнякам, исходя из конструктивных размеров крепей с комбинированными связями.
При ширине основания 930 мм и минимальной кривизне гипсометрии крутого пласта R=30 м (по данным ИГД им. А.А.Скочинского) tg(p=0,031. Из этих условий уменьшение зазора по верхнякам составит f=0,031-1120=35 мм, где величина, например, 1120 мм - высота секции при максимальной раздвижке стоек секции.
Однако шахтные исследования крепей с комбинированными и однотипными межсекционными связями показывают, что при наличии местных нарушений боковых пород угол относительно перекоса достигает 6 при нормальной установке оси секций к поверхности почвы, исходя из этих условий f=105 мм. Такой зазор уменьшает коэффициент затяжки кровли и увеличивает удельное давление на кровлю до 14%. Определение оптимальной величины зазора по верхнякам можно вычислить, например, исходя из коэффициента затяжки кровли. В крепях с комбинированными связями он равен 0,9. Исходя из этого, оптимальная величина зазора по верхним перекрытиям f = 83 мм (рис. 5.8, в). Для данного примера f является максимально допустимой величиной. Следовательно, оптимальная величина зазора по верхнякам, исходя из коэффициента затяжки кровли (f = 83 мм) и от угла относительно перекоса, (f = 105 мм) различные по величине.
Рассмотрим на примере, что будет происходить (рис. 5.9,а,б) в этом случае. Если во время распора второй секции угол относительно перекоса достигает 6, то 83 мм будут компенсированы складыванием верхних гидропатронов, а остальные 22 мм - за счет перекоса стойки относительно основания (рис. 5.9,а). Однако возможен и второй вариант расположения секций в профильной плоскости, когда при распоре второй секции (рис. 5.9,6) будет уменьшаться зазор f по основаниям.
Очевидно что, такой вариант расположения секций крепи в конечных положениях может приводить к заклиниванию линейных секций при их многократных передвижениях. В этом случае необходимо при распоре секций включить верхние гидропатроны (от передвигаемой секции) на основаниях секций, чтобы компенсировать уменьшение зазора. В профильной плоскости происходит смещение оснований относительно верхняков, что вызывает перекос секций крепи относительно оси.
