Выбор механизированной крепи очистного забоя на персональном компьютере Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© Е.П. Брагин, 2002

УДК 622.284

Е.П. Брагин

ВЫБОР МЕХАНИЗИРОВАННОЙ КРЕПИ ОЧИСТНОГО ЗАБОЯ НА ПЕРСОНАЛЬНОМ КОМПЬЮТЕРЕ

П

рактика подземной разработки угольных месторождений показывает, что эффективность работы очистных забоев в значительной степени определяется правильным выбором средств комплексной механизации очистных работ и в первую очередь базового оборудования механизированного комплекса - механизированной крепи. При существующем многообразии механизированных крепей на мировом рынке горной техники особое значение приобретает вопрос о выборе крепи в полной мере соответствующей конкретным горно-геологическим и горно-техническим условиям очистного забоя.

На кафедре ПРПМ МГГУ в течение ряда лет при выполнении студентами письменных работ, разработке технологических схем и курсовом проектировании выбор механизированных крепей осуществляется с использованием компьютерного моделирования.

В процессе решения задачи осуществляется формулирование и подготовка исходных условий, необходимых и достаточных для характеристики очистного забоя, угольного пласта и вмещающих пород, выполняются все необходимые действия по компьютерному моделированию в соответствии с методическими указаниями [1, 2] и по требованию разработанной программы для ПЭВМ [3]. Конечной целью является выбор из базы данных, включающей 64 механизированные крепи современного мирового научно-технического уровня, рациональной крепи, в наибольшей степени соответствующей техническим. а также иным условиям конкретного очистного забоя.

Структура информационного обеспечения задачи приводится на рис. 1-3.

Внесистемные исходные данные, характеризующие за-

с_

с

Структура информационного обеспечения

Внесистемные исходные данные

»

о і о і •

*

Средняя мощность пласта Отклонения мощности от среднего знения.

Угол падения пласта. Прочность пород кровли на изгиб.

Ш Средняя плотность пород кровли.

Ш Прочность нижних слоев пород кровли на вдавливание.

Ш Прочность пород почвы на вдавливание.

Ш Длина лавы.

данные условия очистного забоя. угольного пласта и вмещающих пород, вводятся исполнителем с клавиатуры, а внутрисистемные, относящиеся к крепям и условиям их применения, входят в базу данных по крепям и используются автоматически в соответствии с программой по мере выполнения предусмотренных процедур.

Разработанная в среде ТУРБОПАСКАЛЬ и в настоящее время скорректированная и усовершенствованная программа выбора крепи позволяет использовать современные технические средства компьютерного моделирования.

Графические материалы выполнены с использованием редакторов Story Board и Paint.

Укрупненная схема решения задачи ясна из приведенной на рис. 4. блочной структуры программного обеспечения.

В качестве примера работы программы осуществляется выбор рациональной механизированной крепи очистного

с_

<-

Структура информационного обеспечения

Внутрисистемные

Ш Тип крепи.

Ш Минимальная и максимальная мощности пластов.

Ш Запас хода крепи на разгрузку и распор.

Ш Длина перекрытия крепи.

Ш Удельное

сопротивление крепи

исходные данные

J Угол падения пласта.

|J Max. и min.

конструктивные высоты.

J Расстояние от козырька до забоя.

J Расстояние от забоя до стоек.

J Удельное давление на почву и на кровлю.

J Длина крепи в поставке.

Внутрисистемные данные (продолжение).

Г орно-геологические ' параметры. г Ш Характеристика а угольного пласта и вмещающих пород. Элементы залегания ~ пласта.

•

^ Ш Характеристика очистного забоя.

Ш База данных крепей.

Ш Характеристика элементов крепей, условий их применения и взаимодействия с выемочной машиной.

Рис. 1. Внесистемные исходные данные Рис. 2. Внутрисистемные исходные данные Рис. 3. Внутрисистемные данные (продолжение)

і

і

Рис. 6. С:

расположения крепи в

■*

Г*

1 •

• г

I»

I *

♦ I

[• I ■ •

. • _ ф

Структура программного обеспечения

Выбор механизированной крепи для очистного забоя

исходных

данных

Отбор крепей по нагрузке

Отбор крепей по мощности пласта Отбор крепей по конструктивным высотам

Отбор крепей по вдавливанию элементов Отбор крепей по длине лавы

Отбор крепей по углу падения пласта

полученных

результатов

Рис. 4. Укрупненная схема решения задачи

забоя для конкретных условий. Предусматривается следующий порядок выбора крепи.

1. На основе имеющейся геологической и маркшейдерской документации устанавливаются необходимые для выбора крепи внесистемные исходные данные. Для условий примера принимаются данные, характерные для разработки пологого пласта средней мощности:

Средняя мощность пласта в пределах поля, м......3.0

Возможное отклонение мощности от среднего значения в

пределах поля, м...........................0.1

Угол падения пласта, град.............................8

Прочность пород кровли на изгиб, МПа............0.01

Средняя плотность пород кровли, т / куб. м......2.5

Прочность нижних слоев пород кровли на вдавливание,

МПа.............................................2.1

Прочность пород почвы на вдавливание, МПа.......1.1

Длина лавы, м........................................180

2. Исполнителем осуществляется загрузка системы, программы и характеристики всех механизированных крепей, находящихся в базе данных.

3. Открывается файл "glavnuy.exe". На экране появляется окно с названием работы. Приводятся данные о руководителе работы, программисте и исполнителе.

4. На экран выводится типовая схема с сечениями очистного забоя, поясняющая исходные условия (рис. 5). Указывается, как можно получить копию экрана на бумаге. Программа предусматривает возможность вывода материалов на печать через "Print Screen" и "Word".

Типовая схема исходных условий

5. По запросу программы вводятся с клавиатуры подготовленные ранее внесистемные исходные данные.

6. В соответствии с методикой и программой начинается поэтапный выбор механизированной крепи с отбора из внутрисистемной базы всех крепей, соответствующих условиям ПО МОЩНОСТИ ПЛАСТА. Выводится математическая модель отбора крепей по мощности и таблица с перечнем крепей и для каждой крепи вынимаемой мощностью пласта по характеристике и расчету. Для условий примера из находящихся в базе данных 64 крепей по мощности пласта соответствуют условиям 18 механизированных крепей производства России, стран СНГ и Польши.

7. Выводится на экран математическая модель выбора механизированных крепей ПО КОНСТРУКТИВНЫМ РАЗМЕРАМ, учитывающая опускание кровли в очистном забое и работу крепей в режиме заданной деформации. Выбор по конструктивным размерам предусматривается из числа крепей, отобранным на предыдущем этапе (соответствующих условиям по мощности пласта).

8. Выводится таблица отобранных в соответствии с математической моделью механизированных крепей, отвечающих условиям по конструктивным размерам, а также их минимальные и максимальные конструктивные размеры по характеристике и расчету. Для условий примера по этому фактору соответствуют условиям 11 механизированных крепей.

9. Отобранные по конструктивным размерам крепи проверяются ПО ЗАДАННОМУ УГЛУ ПАДЕНИЯ, в данном случае 8 градусов с выводом результатов проверки на экран дисплея. В условиях примера все 11 механизированных крепей соответствуют этому фактору. В таблице приводятся значения угла падения по характеристике крепи и условиям.

10. Выполняется проверка отобранных механизированных крепей ПО НАГРУЗКЕ НА КРЕПЬ. Условиями взаимодействия секций крепи с породами кровли принимается, что крепь удерживает в режиме заданной нагрузки блок пород кровли с зависающей консолью. Каждая секция крепи несет нагрузку от блока пород шириной, равной шагу установки секций. В стойках крепи возникают силы реакции, уравновешивающие силы горного давления. На экран выводится порядок расчета и расчетные формулы для осуществления отбора механизированных крепей, удовлетворяющих нагрузке на крепь.

11. Выводится таблица с указанием механизированных крепей, удовлетворяющих условиям отбора, а также значений расчетной нагрузки на крепи и удельных сопротивлений крепей по техническим характеристикам. Для условий примера в таблице остается 10 механизированных крепей.

12. Выполняется проверка механизированных крепей ПО ВДАВЛИВАНИЮ ОПОРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ. Выводится информация, необходимая для осуществления отбора механизированных крепей и расчетная формула для определения удельных давлений на кровлю и почву.

13. На экран выводится таблица с указанием механизированных крепей, удовлетворяющих условиям отбора, заданных значений прочности пород кровли и почвы, расчетных значений удельных давлений опорных элементов на кровлю и почву и удельных давлений по техническим ха-

Рис. 5. Типовая схема очистного забоя

рактеристикам крепей. Для условий примера по вдавливанию опорных элементов соответствуют условиям лишь 4 механизированные крепи прозводства Польши.. Это 3 типоразмера крепей Пиома и 1 типоразмер крепи Фазос.

14. Производится отбор механизированных крепей ПО ДЛИНЕ ЛАВЫ. Длина крепей в поставке должна быть не менее заданной длины лавы. На экран выводится таблица крепей, а также их длина по характеристике и требованиям. По условиям примера все 4 крепи соответствуют исходным условиям.

15. Выводится итоговая таблица механизированных крепей, соответствующих всем техническим условиям, а также основные характеристики отобранных по техническим факторам крепей. По условиям примера всем техническим факторам соответствуют 4 механизированные крепи производства Польши. При окончательном решении по выбору крепи из оставшихся в итоговой таблице принимается во внимание возможное наличие крепей на шахте, возможность их получения, стоимость, трудоемкость доставки, монтажа и эксплуатации и дополнительные факторы, которые могут возникнуть в конкретных случаях. Для заданных исходных условий с учетом технических, организационных и экономических факторов рациональной принимается механизированная крепь Пиома 25 / 45 Оз Польша. Номер выбранной крепи вводится с клавиатуры по запросу программы.

16. На экран выводится поперечное сечение очистного забоя с выбранной механизированной крепью, конвейером и выемочной машиной, в данном случае комбайном (рис. 6). На этом выбор механизированной крепи заканчивается.

Основные выводы.

1. Использование разработанных методик, программы и информационной базы данных обеспечивает возможность выбора на персональном компьютере рациональных механизированных крепей очистных забоев для конкретных горно-геологических и горно-технических условий.

2. Программное обеспечение позволяет осуществлять выбор механизированной крепи с учетом всех основных технических факторов, оказывающих влияние на эффек-

Выбранная механизированная

тивность работы очистного забоя. Блочная структура программы позволяет также при необходимости вводить дополнительные факторы и условия, определяющие рациональность выбираемой механизированной крепи.

3. Внутрисистемная база данных, включающая 64 механизированные крепи, выпускаемые разными странами, позволяет обеспечить выбор механизированной крепи для конкретных условий на современном научно-техническом уровне. При разработке и появлении на мировом рынке механизированных крепей нового технического уровня база информационного обеспечения может быть дополнена и скорректирована.

4. Учитывая обширную потребность в определении соответствия применяемой техники конкретным условиям, приведенный способ, методика и средства, обеспечивающие учет основных влияющих факторов и возможности мирового рынка техники, могут быть также использованы проектными и контролирующими организациями при проектировании очистных работ и экспертных оценках принимаемых технических решений в области подземной разработки угольных месторождений.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Васючков Ю.Ф., Брагин Е.П. Выбор механизированных комплексов с учетом повышения безопасности горных работ. Безопасность труда в промышленности № 11, 1996, с. 25-28.

2. Васючков Ю.Ф., Брагин Е.П. Методика выбора очистного механизированного комплекса для конкретных горно-

геологических условий. ГИАБ МГГУ, 1998, Вып. 1, с.20-26.

3. Брагин Е.П., Вечера В.Н., Мельникова НМ. Разработка программы автоматизированного выбора и обоснования рациональных механизированных крепей для конкретных горно-геологических условий. Горное дело. Труды Карагандинского поли-

технического института, В. 1., 1993, с. 2026.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Брагин Е.П. — профессор, доктор технических наук, Московский государственный горный университет.