автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Исследование и выбор конструктивных и режимных параметров механизированных крепей

V \ 'о

? - СП". Г' "

и ч.1. I 1 Т

УДК. 622.28.043.002.2 На правах рукописи

Жетесова Гульнара Сангаевна

ИССЛЕДОВАНИЕ И ВЫБОР КОНСТРУКТИВНЫХ И РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ

КРЕПЕЙ

Специальность: 05.05.06- Горные машины

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Республика Казахстан Караганда 1998

Работа выполнена в Карагандинском Государственном техническом университете

Научный руководитель; академик Академии Естественных наук Республики Казахстан, доктор технических. наук, профессор Пивень Геннадий Георгиевич.

Официальнью оппоненты: академик Российской Академии Естественных наук, доктор технических наук, профессор Ким Ольгерт Васильевич; кавдидат технических наук, доцент Альтер Игорь Михайлович.

Ведущая организация: Уголышй департамент АО "Испат- Кармет"

Защита состоится 10 сентября 1998 года в 10Р° часов на заседании диссертационного совета Д 14.22.01 при Карагандинском Государственном техническом университете по адресу: 470075, Республика Казахстан, г. Караганда, Б. Мира, 56, главный корпус, конференц-зал.

С птт-осртапгеГг можно ознакомиться в библиотеке Карагандинского Государственного технического унттерштета

Ученый секретарь диосфтационного совета,

^ ¡^Ь^ ?Сдоцент Кьиыров

К.Б.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Основными техническими направлениями развитая угольной промышленности республики предусматривается внедрение очистных механизированных компжксов, обеспечивающих повышение нагрузки на забой, снижение себестоимости угля и улучшение условий труда горняков.

Углздобывяюгцая отрасль отличается высокой кагштадаемкостью по сравнению с другими отраслями и в связи с происходящими изменениями в последние годы работает напряженно и несгабилшо. Не хватает горно-шахгного оборудования на утльных предприятиях, стоимость имеющегося оборудования очень высокая. Произюдшетьность трупа и уровень добычи непрерывно падают. В свете сказанного проблема создания современного крупнотоннажного, -крупногабаритного и ремонтопригодного оборудования, каким является современная механизированная крепь, требует новых инженерных решений, позволяющих изготовлять ее с наименьшими затратами труда и материалзв.

Механизированные крепи нового технического уровня должны прежде всего обеспечивать эффективное поддержание и управление кровлей и защиту призабойного пространства от обрушенных пород в сложных гор-но-геолэгаческих условиях

Цэименение серийных механизированных комплексов в данных условиях приводит к снижению технико-экономических показателей работы оборудования очистного забоя Основной причиной снижения этих показателей при разработке пдасгов с трудноуправляемой кровлей являются интенсивные проявления горного давления в периоды первичных и последующих осанок основной кровли при ударных и динамических воздействиях на крепь. Как следствие;, происходят зажатия или полэмки секций крепей из-за несоответствия их характеристик условиям применения. Увеличивается аварийность металшконструкций секций крепей,. что привод ит к необходимости демонтажа комплексов.

Обеспечение надежной и эффективной эксплуатации механизированных крепей вызывает необходимость разработки новых методов проектирования и прогнозирования их некоторых прочностных характеристик.

Цель работы: установжние конструктивных и режимных параметров механизированных крепей, обеспечивающих повышение прочности и эффективности их работы

Идея работы заключается в установлении необходимой прочности конструкций функвдоналыаых элементов механизированных крепей пута* определения рабочих параметров на основе применения аналитико сгзшсшческих методов с учетом максимальных усилий, установляшых при их эксплуатации.

Задачи работы:

- исследование влияния критических нагрузок на прочность элементов конструкций механизированных »репей;

- прогнозирование основных конструктивных параметров механизированных крепей,

- исследование и выбор режимных параметров механизированных крепей и процессов угледобычи.

Методы исследования. Цж оцеике и обосновании выбора конструктивных параметров механизированных крепей нового технического уровня использовались аналитико-статистические методы^ исследований, базирующихся на методах механики материалов и математической статистики.

Научные положения. Мггоды расчета прочности элементов механизированных крепей должны учитывать деформации крепей, полученные при пластическом изгибе.

Выбор и обоснование прочностных характеристик механизированньк крепей должны производится с учетом корреляционных зависимостей рабочих параметров от вынимаемых мощностей пластов.

Рациональное.функционирование механизированных крепей в современных очистных забоях достигается за счет целевого управления рядом технических и эксплуатационных параметров при их добычном и аварийном режимах работы

Личный вклад автора состоит:

в постановке задач исследований и разработке способов их решений;

в организации и участии в выполнении аналитических и- статистических исследований;

в разработке методики расчета прочности функциональных элементов механизированных крепей оградагелшо-поддерживакяцаго типа;

в передаче результатов ее научных разработок в ГАО "Караганда-гормаш".

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций

обоснована статистическим анализом большого объема производственных данных и установлением закономерностей влияния непрерывных и дискретных факторов на изменение выходных показателей методами парной • корреляции, оцениваемых критериями Сшодеша, теснотой и надежностью связи, согласно теореме АМЛяпунова (вероятностью 0,7-0,9 и относительную погрешность не Гххже 15-20%), использованием фундаментальных пишжений механики материалов и ранением задан на ЭВМ, а также сравнением полученных теоретических значений параметров с установленными при эксплуатации механизированных крепей. .

Научная новизна:

- разработаны математические модели прочности конструкции функциональных элементов механизированных крепей с учетом их деформаци-

\

онньк характеристик на основе применения теории гибки при гавспме-ском изгибе, позволякщие производить многовариантныг расчеты на ЭВМ;

- разработана стадалическая модель прочносшых характеристик механизированных врепей, позволяющая рекомендовать их выбор в зависимости от вынимаемой мощности пдаста;

- разработаны раииональнье технические и экаплуатационньй ггара-метры механизированных крепей при их добычном и аварийном режимах работы .

Практическая ценность работы заключается в разработке методики проектирования механизированных крепей с учетом' полученных д&-формаций при пластическом изгибе^ корреляционных зависимостей прочностных характеристик конструкций элементов крепи от вынимаемых мощностей пластов, а также режимов работы крепи при эксплуатации:

Реализация работы. Основньк положения и результаты исследования приняты АО "Кфагавдагормаш" дая использования при проектировании и конструировании механизированных крепей нового технико-экономического уровня; внедрена на АОЗТ "Каргормаш - ИТЭКС" метод ика расчета прочности функциональных элементов механизированных кре- у пей оградительно- поддерживающего типа

Апробация работы. Результаты исследований и основное содержание диссертации докладывались «а региональной научно-технической конференции "Разработка новых и совершенствование старых средств и способов безопасной вькмки угля в усложняющих условиях", Караганда, 1991 г.; международной научно-пракщчесзкой конференции "Проблемы развития угольной промышленности Республики Казахстан", Караганда, 1993 г.; научно-технической конференции "Гфобжмы компжкшого освоения недр Казахстана", Караганда, 1995 г.; научно-технических конференциях Карагандинского политехнического института 1991-1995 г.г. и Карагандинского Госудфственного технического университета 1996-1997 г.г.; международной научной конференции "Научно-технический прогресс - основа развития рыночной экономики", Караганда, 1997 г.

Публикация работы. Основные положения диссертации опубликованы в 9 печатных {¿ботах автора, в том числе в монографии "1Ъ/т развития и совершенствования механизированных крепа!" (в разделах 3.5 - 3.7 и главе 6). . -

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и изложена на 135 страницах машинописного тек-» ста, включает 27 рисунков, 18 таблиц, библиографию из 71 наименования и приложения.

Автор выражает глубокую благодарность сотрудникам и преподавателям кафедр "ГМ и К' и "Технология машиностроения".

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1 Обоснование основных направлений исследований

, Систематические и планомерные работы по исследованию и созда-. нию современных механизированных кртейдля сложных по проявлениям горного'давлшия горно-геологических уагювий впервые были начаты ИГД им. А А Осочинского в 1971 г. Главным ннправлэшем в этой работе бьию обоснование параметров и создание комплексов оборудования с механизированными крепями, имеющими повышенное и высокое сопротивления.

Значительный вклад в развитие этой проблемы внесли АВ -Докукин, АС. Саганов, ВИ Солод ВН. Хорин, Б.К Мышляев, М.В. Курленя, Л.А Гучков, Г.Г. Швень, ЕВ Старичев, Ю.Я Худин, МС. Сафохин, ВН Ге-" топанов, Ю.Ф. ГЬномаренко, ЛИ Кантович, О.В Ким, С.Г. Кузнецов, АН Коршунов, ИА Кияшко, ЕЛ ГЬпов, ЕА Александров, Б.А Фролов, Г.И ' Ягодкин, АА Орлов, Б.И Грицакж, С.К Баймухамедов, НА Дрижд, С.С. Квон, АИ Зильберман, Ю.Н Коровкин, ИА Симвулвди, С.С. Жетесов, КЕ Кьвьрэв, ИМ Альтф и другие ученью.

Любая механизированнаякрепь представляет собой сшжную конструкцию, при разработав которой тесно перешвхакяся вопроси проявлений горного давления и взаимодействия крепи с боковыми породами, гидравлики, электротехники, машиностроения, экономики, организации труда и другие.

Нэиболзе важным вопросом при иссждовании механизированных, кралей является изучение взаимодействия крепи с кровлей, так как на основании его решения определяются конструкция крепи и ее параметры в зависимости от уешвий применения.

Характер деформации, перемещения и взаимодействия кровли различного класса с механизированной крепью предъявляет в каждом конкретном случае особью требования как к параметрам механизированной крепи в цепом, так и к отдельным её конструктивным элементам. Шзлкдая за характером деформаций и разрушений элементов крепи можно установить причины, вызывагшдае эти деформации.

Крегть р<Лтга^т п птюолюга сложном и нестабильном режиме нагру-жшия. Вследствие недостаточного сопротивления крепи в периоды весьма интенсивных осадок, сползания и высыпания угля происходят наибольшие деформации и поломки крепей. Обычно онивозникэот в местах сваривания элементов. Недостаточная прочность сварного соединения снижает фузоподьемность всей конструкции и не позволяет полностью использовать рабочие сечения ее элементов.

Таким образом, создание крупногабаритного оборудования, каким является современная механизированная крепь, требует новых инженерных решений, позволяющих изготовлять его с минимальными затратами труда и материалов и максимальными функциональными возможностями.

2 Исследование влияния критических нагрузок на прочность конструкций механизированных крепей

Основой расчета механизированных крепей на прочность является знание характера взаимодействия крепи с породами кровли. Условия этого взаимодействия зависят от конструкции и параметров крейи, горно-геолэшчеасих условий, определяющих свойства боковых пород, а также горно-технеиюгических факторов. Многообразие факторов, влияющих на нагружение элементов крепи, в значительной степени усложняет обоснование характера нагрузки. Цж анализе существующей методики расчета конструктивных элементов механизированных {репей на прочность выявлен один недостаток, а именно, отсутствие учета Деформаций, полученных крепыо. Дляисзслючения этого предложено три расчете параметров проектирования секции крепи учитывать эти деформации.

Т\т новом подходе принимается, что давление кровли на козырек передается двумя сосредоточенными ашами Рк (рисунок 1). Тогда ушлие стойки Рс определяется в зависимости от величины равнодействующих сил давления на козырек с учетом сил трения и кривизны деформации козырька

Схема нагружения секции через козырек двумя сосредоточенными силами

1

Рк 1 Рк 1 > Г

• Рисунок 1

Рс = 2РК cosa (1 + f tga), 1 (1)

где f - коэффициент трения, f = 0,15;

a - угол кривизны деформации козырька, град;

Рк - критическая нагрузка, кН, которая определяется по формуле:

s*

Рк =1,3 o.B-pj-,

где ов - предал прочности стали, кг/мм2; В - ширина козырька, мм; S - толщина козырька, мм,

1 - расстояние между двумя сосредоточенными апвми, приложенными к козырьку, мм.

Цгаграмма CREP.PAS построена в диалэшвом режиме и позволяет оперативно вносить коррективы в расчет. Она написана на языке ТУРЮПАСКАЛЬ ( версия N6) для персонального компьютера типа IBM -РСЖГ. Алгоритм программы приведен на рисунке 2 Расчет правомерен для конструкции козырька, имеющей прямоугольное сечение.

При новом методе расчета параметров крепи учитываем деформационные характеристики конструкционных материалов. Г^инимаш, что силы, действующе на основание в точках контакта с почвой, приложены на расстоянии 0,3i и 0,2 (L - h) от краев (рисунок 3).

№ условия равновесия, основания, под действием усилий, приложенных со стороны щпростойки, и сил давления почвы на основание с учетом сил трения и кривизны деформации основания можно записать систему уравнений:

Z Y=PKcosa( 1+ftga) 1Д- Pcosq>~2 TiC0s(y- a)-2T2sin( p+ a)=0; HX=PKcosa(2-L/l1)(l-fctga)+Psin(p-2T1sin(Y-a)-2T2cos(p+a)=0;

ZMB=2T1ni-x1-(yi-y8)tg(T-a)]cos(r-a)+2T2[y8+l1tg(P+a)]x

xcos( a)- PK(yo+y8)sina( 1 - ctga)(2- L/U)=0. (3)

Que Рк может бьпь найдена из условия, при котором момент, сш-даваемый этой силой на границе контактного участка равен предельному моменту пластического штаба;

Pk = 7<*sS2T> (4)

где as - предел текучести стали, кг/мм2, S - толщина основания, мм; В - ширина основания, мм;

1 - плгчо, на котором действует аив Рк, определяется следующим образом;

1 = 0,8 (L - lt) - D/2 , (5)

где D - диаметр башмака пщростойки, мм, L - длина основания, мм. ,

Алгоритм программы

Введите Предел текучести для

стали (о), Ширину листа (Ь), Плечо действия силы(Р)

С

Начало

/ "Вводисходных /

данных

йясуноК 2

Расчетная: схема нагружешя оекцш крепи через основание двумя сосредоточенными силами

Изучая деформации нижних волокон перекрытий механизированных крепей оградшельно-поддерживакацего типа можно принять, что пе>-рекрыше, будучи коробчатой конструкцией, работает в весьма сложных условиях нагружения. При этом оградительная часть испьпывает действие скручивающих моментов. Цэинимаем, что точка приложения усилий, дей-ствукгцих на оградительную часть крепи, расположена в средней часта перекрытая. Это дает право принимать эпюру нагрузок, равномерно распределенных по всему перекрыто и направленных под углом к нижней поверхности основания крепи. Для примера используем перекрьпие крепи оградигально-поддфживаквдего типа 20КП70К Расчетная схема нагружения секции крепи через перезфыгие изображена на рисунке 4.

Анализируя результаты расчетов,, принимаем положение вектора усилий Рк, д ействующих на перекрытии, вертикальным, точка приюжшия усилий - в оередине оградительной часта.

Из условия равновесия перекрытя под действием усилий, приложенных оо стороны гидросгойки и основания, и сип давления кровли на перекрытие с учетом сии трения и скручивающих усилий, запишем систему уравнений:

Схема нагружения секции крепи через ограждение при одноточечном контакте

ЕХ=Гт+2Т1«шу+2Т2со8р-Рх1пф1=0; ЕУ=Рсо«ф1+2Т1соуГ+2Т2*шр-Рк=0

2МА=2Т1$ш(г-а2)Ь1-2Т1со«(г-а2)14+Рк[(11+И)со8а1+(1з+14)сохаг1--Рт{01+1И)«ша1+(1)-Чз)$ша21-Рсо8ф1[12СОЕа1+(Ь+1»)со5а21+ +Р&1п<р1[Ь8ша1+(1з+14)51па2]=0. - (б)

Силу Рк найдем из условия, при котором момент, создаваемый этой сшюй в крайних волокнах ограждения, равен полному крутящему моменту

х (I, + I2 -1) cosa j + (1 j + 14 ) cosa 2

где £ - модуль упругости материала при сдвиге, для стали £ = 2,11x10s МЛа;

9 - угол закручивания, отнесенный к единице длины, равен В = <р/Ь; L - длина, огравденияг, I - полярный момент инерции, см4.

Определяя угол скручивания <р, можно определить усилия, действующе на ограждения, и расчитать боже упрочненные конструкц ии секций крепей с учетом деформирующих сил.

. № перекрытие крепи влияет горное давление, которое передается через контактирующие толщи породы с крепыа, а снизу оно подпирается стойками. Действия стойки можно рассматривал, как сосредоточенныз силы Бели потолочину брать за основание, т.е. "перевернуть" крепь на 180°, то перекрытие крепи будет представлять собойтшпу на упругом основании. Учитывая, что отношение ширины b к длине 1 перекрытия больше 3, вполне допустимо рассматривать его как балку на упругом основании.

п

Цж этом считается, что балка по всей длине опирается на сплошное основание и интенсивность равномерно распределенной реакции в каждой точке пропорциональна прогибу в этой точке. Цж таких усювиях реакция, приходящаяся на еданицу длины балки, может бьпь представлена выражением КУ, в котором У - прогиб, К - постоянное число, обычно называемое-коэффициентом основания. Для досгаркежя цели рассмотрим случай балки конечной длины со свободными концами, которая нагружена двумя симметрично приложенными силами КА (рисунок 5). При такой постановке значения М0и(Зо получаются из уравнений:

г{„[р(1-1,)]+ »(1»,)}+ ^-[1 + е(Р 03= »;

{е[р(ь вО»!,)} - ^[ь е(рО]- ^[ь ф(Р1)]= о. (8)

Расчетная схема перекрытая для симметричной задачи ,На=2Р \Ra~2P

Г

к

1 *

Рисунок5

ГЬсж того как Мо и <2о будут найдены, прогиб и изгибающий момент в любом поперечном сечении действительной балки могут бьпь получены при томоши уравнений:

9А. 2к

М.р1

и,

М«. -

ми,

01 4Р

V1

м,

9 (Рх),

(9) (10)

(И) (12)

к

к

где ч» (Р*)=- рх— со5рх);

4(Рх) =-е"рХ51прк; 6(р*Л =- со«рх;

ф(Рх) = - е"рх («трх + со«рх).

Метод, примененный дан симметричной задачи, может бьпъ также использован в асимметричной. Тогда для значений Оо и М0 будем иметь:

■ м0=-^[в(р|)-4,(111,)]: (14)

«в=-у[«(|»)+ч»(|»1)]- (15)

Шея ранение уравнений (14), (15) и (9) - (12), легко получить окончательный результат для поставленной задачи

М- О]- *[р(1- Ь«; (16)

- -^-[«(1»,)+ ¥(Р1,)]- у[р(1-1,)]}: О7)

Максимальный шгибагдадай момент определиться из, условия:

- с! м„_ 1 + /1СГ.

• Наибольшее напряжение в перекрытии от изгиба будет где W-момент сопротивления ослабленной части.

(19)

3 Прогнозирование основных конструктивных параметров механизированных крепей

ГЬвьшение технического уровня, качества изготовжния, а также обеспечение высоких эксплуатационных характеристик должно осуществ-лятся на соответствующих стадиях проектирования. Необходимым элементом этого процесса является разработка научно-технических прогнозов.

Прогнозированием конструктивных параметров основных функциональных элементов механизированных крепей установжны взаимосвязи между пшшадыо (в) и нагрузкой (Р) на основание и его массой (М0); между вынимаемой мощностью пласта (шв) и нагрузкой на основание^ массой основания, изгибающим моментом основания (Ми°), моментом сопротивления по опасным сечениям основания (\У0); изгибающим моментом пержрьпия (Мип), моментом сопротивжния по опасным сечениям

перекрытя (\УП); изгибающим моментом козырю (МиК), а также моментом сопротишкния по опасным сечениям козырыса (\Ук).

Так были получены эмпирические зависимости Р = М0 = К*), Р = Г(гав), Мн° = КшвХ М0 = Кгав), 'Wo = 1(тв) для очистных забоев, оборудованных современными угледобывающими комплексами ОКЦ 20КП70К КМ130, 2УКП, "УКП5, КМ500, 2М142, оснащенными узкозахватными комбайнами:

Р = 181,7ms1 ~ 940,9шв +1330,4; (20)

М0 = 0,95тв2 - 4,7тв + 6,9; (21)

Ми° = 2,13тв - 0,1 SmB2-1,9; (22)

W0 = 23,3 - 43,15/шв; (23)

P=210S2 - 776,5S + 786,7; (24)

М0 = 3S - 5,78; (25)

Установлено, что нафужа на основание секции механизированных крепей' растет менее интенсивно при Юв<3,0 м. Цжчем каждое увеличение шв на 1,0 м влечет за собой рост нагрузки примерно на 1000 кН Дальнейшее увеличение тв до 4,0-5,0 м вызывает более интенсивное возрастание нагрузки на основание крепи, достигая значений 5000-11000 кН Анагогач-ньк закономерности характерны и для зависимостей Mo = f(mB).

Изгабакхций момент основания (Ми°) и момент сопротивления по опасным сечениям основания (W0) растут боже интенсивно при шв = 1,03,0 м. Цэи этом прирост изгибающего момента составляет-(ДМИ°) и момента сопротивления (AW0) на каждый метр высоты забоя соответственно составляют 1300 кШ и 7500 см3, а при шв=4,0-5,0 м АМИ°=800 кНм; AWo=2G00cm3.

Увеличение пжявдди основания механизированных кршей влечет за собой рост массы и нагрузок, воспринимаемых ими. Однако закономерности роста гакяюти основания для различных пластов неравномерны. пример, увеличение площади основания оекции в 1,5 раза ведет к увеличению нагрузки в 8 раз.

Анашгачныз исследования проводились для перекрытий механи-зирванных крепей и были получены следующие статистические зависимости Мип = f(mB) и Wn = f(mB).

М„п =5,29-9/mB; (26)

Wn = 28,8 -19,6mB + 4,06твг ; (27)

Изгибающий момент перекрьпия растет более интенсивно (АМИП=1450 кШ ) в язвах при mi = 2,0-3,0 м, а при тв = 3,0 4,0 м 1фи-рост изгибающего момента (АМИП) составляет 800 кШ и при юв = 4,0-5,0 м он равен 450 ktfa

Момент сопротивления перекрытия растет менее интенсивно (А\УП)1500 см3 для тв < 3,0 м и на 18500 см3 для тв = 5,0 м, т.е. увеличение мощности пласта в два раза ведет к увеличению момента сопротивления в десять рев.

Расчеты показывают закономерность роста изгибающего момента Мип и момента сопротивления \¥п перекрытия для гоистов мощностью от 2,0 до 4,0 м. Увеличение шв приводах к расхождениям точек интерполяции. Следовательно нашими проектно-конструкторскими организациями проектирование механизированных крепа! для тв>4м осуществляется не совсем верно. Это показывает на отсутствие соответствующих д анных при выполнении хтроектно-констр^сгорсюк разработок.

Исследованиями, проведенными для козырьков (верхняков) тех же мезвздигтировянных крепей, были получены следующие корреляционные за-

Мик = 0,35тв2 + 1,05тв -1,08; (28)

\Ук = 0,б5тв2-2,58тв + б,04; (29)

Изгибающий момент козырька растет от 23<Э0кНм до 13000 кШ при шв = 2,0-5,0 м. Г|зи этом увеличение ш0 на 1,0 м влечет за собой рост МиК в 1,5 раза

Момент сопротивления козырька растет менее интенсивно при тв=3,0 м \¥к=4100 см3, а при тв = 4,0 м \УК= 6100 см3 и при тв = 5,0 м 9600 см3, т. е. увеличение мощности пласта в два раза ведет к увеличению момента сопротивления в 2,5 раза

Общая закономерность роста массы элементов линейных секций механизированных крепей, нагрузки на секцию, изгибающего момента и момента сопротивления с увеличением вынимаемых мощностей пластов от 2,0 до 4,0 м сохраняется. Дальнейшее увеличение шв приводит к расхождениям точек интерполяции. Следовательно проектирование механизированных крепей для шв > 4 м должно осуществляться с учетом полученных результатов исследований, т.е. необходимо изменить техношшю проектирования и конструирования механизированных »репей, чтобы не допустить заниженные значения моментов в опасных сечениях оснований и перекрытий.

Результаты полученных исследований можно использовать для прогнозирования технических характеристик линейных секций механизированных крпей.

I

4 Исследование н выбор режимных параметров механизирован' ных крепей

Рабочие процессы угледобычи в современных очистных забоях угольных шахт, оснащенных механизированными комплексами, состоят да

выемки угля, крегокдая очистного забоя, доставки угля с одновременной передвижкой забойного конвейера и кокцшых операций. Вое эти процессы выполняются схютветствующими функциональными машинами.

№ пластах {слоях) мощностью до 3,0 - 3,5 м при использовании ог-рздитеяшо-подцфживающих край процессы угледобычи усложняются, т.е. • необходимо применять дополнигелшьк процессы Тогда процессы крепления очистного забоя увеличиваются до 6 - 7 операций. Для крепи КМ500 формула процесса следующая:

В ( Въ В2) + К -> [ КБ1 + (Кр.з + Кп + Кр.п) +

+ КБ2 + Кг.п I + Д -> (Дс) + п (Пк.3), (30)

Постоянное совершенствование поддерживакадечэградтельных крепей дало возможность упростить их конструкцию. Здесь процесс крепления очистного забоя состоит из 10 - 11 операций. Например, для крепи 2М142: . 1

В (В1( ВД + К ~> 1КВ2 + К« + (КРЛ + К1С + + Кр.п) + (Кр.з + КцС + Кр.п) + Кв1 + Ке2 +

+ Кг.п] + Д -» (Дс) + П (Пкз). (31)

Цэименение более усовершенствованной крепи 2КМ138 позволит сократить процесс крепления очистного забоя до 5 операций.

В (В„ Вг) + К [КБ1 + (КР.з + К„ +

+ Кр,п) + КЕ2] +Д -> <Дс) + П-> (ПФ, Пн). (32)

1фоме основных в большинстве секций механизированных крепей предусмотрено выполнение ряда вспомогательных операций, связанных с монтажными, ремонтными или аварийными работами в забое.

Вспомогательные; операции в схеме гидропривода сежции усложняют и удорожают ее, так как увеличивается количество гидроаппаратуры (см. таблицу 1). Ниже приведены структурные; формулы процессов аварийного режима работы некоторых механизированных крепей поддерживакхце-оградительного и оградительно-поддерживающего типов: например, для крепи 2КМ138:

В ~> (Вь В2) + К -> [Кв1 + (Крд + Крз.и + Крл.11с + Кп + + Крдл, + Кр.п.пс) + Ки + Квлаб +КБлЯв1 + Д ~> (Дс) + + П (П®, Пн),

Таблица 1

Параметры аварийного режима работы механизированных крепей и очередность их выполнения

Основные Индекс Мехшизироваииая крепь

процессы Параметры про- поддерживакице- оградительно-поддерживающая

угледобычи цесса оград «тельная

2КМ138 2М142 КМ500 20КХГ70К УКП5

I. Выемка Одност ороикяя в, 1 1 1

угля Челноков ая Вг 2 2 2 1 1

П. Крешкнне Разгрузка секция креии Кр,з 4 - 6 4 -

лавы забойной <п-5Йки К? Э1г 5 5 - -

завальной стойки Кр.ЗЛс 6 6 - 6

правой стойки КРЛ - ■ 4 4

левой стойки Крзп , - - 5 5

Передвижки секции крепе Кп 7 7 7 5 7

Распор: секции крепн КРЯ - - 10 10

забойной стойки Кр.п.1[ К 8 - -

завальной стойки Кнш 9 9 - -

правой стойки ' Крп] - 8 8

левой стойки К(пп - 9 9

Управление поджимным гидропатроном котырька: Кгп • 14 13 14

Подавал кровли ы.1двнжныма еерхнякани: выдвижение Кв1 10 - 12

втягивание Квг 3 - 3

Управление сротивостжимоустройствои: убирание Кц - - 2 2

установка Кй1 • - 10 13

Управление боковыми ляпами перекры- разгрузка Кп 3 4 3 3

тия: распор Ко 10 11 и 7

Шавка секции от бакового наклона я смещения Кьн - 12 и

Правка секция: по забою КБ »в 11 12 . -

ио завалу Кен» 12 13 -

Ш. Доставка Фронтальная А. - -

угля Флаитовая с изгибом става А 13 15 14 15

IV. Концевые Фронтальная саиотарубка По 14 ' - - 12

операция Кфсые заезда.! Лкз 16 15 16

Подготовка июи % 14 - - 12 •

для крепи 2М142:

В (Вх, В2) + К (КВ2 + КВ1 + (Крз.и + Кр,зли +

+ КП + Кр,п,1с + Кр,п,лс) + КВ1 + КЫ + Квлаб +

+ КЕлав + Кг.п] + Д -» <Дс) + п (Пкз); (34)

для1фепиКМ500:

В (Вх, В2> + К -> [КБг + (Крз., + КРз.п + + Кр.з + Кп + Кр.пл + Кр.п.п + Кр.п) + Кб2 + + Кв.н + Kr.nl + Д -> СДс) + П -> (Пкз); (35)

В качестве критерия оптимизации рабочих процессов с применением механизированных крепей целесообразно принять показатель, в наибольшей степени отражающий производительность. Таким показателем является длительность цикла работы механизированной крепи Тц.

Длительность шш крепления очистного забоя механизированной крепью 2КМ138 определяется по формуле;

+'*Пр]> (36)

а крепью 2М142 по формуле:

Тцшш = 4пс10(+п[(1д.я + 1пр)> ' (37)

крепью КМ500 по формуле:

- Тикм5оо = п( [2 1ое+ 1д.„ + 4пр|. (38)

Результаты подсчётов времени передвижки одной секции различных типов механизированных протей, применяемых в очистных забоях мощных пластов, приведены в таблице 2

Таблица 2 ■ ,

Экаштуатадионные параметры механизированных крепей

- Параметры и юс Тип крепи

индексы 2КМ138 2М142 КМ500 20КП70К УКП5

1 1 3 4 ' 5 6

Производительность насосных станций О, л/ыин 240 240 160 80 160

Количество гидроцилиндров 11 14 .- 9 5 9

Цэодолжение таблицы 2

1 2 3 4 . 5 6

Суммарный объем гняроцн-линдровч 101 326 84 48 120

Количество операций за передвижку одной секций пол 5 И 6 8 8

Теоретическое время передвижки одной секции ^с, с 33 91 48 44 • 54

Фактическое время передвижки одной секции Че, с 43 119 63 58 71

Ширина секции В, м 1,2 1,4 1,44 1,2 . 1,4

Вынимаемая мощность т. м . 1.8 5 2,5 3,2 4

Скорость передвижки секции Ус, м/мнн 0,9 0,3 0.6 0,65 0,5

Скорость крепления лавы Укр, м/мин 1,0 0.45 0,9 0,8 0,7

Допустимая скорость подачн очистной машины Уп", м/мнн 1,7 0,7 1,4 1,2 1,2

Максимальная скорость подачн комбайна, входящего в состав комплекса, Ул™*, м/мин 5 4,5 5 5 5

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации содержится решение задачи по исследованию и выбору конструктивных и режимных параметров механизированных крепей, Основанных на применении принципиально нового метода расчета прочности функциональных элементов с использованием методов механики материалов и математической статистики, имасвдей существенное значение, для горного машиностроения.

Основные-научные ¡1 практические результаты диссертации заключаются в следующем: ■

1. Эксплуатация серийных механизированных крепей сопровождается, как правило, зшчителшыми деформациями системы "крепь - боковые пород ы", приводящими к разрушению не толысо кровли очистного забоя, но и элементов лавной механизированной крепи, например, козырнка, носка основания, отрыву по сварочным швам верхних и нижних листов перекрыли и основания, проушин перекрытия и других элементов. В связи с этим, изучены предельные режимы работы механизированных крепей, при которых установлены деформации их основных узлов.

2. Разработана методика расчета прочности функциональных элементов механизированных крепей, основанный на предельных нагружениях, при которых деформац ии минимальные.

3. Установлены значения критической нагрузки и определены усилия распора стойки в .зависимости от величины ршнодействующих сил давления на козырек с учетом сил трения и кривизны деформации козырька При этом расчеты выполнены для случая нагружения секции огредительно-подцфживающего ■тала через 'козырек с учетом нормативного запаса прочности для метадтоконструкции, применительно к установочной серии

£ крепи комплекса 20КП70К

4. ГЬлучены формулы для определили рациональных значений конструктивных параметров козырька, вержяка и основания оградительно-поддерживающих крепей.

5. Установлены впервью статистические зависимости силовых параметров крепи от вынимаемой мощности пласта, обеспечивающие минимальную деформацию функциональных элементов секций. При этом для прогнозирования конструктивных параметров основных функциональных

. эжментов механиифованных крепаг установлены взаимосвязи меисцу вынимаемой мощностью пласта и гоющадью основания с одной стороны и нагрузкой на основание, массой основания, изгибающим моментом основания, моментом сопротивления по опасным сечениям- основания, изгибающим моментом перекрытия, момжгом сопротивления по опасным сечениям перекрытия, изгабаюшнм моментом козырька, а также моментом сопротивления по опасным сечениям козырыса - с другой стороны

6. Общая закономерность роста массы эжмеитов линейных секций механизированных крепей, нагрузки на секцию, изгибающего момента и момента сопротивления с увеличением вынимаемых мощностей пластов от 2,0 до 4,0 м сохраняется. Дальнейшее увеличение шв приводит к резкому увеличению массы, изгибающего момента и момента сопротивления Следовательно проектирование механизированных крепей для тБ > 4 м должно осуществляться с учетом полученных результатов исследований, т.е. необходимо изменить подход к проектированию и конструированию механизированных крепей, чтобы не допустить заниженные значения моментов в опасных сечениях оснований и пережрышй.

7. ГЬлучены расчетные формулы для определения минимальной дли-тсиикхлм добычного цикла при применении современных крепей ш шахтах СНГ.

8. Основные положения и результаты исследований приняты АОЗТ "Каргормаш — ИГЭКС" для использования при проектировании и конструировании механизированных крепей нового технико-эканомичеасого уровня. •

Синеок опубликованных работ по теме диссертации

1. Лазуткин А Г., Жетесов С. С, Ералина Г.С. Технологические осо- . бенносш создания механизированных крепей с выемочными функциями /ЛГезисы докладов региональной научно-технической конференции "Разработка новых и совершенствование старых средств и способов безопасной выемшуггавусжжнякщдахусдавиях". -Караганда, 1991.-С. 16-17

2. Жетесов С.С, Саганов АС., Лазуткин АГ. и др. П^ти развития и , совершенствования механизированных крепей. - Алматы Гьгаым, 1992. -

280с.

3. Лазуткин АГ., Жетесов С.С., Ералина Г.С. Выбор рациональных форм очисшых забоев при применении механизированных крепей с выемочными функциями //Тезисы докладов международной научно-практической конференции "Проблемы развития угольной промышленности Республики Казахстан". - Караганда, 1993. - С. 119-120

4. Лазупсин АГ., Жетесов С.С., Ералина Г.С. К расчету перекрьпий механизированной шагающей крепи поддерживающего типа Итестия вьншх учебных заведений. - Горный журнал, 1993, N9. - С. 97-100

5. Жетесов С. С., Ералина Г.С. Перспективы создания механизированных крепей с выемочными функциями. Известия вькших учебных заведений. - Горный журнал, 1994, N8.

6. Жетесов С.С., Ералина Г.С., Тополь Б.Ф. Перспективы создания огрЁИигально-подцфживакщих крепей с литьевыми элементами //Материалы научно-технической конференции "Проблемы комплексного освоения недр Казахстана". - Кфаганда, 1995. - С. 150

7. ЖАесов С.С., Ералина Г.С. ^следование прочности конструкции основания мехагагафованных крепей. Труды университета Выпуск 1. - Караганда, 1996. - С. 394.

. 8. фалина Г.С. Прогнозирование конструктивных параметров перекрьпий и козьдзьков механизированных крепей //Материалы международной научно-технической конференции "Н^чно-технический прогресс - основа развития рыночной экономики". - Караганда 1997. - С. 230-233.

9. Швень Г.Г., фалина Г.С. Методические особенности исследования прочностных параметров механизированных крепей //Материалы международной научной конференции "Научно-технический прогресс - основа развития рыночной экономики". - Караганда, 1997. - С. 203-207.

Механивагландырылган Т1реулердщ конструктива жене ережел! параметрлерш зерттеу^ мен алынуы.

Жетесова Г. С.

Егл жгыыста дагдарыс кгшинн, ившерг белпленген жэне багананык, тареу купи кысымныц мавдайшага бсер атет1н тенест!ру кушгне байланыеты тйкелю кгнимен де-формацияныц кисык,тыгын ескере отырып анык,талган.

Жогаргы ктш шепнде томенп деформация алу непзйнде механнкаландырылган Нреулердщ функциональ-дык, злементтер!кзц тез1мдзЛ1Г1Н есептеу тэе^Л! 1 жасал-ды.

Ярршанкстау иреулерхшн,, мацдайшасыныц, белдем-щ~с1 мен тзбаныкыд конструкцинлык; оцтайлы мэндерг аныкталды.

Т^реулерддн, элементтер^н теменг! деформация мен Камтамасыз ететгн кушик мэндер мен кемгр к^батыньщ Налыцдыгы арасындагы статистикалык байлаяыеы алгашкы рет орнатылган.

ТМД иахталарында ' нагпрп - механнкаландырылган иреулерд! рациокальд! квшр ещгру циклзяде долдану-дыц ен, аз уак,ытын есептеуге арналгак формулалар альш-'ды.

Zhetessova Gulnara

Investigation and choice of structural and working parameters of powered roof supports

In the workl eritical load values have been established and support thrust efforts have been determined depending on the resultant pressure forces on the nose taking into account the frictionai force on the nose deformation curvature.

The method of calculating the strength of the functional elements of powered roof supports has been worked out based on ultimate loadings on which deformations are minimum.

Rational values of the nose structural parameters, the overlap and base of quard- carrying supports have been defined.

Statistical dependence of the supports force parameters on the seam thickness excavated providing the minimum deformation of the section functional elements has been first established. Desing formulae for determining minimum production process cycle duration based on the rational processes of coal mining with using modem powered roof support in the CIC mines have been obtained.