Введение к работе
Актуальность работы. К настоящему времени достигнуты значительные успехи в области механизации процессов крепления и управления горным давлением при производстве очистных работ на шахтах пологого падения, где около 15% всей добычи получают из комплексно-механизированных очистных забоев. В тоже время на пластах тонких и средней мощности с углами падения более 35, из которых добывается порядка 20# угля подземным способом, удельный вес добычи из комплексно-механизированных забоев составляет около 1%, причем, в основном, она базируется на технологической схеме широкими полосами по падению щитовыми агрегатами. Выгодно отличаясь от нее в части снижения удельных затрат на монтажно-демонтажные работы, проведение и поддержание нарезных выработок, технология отработки крутых пластов комплексами лавами по простирании не получила широкого практического использования. Как показал анализ опыта внедрения механизации на крутых пластах это связано с недостаточным объемом исследований в этой области и, как следствие, с неполным соответствием конструктивных схем и параметров механизированных крепей проявлении горного давления в очистном забое и на его сопряжении с подготовительными выработками. В силу этого неохваченными комплексной механизацией остались рабочие иахтоцласты с неустойчивыми боковыми породами, доля которых, согласно прогнозу, из 669 подготовленных к отработке на'1995 г.. составляет более 50$ ( 377 ) с устойчивой тенденцией роста их числа с увеличением глубины разработки.
В связи с этим вопросы изыскания и обоснования оптимальных решений, повышавших устойчивость боковых пород в очистных забоях крутых и крутонаклонных пластов, являются актуальной научно-практической- задачей, решение которой и посвящена настоящая работа.
Диссертационная работа является итогом целенаправленных исследований, начатых ШИШ по заданию Минуглепрома СССР в 1980 году с участием автора по темам: 0200*103000 - "Разработать методические указания по совершенствовании способов управления горным давлением при разработке свит угольных пластов Донбасса с углами падения esuae 35" ( 8 гос. регистрации 01830079369 ), 0239004000 - "Разработать единые отраслевые "Указания по управлению горным давлени-эм в очистных забоях угольных шахт" ( )1 го с. регистрации 0I87000II03), DI0200IOOO - "Разработать каталог типовых условий эксплуатации механизированных комплексов на пологонаклонных (до 35) пластах, при-чен'эния комплексной механизации и других технологий на пластах другого падения(более 35)" (Й гос.регистрации 018900IC6I6).
> Цель работы. Повышение эффективности и расширение области применения технологии управления горным давлением механизированными комплексами для разработки тонких и средней мощности крутых пластов-лавами по простиранию диагональными забоями.
Основная идея работы: управление напряженно-деформированным состоянием вмещающих пород и угольного пласта на основе оптимизации параметров технологической схемы и средств механизации управления горным давлением'.
Задачи исследований:
-
изучить геомеханическую ситуации в очистном забое и на сопряжениях с подготовительными выработками в зависимости от ориентации очистного забоя;
-
установить особенности взаимодействия механизированных крепей актового типа с боковыми и обрушенными породами и возможности повышения эффективности управления кровлей;
-
исследовать взаимосвязь кинематической схемы механизированного комплекса и параметров технологической схемы;
-
разработать и обосновать технологические и технические решения по эффективной эксплуатации крепей щитового типа в условиях диагонального забоя.
Методика исследований вклвчала в себя: анализ и обобщение опыта работы механизированных очистных забоев, экспериментальные исследования проявлений горного давления и взаимодействия крепи с боковыми породами; лабораторные исследования и теоретические расчеты параметров устойчивости, обрупаемости пород и кинематических параметров комплекса; обработка результатов методами математической статистик с установлением функциональных и эмпирических зависимостей.
Научные положения, выносимые на защиту:
-
оптимальный диапазон углов наклона линии очистного забоя на1 массиз с позиций повышения устойчивости кровли и работоспособности крепи должен определяться с учетом критериального' коэффициента перехода от прямолинейной к диагональной схеме, изменявшегося в пределах 0,44-0,61, что.соответствует изменению угла наклона забоя от 26 до 38;
-
для обеспечения работоспособности механизированной крепи и возможностей активного управления кровлей силовая завязка ограждения и перекрытий секций должна иметь дополнительную степень свободы перемещения элеменговотносигелъно друг друга в плоскости пласта . не менее 15% от величины ожидаемой нормальной составляющей конвергенции;
3) для направленного движения комплекса в плоскости пласта без заклинивания и нэдодвидек секций при диагональной схеме величина межсекционных зазоров, зависящая от шага передвижки, геометрических параметров секций, величины углового отклонения от заданного направления, угла наклона очистного забоя и угла падения пласта, должна выбираться из расчета 1,5-2,6 мм на каждую минуту угловой погрешности установки базовой секции и контролироваться на каждом шаге передвижки.
Научная новизна:
-
установлена зависимость степени устойчивости кровли от ориентации линии очистного забоя, заключающаяся в снижении до 2-х раз величин конвергенции и до 5 раз коэффициента вывалов в приза-бойном пространстве и на сопряжении в створе с очистным забоем, уменьшении нагрузок на крепь и перемещении линии обрушения кровли вглубь выработанного пространства;
-
определена связь параметров векторов смещения кровли в при-звбойном пространстве и перемещения элементов секции механизированной крепя'с силовой завязкой перекрытий н ограждения, заклачающаяся в несоответствии величин горизонтальных составляющих этих векторов и,' как следствие, в рассогласованности траекторий движения взаиио-действусщих элементов системы "крепь - боковые породы";
-
установлена взаимосвязь направленности движения механизированного комплекса баз заклинивания и точности установки базовой секции, параметров кинематической схемы и ориентации линии фронта крепи.
Личный вклад автора: разработана комплексная методика и программа шахтных и лабораторных исследований проявлений горного дав- ' ления и взаимодействия крепи с вмещающими породами применительно к специфики решаемых задач; проведены теоретические расчеты параметров, устойчивости кровли и управляемости секций, анализ и обобщение результатов; разработаны рациональная конструктивная схема секций механизированной крепи и средства обеспечения и контроля направленности ее движения.
Достоверность научных Положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в диссертации подтверждена шахтными исследованиями на 4-х наиболее представительных по геологическим и горно-техническим условиям шахтопластах Центрального района Донбасса, лабораторными . опытами на 27 моделях из оптически чувствительных материалов, аналитическими расчетами и удовлетворительной сходимостью результатов, полученных различными применяемыми в работе методами, а также ис-
пользованием апробированных-методик', анализом результатов методами математической статистики и промышленной проверкой основных положений диссертации.
Практическая ценность работы:
-
разработана технические требования выбора конструктивных и кинематических параметров механизированных комплексов для условий диагонального расположения очистного забоя;
-
разработана.методика выбора оптимального диапазона углов наклона диагонального забоя на массив в зависимости от устойчивости кровли с учетом эффективности управления горним давлением и движением комплекса;
-
разработана методика и технические средства управления направленностью движения механизированной крепью в диагональном очистном забое.
Реализация результатов в промышленности. На основании исследо
ваний диссертанта разработаны рекомендации по параметрам технологи
ческой схемы и рациональной конструкции секций, которые вошли в ТЭ
на разработку Донгипроуглемашем механизированных агрегатов диаго
нального забоя, АКК и АКС. На ОЭЗ ВНИМй изготовлена опытная серия
прибора "Горизонт", а принцип его действия использован в системе
направленности движения опытно-промышленной серии агрегата 2КЩ
(конструкции Донгипроуглемаша). <
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на техническом совещании МУП СССР в 1988 г., на Ученом Совете ВНИМИ (1985, 1988 г.г.), НТС горного давления и горных ударов ВЙИШ (198^-1988 г.г.), технических совещаниях в Донгипро-углемаше (1985-1990 г.г.), научных конференциях во'ШИМИ (1983, 1986, 1989 г.г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа содержит НО страниц текста, 2 таблицы и 52 рисунка. Она состоит из введения 5 глав, заключения, списка литературы из 76 наименований и одного приложения.
