Особенности взаимодействия щитовых механизированных крепей с однорядным расположением стоек с вмещающими породами Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

---------------------------------------- © В.А. Матвеев, Ю.В. Турук,

2005

УДК 622.272:622.28

В.А. Матвеев, Ю.В. Турук

ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЩИТОВЫХ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ КРЕПЕЙ С ОДНОРЯДНЫМ РАСПОЛОЖЕНИЕМ СТОЕК С ВМЕЩАЮЩИМИ ПОРОДАМИ

Семинар № 11

риведен анализ конструкций одно-

-Л.Ж рядных и двухрядных щитовых механизированных крепей, определены их преимущества и недостатки. Сформулированы направления оптимизации конструкций механизированных крепей с однорядным расположением стоек.

Механизированные комплексы в настоящее время являются, и в ближайшем будущем останутся основным средством механизации очистных работ.

Поэтому основным направлением дальнейшего развития комплексной механизации очистных работ является создание более производительных механизированных и автоматизированных комплексов нового технического уровня и повышение эффективности их эксплуатации.

Эффективность работы механизированных комплексов в значительной степени зависит от состояния и работоспособности механизированной крепи.

Основная функция механизированной крепи состоит в поддержании и сохранении целостности непосредственной кровли, то есть -предотвращении расслоения и образования вывалов породы в призабойном пространстве, а также в обеспечении требуемой скорости крепления в экстремальных ситуациях.

Поэтому по способу и характеру взаимодействия с кровлей пласта в комплексномеханизированных очистных забоях механизированные крепи разделяются на три типа: поддерживающие, поддерживающе-огради-

тельные и оградительно-поддерживающие [1]. Последние два типа имеют ещё общее название

- щитовые.

В настоящее время в мировой практике имеется большое разнообразие конструктивных схем секций механизированных крепей, но

наиболее широкое применение получили однорядные (двухстоечные) и двухрядные (трех-или четырехстоечные) щитовые поддержи-вающе-оградительные механизированные крепи.

Основным достоинством секций щитовой крепи является то, что они воспринимают параллельные напластованию нагрузки, неизбежно возникающие при преодолении вывалов и выступов в кровле без повреждений.

Не менее важным является наличие в таких крепях связей между перекрытием и основанием, обеспечивающих передачу как сжимающих, так и растягивающих усилий. Это позволяет создавать на конце консольной части перекрытий повышенное поджатие нижних слоев кровли даже при значительном разрушении их над завальной частью перекрытий.

Конструктивная схема секции крепи влияет на величину равнодействующей сопротивления секции, передаваемой её стойками кровле. Так в однорядной двухстоечной секции крепи величина, и направление равнодействующей сопротивления секции зависит от положения стоек, их наклона, момента вращения, создаваемого угловым гидроцилиндром и пространственного положения рычагов, соединяющих заднее ограждение с основанием.

Кроме этого наличие силового углового гидроцилиндра в однорядной секции, соединяющего перекрытие с задним ограждением секции крепи обеспечивает возможность в ограниченных пределах изменять силовую схему передачи нагрузок от стоек к кровле.

При таких условиях однорядная двухстоечная секция щитовой крепи с угловым гидроцилиндром между перекрытием и ограждением отличается от других щитовых крепей более коротким перекрытием, но более длинной консольной частью. Каждый участок кровли при

передвижке секции с потерей контакта подвергается чередующимся разгрузкам и нагрузкам всего лишь 4-5 раз.

В двухрядной четырехстоечной секции щитовой крепи равнодействующая сопротивления приложена к перекрытию на большем расстоянии от забоя, чем в однорядной секции щитовой крепи. Перекрытие имеет соответственно большую длину и, следовательно, кровля при передвижке секции подвергается большему числу разгрузок и нагрузок в пределах призабойного пространства, чем при однорядной секции крепи.

Но в этой схеме при раздельном управлении рядами стоек можно легко менять точку приложения равнодействующей сопротивления крепи по ширине призабойного пространства и, в частности, обеспечивать достаточно высокое сопротивление консольной части перекрытия на контакте с кровлей.

Имеется возможность организации прохода для людей между рядами стоек, и в критических ситуациях (геологические нарушения, ложная кровля) два ряда стоек позволяют приблизить к забою первую точку силового контактирования перекрытия с кровлей.

В последние годы при создании механизированных комплексов для очистных забоев определилась тенденция к переходу на секции крепи с однорядным расположением стоек. При этом предполагается получить преимущества в некотором упрощении конструкции и, возможно, в металлоемкости крепи на 1 м длины очистного забоя. Сравнительный анализ конструкций и опыта эксплуатации механизированных крепей с однорядным (типа М137, «Донфалия»,.КМП) и двухрядным (типа КД80 и КД90) расположением стоек показал:

- реального снижения металлоемкости в однорядной конструкции крепи в сравнении с двухрядной нет. На пластах мощностью от 0,8 до 1,3 м она имеет уровень 4,4 - 6 т/м у двухрядной крепи и 5,3 - 5,6 т/м у однорядной;

- в очистных забоях с однорядным расположением стоек существенно увеличилось расстояние от забоя до ближайшего ряда стоек (с 2,2 - 2,6 м до 2,7 - 3,3 м).

Последнее обстоятельство продолжило тенденцию к увеличению расстояния от забоя до равнодействующей сопротивления крепи при разработке новых конструкций крепей в последние годы, что негативно сказывается на поддержании первичных обнажений кровли. При удовлетворительном взаимодействии од-

норядных крепей с легко- и среднеуправляемой кровлей наблюдается резкое ухудшение состояния кровли на участках со слабой кровлей или почвой и возникают проблемы с управлением секцией крепи в вертикальной плоскости.

Это дает основание для вывода, что однорядные щитовые секции крепи более чувствительны к изменениям горно-геологи-ческих условий, чем двухрядные. Увеличенная длина забойной консоли перекрытия не всегда обеспечивает эффективное управление массивом кровли из-за недостаточной жесткости перекрытия. Особенно это относится к секциям крепи с минимальной конструктивной высотой 600 - 630 мм. Поэтому при их создании требуется более тщательный расчет конструкции. Однорядные конструктивные схемы секций механизированных крепей наилучшим образом оптимизируются для одного класса горногеологических условий, преимущественно для легкоуправляемой или среднеуправляемой кровли [2].

В настоящее время остро стоит вопрос повышения адаптивности механизированных крепей к горно-геологическим условиям их эксплуатации. С механизированными комплексами в нормальных условиях лавы имеют высокие нагрузки и могут обеспечить рентабельность разработки угольных месторождений, но в сложных условиях (неустойчивая и весьма неустойчивая кровля, слабая почва, геологические нарушения) их производительность резко (в несколько раз) падает. Заводами угольного машиностроения не выпускаются механизированные крепи для шахтопластов с неустойчивыми кровлями, оборудованные выдвижными передними консолями, позволяющими уменьшить площадь и время поддержания обнаженной кровли после прохода выемочной машины. Это приводит к дополнительным потерям рабочего времени на крепление кровли при вывалах породы и засорению угля, что является одной из причин повышения его зольности.

Кроме этого эффективная работа механизированных крепей возможна лишь при отсутствии вдавливания оснований секций механизированной крепи в почву пласта. В настоящее время основным критерием применимости механизированной крепи по фактору удельное давление на почву пласта является значение средних удельных давлений. Однако как показывает практика, ориентация на средние давления не соответствует реальным условиям работы механизированных крепей. Выбор щитовых

механизированных крепей по фактору взаимодействия с почвой пласта должен производиться по максимальным напряжениям на конце забойной части основания.

Все это свидетельствует о том, что некоторые ожидаемые преимущества механизированных крепей с однорядным расположением стоек пока не реализуются в полной

1. Докукин А.В., Коровкин Ю.А., Яковлев Н.И. Механизированные крепи и их развитие. - М.: Недра, 1984. - 288 с.

2. Турук Ю.В. Повышение эффективности струговой выемки антрацитовых пластов на основе

мере, и требуется серьезная работа по оптимизации их конструкций в направлении:

- сокращения расстояния от забоя до равнодействующей сопротивления секции;

- более эффективного управления секцией крепи в вертикальной плоскости;

- снижения контактных напряжений в почве под передней частью основания.

--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

совершенствования средств управления кровлей. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Новочеркасск: 2004, - 141 с.

— Коротко об авторах ---------------------------------------------------------------------------

Матвеев Валентин Александрович - доктор технических наук, профессор,

Турук Юрий Владимирович - ассистент,

кафедра «Разработка пластовых месторождений», Шахтинский институт (филиал) Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института).

----------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ

ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ

Автор Название работы Специальность Ученая степень

СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

МАТВЕЕВА Людмила Ивановна Выбор и обоснование конструктивных параметров малогабаритных погружных пневмоударников 05.05.06 к.т.н.

РУХЛИН Георгий Владимирович Защита окружающей среды утилизацией отходов минерального сырья 25.00.36 к.т.н.

--------Ф

^----------

----------------------------------------------- © Н.Н. Касьян, А. О. Новиков,

Ю.А. Петренко, Н.А. Овчаренко,

2005

УДК 622.016.3.112.3