CC BY
36
ля от массива, а следовательно снижает энергоемкость разрушения угля в 2-2,5 раза. Уменьшается запыленность воздуха, что увеличивает безопасность ведения горных работ. Значительно повышается выход сортовых углей, что увеличивает экономический эффект от добычи. Стабилизируется динамика выделения метана из отбитого угля и угольного массива. Одношнековый комбайн по сравнению с двушнековым имеет более компактный размер, что позволяет ему, как и стругу, зарубываться «в лоб» забоя, избегая косых заездов. Трудоемкость работ на концевых участках уменьшается в 2 раза, что
1. Артемьев В.Б., Меркулов А.В. Состояние и развитие угольной отрасли Гуковского региона // Уголь. -2002. - №8.
2. Буссманн X., Нинхаус К. Перспективы комбайновой выемки угля на тонких пластах// Глюкауф. - 2000. -№2(3). - С. 19-25.
3. Измалков А.В., Лаврухина Л.Я., Попов С.Ф., Ли-манский А.В. Перспективы развития высокопроизводительных энергосберегающих технологий выемки пологих пластов на шахтах России // Сборник научных сообщений ННЦ ГП - ИГД им. А.А. Скочинского. - 2004. -№328. - С. 65-73.
4. Разумняк Н.Л., Мышляев Б.К. Основные направления развития технологий и средств комплексной ме-
соответственно сокращает численность персонала в забое и существенно повышает уровень производительности труда. В отличие от струга одношнековый комбайн мобилен, благодаря чему он легче преодолевает геологические нарушения. Таким образом, отличительной особенностью выемочных комбайнов с малым захватом является то, что они сочетают в себе достоинства струговой и комбайновой выемочной техники. Следовательно, применение этих выемочных машин для отработки тонких пологих угольных пластов является перспективным.
---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ханизации очистных работ для отработки пологих угольных пластов// Уголь. - 2001. - №6.
5. Прогнозный каталог шахтопластов Донецкого угольного бассейна с характеристикой горногеологических и горнотехнических факторов на 1995 и 2000 г.г., М., 1991.
6. Прогнозный каталог шахтопластов Кузнецкого угольного бассейна с характеристикой горногеологических и горнотехнических факторов на 1995 и 2000 г.г., М., 1991.
7. Обобщение и систематизация производственно -технической отчетности по акционерным обществам, компаниям и государственным предприятиям угольной промышленности за 2004 год. М., Росинформуголь.
Коротко об авторах -----------------------------------------------------------------
Лиманский А.В. - мл. научный сотрудник лаборатории «Технология и механизация горных работ»), инженер, (ННЦ ГП - ИГД им А. А. Скочинского.
------Ф
Ъ-------
------------------------------------------ © Г.И. Соловьев, 2005
УДК 622.831 Г.И. Соловьев
О НОВОЙ КОНЦЕПЦИИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ВЫЕМОЧНЫХ ВЫРАБОТОК В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ ОЧИСТНЫХ РАБОТ
Семинар № 11
"П азработка угольных пластов в слож--шГ ных условиях глубоких шахт Донбасса сопряжена с необходимостью выполнения значительных объемов ремонтных работ из-за несоответствия параметров применяемых способов и средств обеспечения устойчивости подготовительных выработок специфике проявлений горного давления в зоне влияния очистных работ. Характерными проявлениями горного давления в этих выработках, наряду со значительными выдавливаниями почвы, являются неравномерные и интенсивные смещения пород кровли и боков выработки. Существенное влияние на общее состояние выемочных выработок, поддерживаемых в зоне вредного влияния очистных работ, оказывает неравномерность и асимметричность проявлений горного давления в продольно-поперечном направлении в различных технологических зонах их эксплуатации. Кроме того, применяемые в настоящее время арочные податливые крепи даже при использовании спецпрофилей с повышенной несущей способностью (например, Р-27 или Р-33) отличаются низкой сопротивляемостью изгибным деформациям как профиля крепи, так и всего ее комплекта. Отсутствие эффективных продольных связей между комплектами крепи по длине выработки приводит к тому, что в зоне влияния очистных работ 2/3 всех полосовых стяжек по кровле и бокам выработки разорваны и каждая рама крепи, воспринимая повышенные нагрузки, работает как самостоятельная
пространственная конструкция. Анализ результатов исследований поведения
комплектов арочной крепи в продольнопоперечном направлении подготовительной выработки показывает [1, 2], что во многих случаях арки нагружены и перегружены лишь на отдельных участках своего периметра и простирания, что весьма негативно сказывается на характере их работы за счет образования точечных концентрированных нагрузок и изгиб-
благоприятных условия работы комплектов крепи необходимо усиливать продольную связь между комплектами с целью объединения их в пространственную конструкцию для перераспределения повышенной нагрузки между рамами по длине выработки. Основная идея обеспечения устойчивости интенсивно деформирующихся выемочных выработок глубоких шахт в зоне влияния очистных работ заключается в использовании возможности управления протеканием синергетическими процессами в приконтурном породном массиве для создания в нем зон с пониженным горным давлением за счет консолидации и стабилизации работы разрозненных комплектов основной крепи
Продольно-жесткая крепь усиления (рис. 1), разработанная сотрудниками ДонНТУ [3-5], представляет собой сложную пространственную и статически неопределимую конструкцию, характер работы которой в различных горно-геологических условиях еще недостаточно изучен. В настоящее время эта крепь усиления проходят широкую апробацию на шахтах “Южнодонбасская №3”, им. Е.Т. Абакумова (ГП «Донецкая угольная энергетическая компания»), им. А.А. Скочинского, им. М.И. Калинина (ГП «Донецкая угольная коксовая компания»). Наряду с натурными наблюдениями, продолжаются аналитические исследования совместной работы основной и усиливающей крепей в различных условиях поддержания выемочных выработок.
В основу теоретических исследований [3, 4], выполненных с использованием метода сил, была положена математическая модель крепи усиления, как (п-2) раза статически неопределимой конструкции (где п - число элементов крепи), решаемой на основе метода сил. Проведенные исследования позволили изучить характер и особенности работы элементов продольно-жесткой крепи усиления при различных нестационарных режимах нагружения и выяснить механизм перераспределения горного давления на менее нагруженные секции [3]. В целом результаты экспериментальных наблюдений и теоретических исследований имели хорошее согласование.
При проведении натурных исследований было установлено, что применение продольножесткой крепи усиления позволяет в 2-2,5 раза
Рис. 1. Схема распределения нагрузки на 9 соседних комплектов крепи
снизить смещения крепи при значительном улучшении состояния и целостности пород кровли.
С геомеханической точки зрения подобный эффект можно объяснить изменением механизма взаимодействия породных отдельностей приконтурной части непосредственной кровли с основной крепью выработки при наличии жестко-каркасной связи ее комплектов.
Механизм “выключения” из работы отдельных элементов и перераспределения нагрузки можно объяснить на основе механики разрушения пород кровли. Первоначально целостные породы непосредственной кровли по мере проседания опор крепи разрушаются и растрескиваются на отдельные соизмеримые по величине элементы, которые можно рассматривать как дискретную распорную или с некоторым допущением псевдосыпучую среду. Подобное положение подтверждается гипотезами Г. Лабасса и К.В. Руппенейта [5]. Одной из особенностей движения сыпучих материалов является образование и разрушение со временем естественных сводов над просевшими участками.
В арочной крепи при достижении внешней нагрузкой “пороговых” значений отдельные элементы крепи получают значительные разовые смещения (проседания), в результате чего породы непосредственной кровли растрескиваются, превращаясь в дискретную среду и образуют естественный свод, опирающийся на ближайшие соседние элементы и перераспределяющий на них дополнительную нагрузку. В результате эти элементы крепи также оказываются перегруженными и, если нагрузка на них превышает “пороговые” значения, также проседают, вызывая перераспределение нагрузки на другие элементы.
Нагрузки и смещения комплектов крепи
Таким образом, подобное превышение “порога” внешней нагрузки в одном элементе крепи вызывает цепную реакцию разрушения во всей крепи. Механизм данной цепной реакции можно проследить на следующем примере.
Рассмотрим работу участка крепи из девяти секций (рис. 1). Величина первых двух “пороговых” значений внешней нагрузки в долях Р приведена в таблице. Пренебрегая упругими деформациями и предполагая, что величина проседания элементов пропорциональна значениям “пороговых” нагрузок, нагрузим на первом этапе элементы крепи равными внешними нагрузками 0,85Р. При этом элементы 3, 7 и 9 для которых внешняя нагрузка превысила “пороговые” значения проседают соответственно на 0,85(1, 0,85(1 и на 0,8(1. Породы над этими комплектами со временем разрушаются, превращаясь в сыпучую среду и образуют естественные своды, перераспределяющие нагрузку на соседние элементы. Таким образом, на втором этапе внешняя нагрузка превысит “пороговые” значения для 2, 4, 6 и 8 элементов, что вызовет их проседание. Причем для второго элемента внешняя нагрузка превысит два “пороговых” значения. После аналогичного перераспределения на третьем этапе выключаются из работы элементы 2, 4, 6, 7 и 9, а на четвертом - 3, 5 и 8. Величина перераспределения нагрузок и проседания элементов крепи для четырех этапов нагружения приведены в таблице. Очевидно, что каждый этап занимает определенный промежуток времени, величина которого определятся в основном скоростью разрушения пород кровли. Таким образом, в результате превышения “пороговых” значений лишь для отдельных элементов арочной крепи происходит лавинообразное проседание всех элементов. Для предотвращения этого необхо-
Номер элементов крепи
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Р1 шт 1,1Р 0,95Р 0,85Р 1,15Р 1,05Р 0,95Р 0,85Р 1.3Р 0,8Р
Р 2 шт 1,4Р 1,25Р 1,15Р 1,35Р 1,ЗР 1,3 5Р 1,25Р 1,5Р 1,2Р
1 Р1 0,85Р 0,85Р 0,85Р 0,85Р 0,85Р 0,85Р 0,85Р 0.85Р 0,85Р
А1 0 0 0,85(1 0 0 0 0,85(1 0 0,8(1
2 Р 2 0,85Р 1,27Р 0 1,27Р 0,85Р 1.27Р 0 1.27Р 0
Д2 0 2,21 0,85(1 1,15(1 0 0,95(1 0,85(1 0 0,8(1
3 Рз 1,49Р 0 1,27Р 0 2,34Р 0 0 2.34Р 0
Лз 2,51 2,21 2,01 1,15(1 2,351 0,95(1 0,85(1 2,81 0,8(1
4 Ра 0,85Р 0,85Р 0 2,34Р 0 1,27Р 1.27Р 0 1.27Р
Л4 2,5<1 2,2(1 2,0(1 2,5(1 2,35(1 1,9(1 2,2(1 2,8(1 2,0(1
димо, чтобы внешняя нагрузка ни в коем случае не превышала “пороговых” значений ни для одного из элементов крепи, что не всегда целесообразно экономически. Подобный эффект цепной реакции проседания элементов крепи можно назвать “гипотезой слабых звеньев”.
В отличие от обычной крепи продольножесткая усиливающая крепь не допускает значительных смещений отдельных элементов, поддерживая “слабые звенья” за счет жесткого продольного стержня. Поэтому при достижении “пороговых” значений в этих элементах происходят лишь минимальные смещения, равные изгибным деформациям продольного стержня. В результате после нескольких этапов перераспределения нагрузки при минимальных смещениях продольная ось каркасной крепи принимает оптимальное положение, при котором нагрузка ни на один из элементов не превышает “пороговых” значений. Расчет продольно-жесткой крепи в условиях предыдущей задачи показал, что даже при значениях внешней нагрузки равной Р, (что в данном случае соответствует среднему значению первого “порога” для девяти элементов) после 5-6 этапов перераспределения достигается равновесие, при котором нагрузка на каждый элемент меньше или равна первому “пороговому” значению. При этом проседания отдельных элементов крепи оказываются минимальными и не превышают 0,3 [3].
Таким образом оказывается возможным объяснить и спрогнозировать эффект значи-
тельного уменьшения проседания элементов каркасной крепи по сравнению с обычной крепью в равных условиях.
В работе [6] отмечено, что соединение автономных комплектов крепи балкой с различной жесткостью уменьшает деформацию и скорость деформации кровли выработки. Наличие большого числа замеров позволило получить зависимости средних смещений И и скоростей смещений V контура кровли выработки от одного из параметров каркасно-балочной крепи - жесткости балки 1Е на различных расстояниях от лавы (рис 2, 3).
Из графиков рис. 2 и 3 видно, что при увеличении жесткости балки (1Е) значения смещения и скорости смещений кровли уменьшаются, причем максимального эффекта уменьшения скорости смещений мы достигаем на самом технологически важном участке - в створе с лавой, (т.е. там, где обычно скорость смещений максимальна). За лавой скорость смещений смещается вперед по ходу лавы в сторону “недогруженных” комплектов крепи, тогда как на контрольном участке аналогичные комплекты крепи в силу их обособленной работы еще не вступили в работу (рис. 4).
Это позволяет сделать вывод о том, что предлагаемая крепь усиления обладает достаточными силовыми характеристиками для перераспределения нагрузок между соседними комплектами крепи и влияния на деформационные процессы, происходящие вокруг выемочной выработки.
Рис. 2. График зависимостей смещений кровли Н выемочной выработки от жесткости балки 1Е при различных расстояниях Ь от места замера до лавы; за лавой: а - Ь=40м, Ь - Ь=20м, с -Ь=0м;перед лавой: д - Ь=-20м, е - Ь=-40м, f - Ь=-80м, g - Ь=-100м; 1 - 1Е=0, 2 -1Е=218104 Н-м2, 3 - 1Е=436-104 Н-м2.
Рис. 3. График зависимостей скоростей смещений кровли выемочной выработки Уот жесткости балки ІЕ при различных расстояниях Ь от места замера до лавы; за лавой: д - Ь=40м, Ь -Ь=20м, а - Ь=0м; перед лавой: с - Ь= -20м, е - Ь= -40м, f - Ь= -80м, g - Ь= -100м; 1 - 1Е=0, 2 - 1Е=218104 Н-м2, 3 -1Б=436-104 Н-м2.
Рис. 4. Графики средних скоростей смещений контура кровли выработки:
V по длине выработки - Ь на контрольном (а), 1-м экспериментальном (Ь) и 3-м экспериментальном (с) участках
Vcp, мм/сут
-130 -100 •» 0 50 100
Применение жесткой связи комплектов крепи изменяет характер ее взаимодействия с породами зоны неупругих деформаций вокруг выработки, которая идентифицируется как дискретная распорная среда. Физическая модель этого взаимодействия заключается в перераспределении поддерживающего ресурса недогруженных комплектов крепи за счет съема жесткой балкой повышенных нагрузок с перегруженных комплектов и равномерной передачи их на недогруженные комплекты крепи.
Это свидетельствует о положительном эффекте консолидации работы автономных комплектов крепи при их продольножестком усилении и объясняется подавлением неравномерности опускания кровли на ее соседних участках.
Успешная опытно-
промышленная проверка новой крепи усиления позволяет рекомендовать ее для сохранения устойчивости выемочных выработок в зоне влияния очистных работ глубоких шахт, что создает предпосылки для эффективной и безопасной работы современных механизированных комплексов Дальнейшие исследования
будут направлены на установление функциональных зависимостей между параметрами основной и усиливающей крепей для рационального управления синергетическими процессами самоорганизации отдельностей породного контура выемочной выработки для обеспечения ее устойчивости в зоне влияния очистных работ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Каретников В.Н., Клейменов В.Б., Нуждихин А.Г. Крепеление капитальных и подготовительных горных выработок. Справочник. - М.: Недра, 1989. - 571с.
2. Долгун А.И., Сдобников П.В. Исследование напряженного состояния металлической арочной крепи пространственной конструкции // Шахтное строительство. 1990. №11. -С. 23-24
3. Бондаренко Ю.В., Татьянченко А.Г., Соловьев Г.И., Захаров B.C. Разработка математической модели
процесса деформирования контура выработки при использовании каркасной крепи усиления // Известия Донецкого горного института. 1998. №2. - С. 92-97.
4. Соловьев Г.И., Сытник А.Ф., Кублицкий Е.В. Экспериментально-аналитический метод определения параметров усиливающей крепи // Сборник трудов УП-й международной научно-технической конференции “Машиностроение и техносфера на рубеже XXI века”. Донецк-Севастополь. 2000. - С. 186-191.
5. Руппенейт КВ. Некоторые вопросы механики горных пород. М.; Углетехиздат, 1952.
6. Бондаренко Ю.В., Соловьев Г.И., Захаров B.C. Изменения деформаций контура кровли выемочной вы-
работки при использовании каркасной крепи усиления // Известия Донецкого горного института. 1999. №1. - С. 66-70.
Коротко об авторах ----------------------------
Соловьев Г.И. - доцент, кандидат технических наук, ДонНТУ.
-------------------------------- © В.А. Потапенко, М.Н. Серебряный,
2005
УДК 622.272
В.А. Потапенко, М.Н. Серебряный
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СЕТЕВАЯ СИСТЕМА МОНИТОРИНГА ОТРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ ШАХТ РФ МЕХАНИЗИРОВАННЫМИ КОМПЛЕКСАМИ
Семинар № 11
ТУ ОАО ПНИУИ разработана компью--Я-М терная программа "Автоматизированной информационной сетевой системы мониторинга отработки угольных пластов шахт РФ механизированными комплексами"
Функционально система представляет собой разделенную сетевую систему с общей для всех рабочих станций базой данных, в которой осуществляется накопление вводимых данных, и интерфейсная программа, посредством которой производится ввод, корректировка и анализ собираемой информации.
Оптимально для обеспечения сохранности данных общую базу устанавливают на сетевой диск общего доступа (файл-сервер), а интерфейсная программа копируется на рабочие
станции локальной сети, с которых предполагается производить ввод и анализ данных. Число рабочих станций, одновременно участвующих в обработке данных, ограничивается только возможностями локальной сети.
Автоматизированная система обеспечивает сбор, накопление, передачу и обработку информации на иерархических уровнях (шахта -акционерное общество - центр сбора информации). При этом формируются и обрабатываются обобщенные базы данных информации на уровне локальных сетей, формирование и передача информации между которыми от уровня к уровню осуществляется в автоматическом режиме средствами электронной связи.
