Введение к работе
Актуальность работы. Увеличение добычи при разработке пластовых месторождений подземным способом базируется на интенсификации технологических процессов путем концентрации очистных и подготовительных работ на основе повышения технического уровня и надежности используемых,, новых и усовершенствованных технологий и техники.
Достижение требуемой эффективности интенсификации технологических процессов при концентрации очистных и подготовительных работ сдерживается снижением надежности сопрягающихся очистных и подготовительных выработок, вызванное ухудшением состояния кровли и ее обрушением в призабойное и рабочее выработанное пространство, деформацией сечения выработок и элементов крепей за счет повышенных нагрузок от сил горного давления.
Это объясняется ухудшающимися условиями эксплуатации гидрофицированных крепей, несоответствием их конструкционной и функциональной надежности требуемому техническому уровню техники и технологии добычи полезных ископаемых, отсутствием ресурсосберегающей технологии крепления и поддержания сопрягающихся очистных и подготовительных выработок, обеспечивающей требуемую надежность существующих технологических процессов. Отсутствие регулярного контроля за техническим состоянием гидропривода крепей приводит к снижению устойчивости сопрягающихся выработок и эффективности применения гидрофицированных крепей в различных горно-геологических условиях из-за невозможности на стадии проектирования получения достоверной геологической информации, необходимой для определения конструкции и параметров крепей.
Поэтому особое значение.в этом случае приобретает создание
унифицированных гидрофицированных крепей и гидросистем гидростоек
для регулирования устойчивости сопрягающихся очистных и подготови
тельных выработок, что расширяет условия и область применения кре
пей,, сокращает материальные и трудовые затраты на их техническое
обслуживание' при эксплуатации и снижает удельные затраты на созда
ние и использование крепей. Это ставит научную проблему обоснова
ния технологических и конструктивных параметров гидрофицированных
крэпей на основе обеспечения надежности их работы в разряд Barc.vlt-
гаих.. '. ' . ''
Ц 9'Л і работы- установить впвисгмост'и', опре д^лянг/п технологические п конструктивные параметра гндро^пш'.рлични.ух :р>-
- 4 -пой на основе обеспечения надежности их работы, направленные на достижение требуемого уровня обоснованности параметров крепей и создание унифицированных механизированных крепей и гидросистем гидростоек для повышения надежности сопрягающихся очистных и подготовительных выработок и эффективности добычи полезных ископаемых, снижения затрат на техническое обслуживание гидрофицпровашшх крипа І1 и выработок при эксплуатации.
Идея работы заключается в обеспечении тробуимой надо ясное ти гидрофицированных крепей, достигаемой регулированием начального распора, сопротивления (несущой способности) и. аварийной податливости крепей, смещения контура выработок и скорости- подвиганий забоев, многофункциональным использованием механизированных кропей путем их трансформации it диагностированием-технического состояния гидропривода крепей для повышения эффективности крепления к поддержания сопрягающихся очистных 'и подготовительных выработок, применяемых технологий и концентрации очистных и подготовительных работ за счет их совмещения.
Основные научные положения, в ы н о-сикые' на защиту.
-
Формирование нагрузок на гидрофицированше кропи рассчитывается в зависимости от параметров интенсивности проявляти арного давления, определяемых на основе установленного механизма дофор мировапия и разрушения горных пород, учитывающего проі-иб пород кровли и случайно изменяющиеся геологическую структуру и физико -механические характеристики горных пород.
-
Методические основы обеспечения надежности гидрофицирован-еш крепей путем регулирования начального распора, сопротивления (несущой способности) и аварийной податливости крепей, смещения контура выработок и скорости гюдвигания забоев в зависимости от функциональных связой показателей надежности с экстремальными нагрузками на^элементы крепей, параметрами крепей, технологических процессов концентраіщи очистных и подготовительных работ при их совмещении, и,' диагностирования технического состояния гидропривода крепей. . .
-
Технологические и конструктивные ' параметры гидрофициро-ванных крепей, реализуемые в конструкциях'кропей и их элементов, унифицированных механизированных крепей и гидросистемах гидросто-ьк, комплексов и агрегатов крепления выработок, и, показатели и средства диагностирования технического состояния гидропривода крепей рассчитываются по требуемому уровню надожности ' сопрягающихся очистных и подготовительных выработок и технологической надежное-
- & -
ти добычи полезных ископаемых.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций диссертационной работы обоснована корректностью исходных предпосылок, постановки задач и методов их исследования, адекватностью теоретических и,экспериментальных исследований, расхождение между которыми составило 10 -23 Ж, что подтверждает их удовлетворительную сходимость, практичес-. ким применением результатов работы в производстве.
Научная новизна работы заключается в следующем:
в установлении закономерностей проявлений горного давления в зависимости от прогиба пород кровли, изменчивости геологической структуры и физико - механических свойств горных пород и 'его интенсивности, учитывающей ускорения, вызванные упругими деформациями и ослаблением обругаающихся'пород, и их влияние на формирование нагрузок на гидрофицированннэ крепи для расчета уровня надекностц крепей;
определены условия реализуемости надежности гидрофицированных крепей в конструкционных и функциональных параметрах крепей, технологических- и конструктивных параметрах унифицированных механизированных крепей, комплексов и агрегатов крепления выработок как элементов гибкой технологии при концентрации очистных и подготовительных работ.
Практиче с кое й'н а ч е н и в работы заключается:
в предложении и обосновании новых способов технологического и конструкционного поэлементного обеспечения надежности гидрофициро-ванных крепей путем управления смещением контура выработок и скоростью подвиганйя забоев, регулирования начального распора, сопро-тивленнр (несущей способности) и аварийной податливости крепей, и, показателей и ср'едств диагностирования технического состояния гидропривода крепей;
в разработке гйдростоек с регулируемыми в комплексе начальным распором, сопротивлением (несущей способностью) и аварийной податливостью (резервированием хода штока), временных штрековых крепей и их-элементов, унифицированных- механизированных крепей (крепей сопряжения и агрегатных штрековых крепей), комплексов и агрегатов крепления выработок как элементов' гибкой- Технологии при концентрации очистных и подготовительных работ, и, систем диагностирования технического состояния гидропривода крэпей по критериям надежности гидрофицированных'крепой и технологической' нвяенюсти добычи полезных ископаемцч.. .
Р' в*ъ л .и з а ц и я р'Э 0 о' т ы. Основные ::аучн\'е и практн-
- є -ческие результаты диссертационной работы реализованы ИГД им.А.А. Скочинского при создании механизированных крепей струговых агрегатов КСА и КМК, Акционерным обществом "КРАНГОРМАШ" при проектировании механазированных крепей и крепей сопряжений комплексов 0КП70 и.ІКМ-144, Подмосковным НИУИ при создании гидростоек с регулируемыми в комплексе начальным распором, сопротивлением (несущей способностью) и аварийной податливостью, временной крепи, стендов для испытания элементов и шахтных крепей на надежность и диагностирование технического состояния гидросистем гидростоек на стадии заводского изготовления и систем диагностирования их технического состояния в процессе эксплуатации, в техническом задании на проектирование, агрегата крепления выработок и агрегатной штрековой крепи для условий шахт ПО Шахтерскуголь и ПО Тулауголь.
Определение силовых параметров элементов гидрофицированнкх крепей по критерию надежности использовано ИГД им. А.А.Скочинского в методических положениях "Автоматизированный расчет на ЭВМ силовых параметров механизированных крепей", которые утверждены и рекомендованы научно-исследовательским и проектным организациям Мин-углепрома СССР для расчета силовых параметров крепей. Расчет уровня надежности гидрофицированных крепей и их техническое обслуживание в составе "Исходные данные по.ПО Тулауголь и ПО Новомосковск-уголь для расчета нормативов затрат на техническое обслуживание и ремонт основного очистного и проходческого оборудования" ЦНИЭИ-уголь использованы при составлении "Проекта нормативов затрат на ремонт основных фондов".
Работоспособность предложенных конструкций гидросистем гидро-- стоек проверена в производственных условиях рудника - I ПО Бела-рускалий. Универсальные механизированные крепи сопряжения, временные штрековые крепи и их элементы, гйдростойки с" регулируемыми в-комплексе.начальным распором, сопротивлением (несущей способностью) и аварийной податливостью, комплексы крепления выработок и технологические схемы и процессы концентрации очистных и подготовительных рчбот как эломентов гибкой технологии и системы диагностирования технического состояния шахтных крепей, и выработок внедрены на сіахтчх "Белькококая", "Влчдимирскпя'1, "Донская",- "Комсомольская", "Львовская" ("Зубовская"), "Подмосковная" и '"Прогресс" ПО Тула-уголъ, "Виницкая" ПО Шахтерскуголь, "Коммунист" и "Комсомолец-Дон-б'сса" ПО Октябрьуголь и использованы в ТулГТУ при выполнении хоз--договорных и.госбюджетных ПИР-.
Теоретические положения по расчету надежности и технической .иапюоткке внодреш в учебные курсы "Электрификация и автоматиза-
- 7 -ция на угольных вахтах", "Монтак и- эксплуатация электромеханического оборудования", "Автоматизация технологических процессов на угольных шахтах" и "Промышленные роботы" для студентов ТулГТУ, обучающихся по специальностям 17.01 и. 18.04, и используются при курсовом и дипломном проектировании, а также "Горное давление и надежность сопрягающихся выработок" в Хэйлунцзянском горном институте КНР.
Экономический.эффект от внедрения результатов исследований, защищенных авторскими свйдэтельстами, составил 3232 тыс. руб. Долевое участие автора составляет 987'тыс. руб.(в ценах 1989 г.).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и ее-отдельные разделы докладывались и обсуждались на II Всесоюзной йаучно-технической конференции "Проблемы создания системы автоматизированного проектирования горнодобывающих предприятий" (г. Тула, 1977г.), I Всесоюзной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов угольной промышленности (г. Москва, 1979 г.), Всесоюзной научно-производственной конференции "Бесцепная система подачи очистных комбайнов" (г. Тула, 1980 г.), Всесоюзном научно-техническом совещании "Направления создания и совершенствования технологии и средств безлюдной выемки угля в шахтах" (г. Москва, 1989 г.), Всесоюзных семинарах ,-Вз&-содействие механизированных крепей с боковыми породами" (г. Новоспоирск, 1980 - 1991 гг.), Всесоюзной научной конференции "Проблемы механики подземных сооружений" (г.Тула, 1983 г.), Совете по ввдмкв угля без постоянного присутствия людей в забое (безлюдная выемка) Минугле-прома СССР (г. Москва, 1984 г.), на координационных совещаниях Минуглепрома СССР (г. Люберцы, 1985-1987 гг., Москва, 1990 г.), Всесоюзной. отраслевой научно-технической конференции "Проблемы безопасной разработки калийных месторождений" (г.Солигорск, 1988 г.), научных семинарах отдела новых способов добычи угля и роботизации шахтных процессов ИГД им. А.А. Скочинского (г. Люберцы, 1983-1985 гг.), научно-технических советах ИГД им. А.А. Скочинского (г.Люберцы, 1985-1987. гг.), Подмосковного НИУИ (г. Новомосковск, 1984 - 1994 гг.) и ЦНИЭМуголь (г. Москва, 1987 г.), технических советах ПО Тулауголь (г. Тула, 1978- 1994 гг., Новомосковск, 1986 -1988 гг.), ПО Воркутауголь (г.Воркута, 1986 г.), ПО Шахтерскуголь (г.Шахтерск, 1990 г.) и ПО Октябрьуголь (г.Кировское, І99І-І992 гг.) и научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ТулГТУ (г. Тула, 1977-1994 гг.).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 3 монографии, 54 статьи, I учебное пособие и получено
- 8 -19 авторских свидетельств.
Объем работы. Диссертация состоит из V глав, изложенных на 300 страницах машинописного текста, 182 иллюстрации, 61 таблицы, приложения и списка литературы из 322 наименований.
Автор выражает благодарность академику Э.М.Соколову за методическую помощь и Содействие, оказанное при выполнении работы, а также преподавателям и сотрудникам кафедры электромеханического оборудования ТулГТУ, обеспечившим проведение лабораторных и шахтных экспериментов.