CC BY
22
21
НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 2 ГГУ.я31яянваряя-я4яфевраляя2000я-одая
»А^М1
К.В. Гуляев, А.К. Семенченко,
2000
УАК 622.2285.4-231.1
К.В. Гуляев, А.К. Семенченко,
ИССЛЕДОВАНИЕ И СИСТЕМАТИЗАЦИЯ ШИТОВЫХ КРЕПЕЙ ПО КИНЕМАТИЧЕСКИМ ПАРАМЕТРАМ
I /же на первом этапе создания и
эксплуатации щитовых механизированных крепей (ЩМК) было установлено существенное влияние параметров шарнирного четырехзвен-ника на качество взаимодействия крепи с боковыми породами и предложено классифицировать ЩМК поддер-живающе-оградительного типа (ПОТ), и оградительно- поддерживающего типа (ОПТ) по кинематическим признакам [1]. По мере развития ЩМК и распространения области их применения в Германии и других угледобывающих странах сфор-мировалась концепция о целесообразности проектирования ЩМК под конкретные условия эксплуатации [2].
В настоящее время зарубежными фирмами производится большое число моделей ЩМК ОПТ и ПОТ для различных эксплуатационных условий. Так, например, только в Польше объединение «Фазос» производит 32 модели двухстоечных и четырехстоечных ЩМК с конструктивной высотой до 6 м и сопротивлением 280 -950 кН/м2, завод «Глиник» - 9 моделей четырехстоечных и 23 модели двухстоечных крепей с конструктивной высотой 0,55 - 6 м и сопротивлением 400 - 600 кН/м2, завод «Тагор» -
II моделей двухстоечных и 4 модели четырехстоечных ЩМК для пластов мощностью до 4,5 м [3]. В России, кроме ранее созданных ЩМК типов М137, М138, М144, ведутся работы по разработке семейства ЩМК поддер-живающе-оградительного типа с повышенной частотой типоразмерного ряда, в том числе и для мощных пластов [4].
В Украине для отработки пологонаклонных пластов, мощностью 0,8 -2,5 м выпускаются четырехстоечные
ЩМК ПОТ КД80 (2 типоразмера) и КД90 (4типоразмера), разработаны и проходят испытания двухстоечные ЩМК типа КДД (2 типоразмера). На некоторых шахтах эксплуатируются приобретенные по импорту ЩМК типов КМ500, «Глиник», «Томаш». В технических характеристиках зарубежных ЩМК сведения об особенностях их кинематики отсутствуют, что затрудняет оценку качества их взаимодействия с боковыми породами.
При проектировании новых ЩМК в соответствии с указанной выше концепцией, а также при покупке зарубежных крепей необходимо анализировать их кинематические параметры для установления соответствия или несоответствия последних условиям эксплуатации. Таким образом, исследования и систематизация ЩМК по кинематическим признакам является актуальной задачей.
Учитывая распределение запасов угля в пластах с мощностью более 0,7м, а также условия залегания и отработки полого-наклонных пластов Донецкого бассейна, где сосредоточено примерно 80 % промышленных запасов угля Украины, при выборе объектов исследования руководствовались следующими положениями и ограничениями:
1. Исследованию подлежат только ЩМК ПОТ с механизмами связи на базе шарнирного четырех-звенника для управления кровлей способом полного обрушения при отработке полого-наклонных пластов мощностью 0,7 - 3,0 м длинными лавами, оборудованными комбайновыми очистными комплексами;
2. В качестве объектов исследования должны быть приняты современные отечественные и зарубежные
ЩМК с секциями ПОТ-(0+2), ПОТ-(2+2), а также ранее разработанные ПОТ-(1+1);
3. В число объектов исследования необходимо включить ЩМК, по которым уже накоплен опыт применения в представительных горно-геологи-ческих условиях;
4. Информация по исходным данным для исследования кинематических и силовых характеристик выбранных ЩМК должна быть достоверной.
С учетом указанных положений объектами исследования приняты: 8 типов и типоразмеров ЩМК, разработанных институтом «Донгипроугле-маш» (Украина), 7 типов ЩМК, разработанных институтами «Гипро-углемаш» и ПНИУИ (Россия), 8 типов ЩМК фирмы «Фазос» и 11 типов и типоразмеров ЩМК фирмы «Глиник» (Польша), 7 типов ЩМК фирм Германии, 4 типоразмера ЩМК фирмы «Томаш» (Чехия) и по одному типу ЩМК (КНР) и фирмы «Гуллик Добсон» (Англия). Распределение объектов исследования по конструктивным схемам секций таково: ПОТ-(0+2) - 31, ПОТ-(2+2) - 13, ПОТ-(1+1) - 3.
Для решения поставленной задачи на кафедре «Горные машины» ДонГ-ТУ разработан аналитический метод исследования на ПЭВМ кинематических и силовых параметров ЩМК [5], выполнен анализ кинематики известных конструкций крепей и предложена их классификация, отражающая особенности кинематики [6].
На первом этапе исследования выполнены на базе плоской модели секций с идеальным четырехзвенным механизмом. Это допущение основано на том, что практически для всех известных конструкций секций современных ЩМК характерны такие признаки: симметричность относительно центральной продольной оси, параллельность осей всех вращательных пар, равные номинальные размеры соответствующих звеньев сдвоенного четырехзвенного механизма.
Результаты исследования для каждого типа (типоразмера) ЩМК представлены в виде документа - кинематического паспорта. Под кинематическим паспортом крепи предлагается понимать комплект взаимосвязанных характеристик, определяющих в пределах теоретически возможного и рабочего диапазонов раздвижности закономерности изменения положения всех звеньев шарнирного четырехзвенника и конфигурации секции. В состав паспорта входят: вид и параметры траектории шарнира М [5,6], соединяющего перекры-
рии мгновенного центра вращения ограждения, а также ряд линейных размеров, необходимых для исследования силовых параметров крепи и процессов формирования внутрисекционных нагрузок [7].
Основным классификационным признаком, характеризующим особенности кинематики крепи, предлагается считать вид траектории шарнира М, определяющий направление и величину горизонтальной компоненты смещения перекрытия относительно кровли при конвергенции пород, а, следовательно, и формирование сил трения между кровлей и перекрытием.
Анализ и систематизация результатов исследования 47 типов и типоразмеров ЩМК позволили предложить их классификацию согласно выявленным четырем наиболее характерным видам траектории шарнира М, отражающим также особенности силового взаимодействия крепей с кровлей [8]. В качестве дополнительных классификационных признаков, позволяющих выделить подвиды траекторий, можно исполь-
нений направления горизонтальных смещений (к забою, от забоя) в пределах рабочих диапазонов раздвижности секций крепи, (рис. 1).
В результате выполнения исследований установлено:
1) структура и параметры четы-
рехзвенных механизмов связи ограждения с основанием и перекрытием удовлетворяют условиям Грасгофа, следовательно, все они относятся к односторонним двухкоромысловым механизмам с шатуном-ограждением и обуславливают плоско-
параллельное движение перекрытия при конвергенции пород;
2) несмотря на общность свойств (по соответствию условиям Грасгофа), соотношения конструктивных параметров шарнирных четырехзвенников отличаются большим многообразием и определяют существенно различные виды траекторий оси шарнирного соединения перекрытия с ограждением в пределах рабочих диапазонов раздвиж-ности, а, следовательно, и различное качество их рабочих процессов при
тие с ограждением; угловые координаты рычагов четырехзвенника, гидростоек, углового гидроцилиндра; траекто-
зовать показатель интенсивности горизонтальных смещений, а также количество и последовательность изме-
взаимодействии с боковыми породами;
3) в общем случае вид и параметры траектории шарнира М являются функ-
Рис. Классификация щитовых механизированных крепей по кинематическим признакам
цией семи конструктивных параметров шарнирного четырехзвенника;
4) четыре наиболее характерных вида траекторий характеризуются следующими особенностями (рис. 1):
• 1-й вид: опускание перекрытия в пределах рабочего диапазона раздвиж-ности АУм сопровождается и горизонтальным смещением +Ахм (относительно кровли) в сторону забоя, причем интенсивность горизонтальных смещений убывает по мере приближения к нижней границе диапазона раздвижно-сти;
• 2-й вид: аналогичен первому, но интенсивность горизонтальных смещений +Ахм возрастает;
• 3-й вид: в пределах рабочего диапазона раздвижности крепи опускание перекрытия сопровождается переменными по величине и направлению горизонтальными смещениями; - подвид 3а: в верхней части диапазона раздвижно-сти перекрытие смещается на забой, а в нижней - в сторону выработанного пространства; подвид 3б: наоборот по отношению к подвиду 3а; подвид 3в: в верхней и нижней частях диапазона раздвижности перекрытие смещается
к забою, а в средней части диапазона
- от забоя;
• 4-й вид: опускание перекрытия в
пределах рабочего диапазона раздвиж-ности сопровождается и горизонтальным смещением -Ахм относительно кровли только в сторону выработанного пространства.
Из 31 исследованных крепей с секциями ПО-(0+2) параметры шарнирных четырехзвенников обусловили траекторию вида 1 в 12 ЩМК, вида 3а в 11 ЩМК, видов 3б и 3в по 3 ЩМК и вида 4 в 2-х ЩМК. В 13 крепях с секциями ПО-(2+2) траектории вида 3а установлены для 5 ЩМК, вида 3в для 4-х ЩМК, вида 3б - для 2-х ЩМК и вида 4
- для двух типов ЩМК. В крепях с секциями ПО-(1+1) по одному типу ЩМК относится к видам траекторий соответственно 2, 3б и 4.
Выводы:
1. Важной классификационной характеристикой ЩМК ПОТ является вид траекторий характерных точек перекрытия в пределах рабочих диапазонов раздвижности крепи, завися-
щий от параметров шарнирного четы-рехзвенника.
2. Документом, отражающим вид траектории и особенности четырехзвенного механизма, следует считать кинематический паспорт ЩМК. Установленные кинематические паспорта можно использовать в качестве банка данных при проектировании крепей.
3. Качество силового взаимодействия с вмещающими породами и формирование внутрисекционных нагрузок для проектируемых или приобретаемых по импорту ЩМК необходимо оценивать с учетом их кинематических паспортов.
4. В угольной промышленности
Украины, где 74 % отрабатываемых шахто-пластов мощностью более 0,8 м характеризуется малоустойчивыми и неустойчивыми породами непосредственной кровли, кроме
ЩМК КД80, КД90 с секциями ПО-(2+2) могут найти применение и крепи ПО-(0+2) с траекторией вида 1 и рабочим сопротивлением, соответствующим классу кровли по об-рушаемости с учетом допустимых давлений на почву и кровлю пласта.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Игнатьев Ф.Д., Страхов В.М. Методика расчета предельных величин сопротивления щитовых механизированных крепей с учетом сил трения // ИГД им. А. А. Скочинского, 1979. - 27 с.
2. Крумнакер И. Нагрузка, конструкция и напряжение материала щитовой механизированной крепи // Глюкауф, 1993, №3-4, -с. 13-18.
3. Мышляев Б.К. Состояние механизации очистных работ за рубежом // Уголь, 1998, №5, - с. 63-66.
4. Мышляев Б.К. О направлении развития техники и технологии очистных работ на шахтах РФ // Уголь, 1999, №4, - с. 39-43.
5. Гуляев К.В., Гуляев В.Г. Аналитический метод анализа кинематических и силовых параметров щитовых механизированных крепей // Уголь Украины, 1998, №5, - с. 42-44.
6. Гуляев К.В., Гуляев В.Г., Семенченко А.К. Каталог кинематических паспортов щитовых крепей и их классификация // Науковий вісник національної гірничної академіі України, 1999, №°2, - с. 63-66.
7. Гуляев К.В., Семенченко А.К. Кинематические характеристики щитовых крепей и их влияние на формирование внутрисекци-онных нагрузок // Труды Донецкого государственного технического университета. Вып.7, Донецк, 1999, - с. 89-96.
8. Гуляев К.В., Гуляев В.Г., Лаптев В.Г., Влияние кинематики щитовых механизированных крепей на взаимодействие их с кровлей // Уголь Украины, 1998, №8-9, - с. 47-50.
Гуляев К.В. асиираш, кафедра «Горные машины», Донецкий юсударсжсннмй юхниче-ский универстет Украина.
Семенченко А.К. профессор, докюр ю.хничсски.х наук, кафедра «Горные машины», До-
Файл:
Каталог:
Шаблон:
Заголовок:
Содержание:
Автор:
Ключевые слова: Заметки:
Дата создания:
Число сохранений: Дата сохранения: Сохранил:
Полное время правки: Дата печати:
При последней печати страниц: слов: знаков:
ГУЛЯЕВ
в:\С диска по работе в универе\01АВ_20\01АБ4_00\ВСЕ С:\и8еге\Таня\ЛррБа1а\Коат^\Мюго80й\ШаблоныШогта1Ло1т УДК 622
Гитис Л.Х.
20.04.2000 9:03:00 11
26.04.2000 12:30:00 Гитис Л.Х.
33 мин.
04.12.2008 16:33:00 4
1 716 (прибл.)
9 787 (прибл.)
