CC BY
28
УДК 622.285.001.7
Ю.В. Старовойтов
ИССЛЕДОВАНИЕ СИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ КРЕПИ БС-2.1П С ПОРОДАМИ КРОВЛИ НА СТАРОБИНСКОМ МЕСТОРОЖДЕНИИ КАЛИЙНЫХ СОЛЕЙ
Семинар № 17
1ТЛ алийная промышленность Республики
XV Беларусь занимает одно из ведущих мест в мире. Это оказалось возможным благодаря интенсивному внедрению разнообразных средств механизации для добычи калийных руд. Рудники РУП «ПО «Беларуськалий» представляют собой высокомеханизированные производства, где уровень механизации производственных процессов составляет 95 %.
Основными технологическими схемами ведения горных работ в условиях Старобинского месторождения приняты столбовые системы с двухслоевой, однослоевой и селективной отработкой калийных пластов. Удельный вес добычи калийной руды столбовыми системами в настоящее время составляет 85 % от общего объема. В качестве основного добычного оборудования для данных систем используются высокомеханизированные очистные комплексы.
С целью расширения области применения столбовых систем разработки и повышения их технико-экономических показателей в начале 70-х годов были начаты работы по созданию очистных механизированных комплексов для условий Старобинского месторождения. Однако, эти работы велись крайне медленно и неэффективно.
Для обеспечения РУП «ПО «Беларуськалий» высокопроизводительной горной техникой у фирм Германии были закуплены очистные комбайны с гидромеханизированными крепями.
Основной технической характеристикой механизированной крепи является ее несущая способность. В связи с этим основной целью проводимых исследований явилось определение нагрузок на крепь при ее взаимодействии с породами кровли. Нагрузки определялись путем замера давления рабочей жидкости в поршневых полостях гидростоек крепи с помощью механических самопишущих манометров.
Исследования проводились в лаве длиной 150 м, оснащенной очистным комбайном ЭДВ-600, гидромеханизированной крепью БС-2.1П и забойным скребковым конвейером ЕКФ-3. Вынимаемая мощность пласта составила около 2,0 м, ширина захвата исполнительным органом комбайна - 0,8 м.
Так как в четырехстоечной крепи поддерживающего типа БС-2.1П забойные стойки, как и завальные, связаны между собой по принципу сообщающихся сосудов, на секцию устанавливалось лишь два датчика: один - в забойном, другой - в завальном углу стоек. Одновременно на этой же секции устанавливались два датчика-самописца для замера просадки крепи. Для сравнительной оценки нагрузок, действующих на крепь в различных точках по длине лавы измерительной аппаратурой были оснащены три секции по концам на расстоянии около 20 м от конвейерного и вентиляционного штреков и посредине лавы.
На рис. 1 и 2 представлены характерные диаграммы изменения давления рабочей жидкости в стойках и высоты секции. Точка 1 соответствует давлению Р0 и высоте секции И0 в начальный момент ее работы после передвижки. Затем нагрузка на секцию плавно возрастает, вызывая упругую деформацию элементов секции. Далее в некоторый момент времени нагрузка на секцию возрастает более интенсивно (точка 2 - Р1 кД что, по-видимому, связано с опусканием горных масс в основной кровле над рабочим пространством. После чего нагрузка вновь изменяется плавно в незначительных пределах. При подходе комбайна к секции крепи нагрузка на нее начинает возрастать более интенсивно (точка 3 - Р2 к2), так как возрастает площадь незакрепленного пространства. Интенсивность роста нагрузки достигает предельного значения после прохода комбайна, когда соседние секции разрушаются при передвижке вслед за комбайном, то есть в момент,
Режим работы секции Место положения секции в лаве Нагрузка на стойку, кН Нагрузка на секцию, кН Несущая способность секции, кН/м2 Давление кровли, МПа
Рі Р2 ц тіп ц тах
Распор секции конв. 447 447 1848 240 0,036 1,41
(начало цикла) середина 513 498 2022 263 0,056 1,51
транс. 503 495 1996 259 0,053 1,49
средн. 488 490 1955 254 0,048 1,47
Обрушение конв. 465 498 1926 250 0,037 1,47
основной середина 513 512 2050 266 0,051 1,54
кровли транс. 525 520 2090 271 0,054 1,56
средн. 501 510 2022 263 0,047 1,52
Выемка ленты конв. 493 526 2038 265 0,039 1,55
ископаемого середина 541 546 2174 282 0,052 1,63
транс. 528 541 2138 278 0,049 1,61
средн. 520 538 2117 275 0,047 1,60
Перед пере- конв. 538 558 2192 236 0,048 1,66
движкой сек- середина 574 607 2362 254 0,047 1,79
ции (конец транс. 561 586 2294 247 0,049 1,74
цикла) средн. 558 584 2283 245 0,048 1,73
предшествующий передвижке исследуемой секции (точка 4 - Р3 к3).
Диаграмма изменения высоты секции с изменением нагрузки, действующей на нее, в какой-то мере копирует диаграмму измерения давления рабочей жидкости в поршневых полостях стойки, что свидетельствует о пропорциональности упругих деформаций элементов секций и самой рабочей жидкости нагрузкам, действующим на секцию. По нагрузочному циклу можно судить о продолжительности выемочного цикла.
По результатам замеров давления рабочей жидкости в стойках были рассчитаны нагрузки, действующие на секцию крепи и определена ее несущая способность [1]. Результаты расчетов
представлены в таблице.
Максимальные нагрузки на секцию крепи наблюдались в середине лавы и превышали номинальные значения по технической характеристике на 8%. Максимальная удельная несущая способность секции (отношение суммарной нагрузки к площади обнаженной кровли) составила 282 кН/м2, что свидетельствует о необходимости применения для выемки калийных руд крепей с рабочим сопротивлением не менее 300 кН/м2.
В настоящее время горнотехнические условия отработки Старобинского месторождения калийных солей в установленных границах шахтных полей существенно изменились. Обработка Второго калийного пласта заканчивается. Основные объемы добываемой калийной руды в ближайшем будущем будут поступать с Третьего калийного пласта, глубина залегания которого на 130-190 м больше. Кроме нарушенное™ горного массива от выемки Второго пласта, нижняя лава испытывает неблагоприятное влияние от опережающей выемки IV слоя Третьего пласта. В данном случае для условий легко- и среднеобрушаю-
Рис. 1. Диаграмма изменения давления рабочей жидкости в стойках крепи в процессе работы комплекса
щихся кровель достаточным является д = 400 кН/м2 [2].
Зная суммарную нагрузку, действующую на секцию крепи и распределение ее между забойным и завальным рядами стоек, можно определить характер распределения нагрузки, действующей на секцию крепи со стороны пород кровли в месте их контакта.
Рис. 2. Диаграмма изменения работы секции крепи в процессе работы комплекса
Рис. 3. Эпюра контактных давлении пород кровли на верхняк крепи БС2.1П
Принятые для расчета крепей нагрузки, распределенные в виде прямоугольника, трапеции или треугольника, в данном случае не отражают действительного распределения усилий между стойками крепи.
Наиболее подходящим законом распределения нагрузки по контактирующим поверхностям верхнего строения исследуемой крепи является парабола. При этом минимальная нагрузка д тп со стороны кровли действует на забойном конце верхняка, а максимальная д тах - на его завальном конце (рис. 3). Зная геометрические соотношения элементов секции крепи и реакции стоек Р1 и Р2, можно для каждого конкретного случая определить значения д тп И д тах.
В таблице даны значения д тпп
и д тах ДЛЯ ИССЛвДуеМОЙ КреПИ В
различных режимах ее работы. Из таблицы видно, что при наиболее тяжелом режиме работы секции (перед ее передвижкой) значения д тп И д тах ДЛЯ раЗЛИЧНЫХ СвКЦИЙ близки их средним значениям (отклонения не превышают 4%). Это позволяет рекомендовать для крепи БС-2.1П, работающей в условиях рудников РУП «ПО «Бе-ларуськалий», в качестве исходной нагрузки параболическую эпюру с параметрами q ш;п = 0,05 МПа и q шах = 1,8 МПа. Обобщая результаты исследований, можно отметить следующее:
- крепь БС-2.1П выгодно отличается от отечественных повышенным усилием распора, что уменьшает деформации и опускание кровли в процессе работы комплекса;
- рационально подобранные геометрические параметры верхнего строе-ния крепи
обеспечивают равномерное распределение нагрузок между стойками секции;
- крепь имеет достаточную несущую
способность для условий разработки калийных месторождений, с легко- и среднеобрушаемой кровлей, обеспечивая удельную нагрузку порядка 400 кН/м2.
1. Крепь механизированная для сопряжений и очистных забоев Старобинского месторождения калийных солей. Методика оценки работоспособности и соответствия параметров условиям силового взаимодействия с боковыми породами: Отчет о НИР (заключит) / Белорусский филиал Всесоюз. науч.-исслед.ин-та галургии. Тул. гос. техн. ун-т., 1991г. - 65 с.
Таким образом, выполненные исследования являются базой для более глубокой разработки рекомендаций по выбору рациональных геометрических параметров и режимов работы гидромеханизированных крепей поддерживающего типа для условий добычи калийных РУД.
---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
2. Петровский Б.И., Поляков А.Л. Некоторые вопросы взаимодей-ствия механизированных крепей с боковыми породами в очистных забоях калийных пластов / Вопросы геомеханики подземной добычи калийных солей: Сб. ст. Горного информационно-
аналитического бюллетеня. М.:МГГУ, 2003. - №10. -84с.
— Коротко об авторах
Старовойтов Юрий Вячеславович - зав. лаборатории диагностики, ЗАО «Солигорский институт проблем ре-сурсосбережений с опытным производством».
----------------------------------------- © В.В. Габов, О.В. Кабанов,
Д.А. Задков, 2004
УДК 621.928.235
В.В. Габов, О.В. Кабанов, Д.А. Задков
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ МЕХАНИЗМА РЕЗАНИЯ ВЫЕМОЧНОГО МОДУЛЯ С ОБЪЕМНЫМ ГИДРОПРИВОДОМ
Семинар № 17
ТЪ ыемочные модули могут применяться -Я-М для отделения угля или другого полезного ископаемого от массива в процессе их добычи или в процессе проведения выработок [1].
В лаборатории кафедры горной электромеханики филиала СПГГИ(ТУ) был разработан и испытан полноразмерный образец выемочного модуля, основными составляющими которого
являются механизмы резания и позиционирования.
Однако многие особенности режимов работы механизма резания модуля остались недостаточно исследованы. Особенностью гидропривода механизма резания является наличие в его системе пневмогидроаккумулятора с запасом потенциальной энергии большей, чем затрачиваемая энергия на осуществление единичного среза. Динамика работы такого механизма при
