Научная статья на тему 'Влияние параметров забойной части верхняка на взаимодействие крепи с кровлей'

Влияние параметров забойной части верхняка на взаимодействие крепи с кровлей Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
109
43
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Буялич Геннадий Даниилович

Изложены результаты исследований влияния параметров забойной части верхняка на взаимодействие механизированной крепи с кровлей угольных пластов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Буялич Геннадий Даниилович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Влияние параметров забойной части верхняка на взаимодействие крепи с кровлей»

ГОРНЫЕ МАШИНЫ И КОМПЛЕКСЫ

УДК 622.285:624.023

Г.Д. Буялич

ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЗАБОЙНОЙ ЧАСТИ ВЕРХНЯКА НА ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КРЕПИ С КРОВЛЕЙ

В настоящее время большинство серийно выпускаемых механизированных крепей поддерживающего и поддержи-вающе-оградительного типов

имеют гидравлически управляемую забойную консоль посредством одного или нескольких гидропатронов с различным гидравлическим подсоединением.

- утечек рабочей жидкости вследствие потери герметичности уплотнений и увеличения зазоров сопрягаемых поверхностей (деформации цилиндров); сокращения забойной гидростойки в результате перетока части жидкости в гидропатрон козырька (если имеется такое гидравлическое соединение).

Последнее наблюдается при

Исследования взаимодействия крепей данного типа с боковыми породами показывают, что опускания верхняка в течение технологического цикла складываются из:

- податливости почвы и штыба под основанием;

- гидравлической податливости стоек за счёт сжатия рабочей жидкости и сброса части её в сливную магистраль при срабатывании предохранительного клапана;

образовании вывалов непосредственной кровли над козырьком, а также при опережающем опускании забойной части перекрытия (отрицательный угол а на рис. 1). В этом случае давление в забойной гидростойке падает, что приводит к ещё большему опусканию перекрытия, отрыву забойной части верхняка от кровли и существенному снижению надёжности крепления призабойной части

выработанного пространства.

При отсутствии гидравлической связи забойной гидростойки с гидропатроном в последнем давление может упасть до нуля.

При опережающем опускании завальной части перекрытия происходит сокращение гидропатрона и обратный переток части рабочей жидкости из его поршневой полости в поршневую полость забойной гидростойки, приводящий к увеличению в ней давления.

Количество жидкости, перетекающей из гидростойки в гидропатрон, определяется соотношением их диаметров, а также геометрическими параметрами забойной части верхняка: углом поворота козырька относительно плоскости перекрытия (б), расстоянием от оси шарнира козырька до линии действия усилия гидропатрона (а), расстоянием от сои шарнира до проекции на плоскость козырька точки приложения к нему усилия гидропатрона (в) и изменения раздвижности гидропатрона (S). Положительные направления указанных геометрических параметров показаны стрелками на схеме забойной части верхняка (рис. 2).

Изменение раздвижности гидропатрона при этом равно

S = a • tg б + b • (sec б -l).

Анализ этой зависимости показывает, что наибольшее влияние на величину выдвижки гидропатрона, а, следовательно, на величину изменения давления в стойке, и на величину опускания кровли оказывают угол б и расстояние а (рис. 3-5).

При этом главенствующую

16

Г.Д. Буялич

роль в этой зависимости играет угол /3. Так, для крепи 2М81Э поворот козырька на угол 3=5° вызывает перемещение поршня гидропатрона в сторону увеличения его раздвижности на величину 12 мм, что ведёт к падению давления жидкости в забойной гидростойке при её максимальной раздвижности на величину порядка 22 МПа. Величина падения этого давления определяется выражением [1]:

АР = 7------Ж ч ,Па,

{2 с + Рж )Ь

где АЬ - изменение раздвижности гидростойки, м;

Ь - раздвижность гидростойки, м;

3ж - коэффициент сжимаемости рабочей жидкости, м2/Н;

с - коэффициент учета деформации рабочего цилиндра,

5, мм

с =

Я2 + г2

"я2^2

Е

+ Л

где Я и г - соответственно наружный и внутренний радиусы рабочего цилиндра, м;

Л - коэффициент Пуассона материала цилиндра;

Е - модуль упругости материала цилиндра, Па.

Следующим по степени влияния на величину выдвижки гидропатрона 8 геометрическим параметром является расстояние от шарнира козырька до линии действия усилия гидропатрона (а) (рис. 4). Для исключения вредного влияния перетоков жидкости из поршневой полости стойки в гидропатрон этот параметр должен выбираться минимально возможным, насколько позволяет конструкция верхняка.

Расстояние от оси шарнира до проекции на полость козырька точки приложения к нему усилия гидропатрона (в) практически не оказывает влияния на величину выдвижки (8) (рис. 3) и поэтому может назначаться по конструктивным соображениям.

Детальный анализ взаимных

I а=130м1 / I м,(3=5°

а=100мм о Ю II 8

-1( а=100 м 1\/ ►0 -5 , Р=-5° 0 -8 0 5 0 11 30

|

а=130мм, р=-5 I -12

Ь, мм

Рис. 3. Изменение раздвижности гидропатрона 8 в зависимости от расстояния от оси шарнира козырька до проекции точки приложения усилия гидропатрона на плоскость козырька Ь

Рис. 4. Изменение раздвижности гидропатрона 8 в зависимости от расстояния от оси шарнира козырька до линии действия усилия

гидропатрона а

угла 3, а, следовательно, и со-

зависимостей параметров верх-няка показывает, что при неблагоприятных схемах нагружения крепи, когда её забойная часть получает большие смещения, чем завальная, (отрицательный угол а) давление в забойной гидростойке падает в 3,8 раза больше, нежели это же давление растёт при опережающем опускании завальной гидростойки.

То же можно сказать о крепях с гидропатроном, соединённым с завальной гидростойкой. В этом случае при отрицательных углах а жидкость будет перетекать из завальной гидростойки в гидропатрон, не увеличивая реакции забойной и одновременно снижая реакцию завальной гидростойки. При положительных а уменьшение

кращение гидропатрона, ведет к увеличению реакции завальной гидростойки без изменения реакции забойной, что в свою очередь ведет к неблагоприятным схемам с отрицательным углом а.

В крепях с независимым управлением гидропатрона козырька схемы с отрицательным а ведут к потере несущей способности козырька и отрыву его от кровли, что является совершенно недопустимым. С этой точки зрения соединение поршневых полостей забойной гидростойки и гидропатрона предпочтительнее.

При схемах ориентации с отрицательным а шарнир перекрытия получает наибольшие

Рис. 5. Изменение раздвижности гидропатрона 5 в зависимости от угла поворота козырька относительно перекрытия /3

Рис. 6. Зависимости угла отклонения козырька относительно перекрытия 3 от опускания верхняка И при опускании верхняка параллельно плоскости пласта и различных длинах козырька 1к

смещения в процессе работы крепи, которые могут оказаться больше критических. Так, при

°

наклоне перекрытия на -1 , его забойная часть опустится по отношению к завальной на величину порядка 45 мм, что больше критического опускания

кровли, однако над завальной частью перекрытия опускания кровли могут и не превышать критических.

Кроме того, следует отметить, что при прочих равных условиях отрицательный эффект выдвижки гидропатрона и

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

перетока в него жидкости из гидростоек проявляются в меньшей степени при меньших геометрических размерах козырька по длине (рис. 6).

Из проведенного анализа конструктивных особенностей крепей поддерживающего типа с гидравлически управляемой консолью, а также анализа влияния схем ориентации верх-няка на силовые параметры секции следует, что:

- расстояние от шарнира козырька до линии действия усилия гидропатрона должно выбираться наименьшим, а длина козырька - наибольшей, исходя из конструктивных соображений. Расстояние от шарнира козырька до проекции точки приложения усилия гидропатрона на плоскость козырька не оказывает существенного влияния на взаимодействия крепи;

- при опережающем опускании завальной части перекрытия схема гидравлического соединения поршневых полостей забойной гидростойки и гидропатрона является предпочтительней (при этом увеличивается несущая способность как козырька, так и забойной части перекрытия);

- при опережающем опускании забойной части перекрытия схема крепи с независимым управлением гидропатрона козырька является самой неблагоприятной;

- силовые параметры крепи должны выбираться так, чтобы в процессе взаимодействия с боковыми породами обеспечивалось опережающее опускание завальной части перекрытия, а также были минимальными общие опускания перекрытия.

1. Хорин В.Н. Объёмный гидропривод забойного оборудования. -3-е изд., перераб. и доп. -М.: Недра, 1980. - 415 с.

□ Автор статьи:

Буялич

Геннадий Даниилович - канд.техн.наук, доц. каф. «Горные машины и комплексы»

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.