CC BY
42
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»
