автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Обоснование параметров агрегатной штрековой крепи для повышения надежности крепления горных выработок

РГ6 од

6 ДЕК 1336

ШЬСКЯЯ ГСТЮТйЙ

На правам рукописи

ПОЛКОПАЕВ Андрей Николаевич

ОВОСНОВАИМЕ ПАРАМЕТРОВ АГРЕГАТНОЙ ШТРЕКОВОЙ КРЕПИ ЛИ ГКШЕЕННЯ НАДЕЖНОСТИ РЕШЕНИЯ' ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

Специальность 05.05.06 - Горние маяикы

АВТОРЕФЕРАТ дкссертгции. иа соискание ученой с-епгнн кандидата технических наук

Туль - 1993

РаООТЗ, ¿ЫЦОЛКеКЗ В ТуЛЬСКС'М ГООуДйрОТЗё'КНОМ у'КИВ£рСИТёТ9

Научный руководитель докт. техн. наук, проф. Степанов В.М.

Официальные оппоненты:

гасдужвнкый деятель науки и техники.

доктор технических наук, профессор В.А.Бреннер

каш-дат технических наук , А.С.Крюков

Ведущее предприятие - Акционерное общество 'Чулэугбль"

Защита диссертации состоится декабря 1998 г. в 3 чао,

на ^доедании диссертационного совета К 053.47.04 при Тульском государственном университете по адресу,- 300600, г. Тула, пр. Ленина, 90, у V, к. б, ауй М

С диссертацией модно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного'университета, .

Автореферат разослан ."" -ноября 1096 г.

Ученый секретарь . ¡л .

диссертационного совета, кандидат технических наук/Г ' О.М.Пискунов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ . "

Интенсификация и концентрация очистных и подготовительных- горных работ при подвэмной добыче полезных ископаемых сдерживается фактором надежности крепления И поддержания горных выработок в воках сопряжения И активного горного давления,

Сложные условия эксплуатации оборудования крепления и поддержания горных выработок. (неравномерность распределения действующей на крепь Нйгруэ^ от сил горного "давления, неустойчиво© состояние кровли и почвы, деформация сечения выработки и элементов крепи от действия повышенных нагрузок, сложная гипсометрия угольного пласта) приводят к по-вкйению трудоемкости (доля ручного труда достигает 80 % от общей трудоемкости) и травмативму.

Это обусловлено отсутствием непрерывного контакта агрегатных крепей о кровлей при взаимодействии с вмещающими породами, неполным соответствием технологических и конструктивных параметров крепей условиям эксплуатации в зонах сопряжения, активного горного давления и ликвидации горных выработок о демонтажем Элементов штрековых крепей.

Различи;« технологии и средства крепления и поддержания горнах выработок снижают4 интенсификацию- рабочих процессов при концентрации очистных й подготовительных работ за счет недостаточной их эксплуата--ционной надежности.

Исходя иа вьгвеквложэнного можно отметить, что создание агрегатных штрековых крепей, как алемента гибкой технологии крепления и поддержания горных выработок при концентрации очистных и подготовительных работ на основе требуемой эксплуатационной надежности, является актуальной научной задачей,

Диссертационная работа.выполнялась в соответствии с тематическими планами НИР И ОКР ЦКИЗИуГОЛЬ И ПО темам ТулГУ: 89-686; 89-678! 32101; 38102; 3212011 32202 ; 32506; 32301; 32401,

Цель работы.- установить еависимости, определяющие параметры агрегатной штрековой крепи (АШК) при интенсификации и концентрации очистных и подготовительных работ, на основе обеспечения требуемого уровня эксплуатационной надежности для повышения эффективности и снижения энергоемкости рабочю; процессов крепления и поддержания горных выработок, ■ '

Идея работа заключается в обеспечении требуемой эксплуатационной .надежности крепи рК, достигаемой путем повышения уровня обоснованности еэ технологических, конструктивных, силовых и фуюадко-• налькых параметров для эффективного крепления и поддержания горных выработок при концентрация-очистных и подготовительных работ.

. . ■ . м -

Научные вою^вкр а , в ы к с и м и в п а. в а щ и I у • и и х з! о а к в н а I

- получены ¿ависимости, .поеводяовд® ловкой*» уроев}» обоаковащюсти параметров боны активного горного давления и устанавливавшие ця вадя-ние на формирование нагрузок на агрегатную штрековую крепь от свд горного давления;

- .установлены ¡зависимости, позволявшие рассчитать уровень вкспвуа-■ тационной неделиости крепи' АШК на основе-.фувкционально^ связи с' коэффициентом ее технического уровня, • учитывающим скорости креоювиз горных. выработок, время выполнения и энергоемкость рабочих .операций р коэффициент надежности взаимодействия крепи о вмещающими, породам» и штрековыми крепяыт

• давление пород кроым иа ноддершваощие элементы агрегатной строковой крепи распределяется пропорционально их ширине, и полученное соотношение позволило определить более равномерное распределение на них и-и'оурок при взаимодействии с выещаюадши породами по критерия • недеж-¡.соти; • •-'...'.

- установлен уровень эксплуатационной надежности крепи оовва-дивиий определить вавйсимости душ расчета. технологических, ишотрун-тивиых-, садовых и фуякщюнадышх параиетрав.

И о с .ч р в о р и о с ч ь ■ н. а.у ч н ы х поло ж е н к Й , в ы в .о д о в п р е к о м в н д а ц и й диссертационной раисзы обоснована корректность» исходных предпосылок, постановки аадап и методов их исследования, удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований; расходдеада КОхду которыми не превышает X, практическим'применение» результатов..'работы. в производстве.

Научная н о в 'и в н а работы вшдачается в .'одедадаи:

- установлены аналитические вавистлости для оцрсдслэша техножо-.гкческих, конструктивных, силовых и функциональных параметров |фен»г АШК по критерии эксплуатационной надежности, пак .¡элемента гибкой тои-

"- нологии,. при концентрации очнсида »^подготовительных работ.

П р а к'т л ч о ск о е а: и а ч е-и и-о работы каклаЧаотся:.

-'в. разработке методики расчета параметров крепи АШК по крптерЕо эксплуатационной надежности; . ■ , .

- в-разработке конструкция крепи АЩК и гидросистемы 'управления.

'Реал и а а ц и я результатов р а С о ? ы;

Основные выводи н рекомендации работы иойольсованы в АО ''ГОШУИ",

АО "Тулауговь", ■ ПО "Шахтерскуроль", ПО "Октябрьуголь при разрабогке • технического задашь; Проектирошвш крепи; АШК и технологий' ведения горных работ, а также .при■изготовлении опытного образца в НойоыосКовс-ких ЦЭШ АО "Тулауголь". Зкояошмеский. эффект от внедрения разработан-

нкн технических рекэний по обеспечению эксплуатационной надежности агрегатной штрековой крепи составил 326,5 тыо. руб. (в ценах 1990 г.).

Апробация, работы. Основные положения диссертационной работы к ее отдельные разделы докладывались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Тульского государственного университета (г.Тула, 1990-1996 гг.), технических советах АО "Тулауголь" (г.Тула, .1988-1994 гг.), АО "ПНИУИ." (г.Новомосковск, 1939-1994 гг.), ПО "Шахтерокугогль" (г.Шаитерск, 1990 г.). ПО "Октябрь-уголь" (г,Кировское, 1991-1092 г.).

П у, б Л и к а ц и и. 1ю результата« выполненных исследований опубликовано б статей и получен 1 патент на изобретение.

Структура и объем, работы. Диссертация состоит ив введения, четырех глав, заключения, изложенных на 116 страницах машинописного текста, содержит 48 рисунков, 11 таблиц, список литературы из 178 наименований и приложения. "

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ .

В последние годы многими исследователями ставились вопросы научного обоснования параметров технологии и средств крепления и поддержания горных выработок' в зонах сопряжения и активного горного давления при концентрации очистных и подготовительных работ на основе изучения проявлений горного давления.

Исследования привели к созданию различных технологий и специальных средств крепления и поддержания горных выработок, что привело, в свою очередь, к снижению интенсификации рабочих процессов при концентрации очистных и подготовительных работ эа счет их недостаточной эксплуатационной надежности.

Анализ работ в области горного давления, технологий и средств крепления в зонах сопряжения и активного горного давления показал, что одним из направлений повышения интенсификации рабочих процессов, при концентрации .очистных и подготовительных работ, является создание агрегатной штрековой крепи, как элемента гибкой технологии, на основе требуемой эксплуатационной надежности, особенно в сложных горно-геологических условиях.

Для достижения поставленной целя в диссертационной работе были поставлены .следующие задачи:. •' • .

- провести научное обобщение выполненных исследований при креплении И поддержании зон сопряжения и активного горного давления, анализ конструкций средств крепления и условий их эксплуатации, анализ методов расчета надежности средств крепления;

- провести моделирование проявлений горного давления для получе-

б -

ния функциональных зависимостей, обеспечивающих повышение уровня обоснованности параметров зона активного горного давления и устанавливающих их влияние на формирование нагрузок на крепь АПК от сил горного давления;

- обосновать конструктивную схему крепи АШК на основе анализа технологических схем концентрации очистных и подготовительных работ, горно-геологических и горнотехнических условий ее эксплуатации!

- определить систему показателей для расчета уровня эксплуатационной надежности Крепи АШК;

- установить аналитические зависимости для определения технологических, конструктивных, силовых и функциональных параметров крепи АШК на основе требуемого уровня эксплуатационной надежности;

- разработать конструкцию крепи АШК и гидросистему управления;

- провести экспериментальные исследования по определении эффективности применения и эксплуатационной надежности крепи АШК.

Интенсификация и концентрация очистных и подготовительных работ, при их совмещении, повышает непрерывность технологического процесса (технологические схемы отработки пластовых месторождений спаренными лавами, с оставлением штрека-для повторного использования, проведения нарезных выработок с последующим их расширением sa подвиганием еабоев для повторного использования, процессы монтадно-демонтажньи работ и ликвидация горных выработок) и предъявляет к комплексу оборудования в вонах сопряжения и активного горного давления требования к его использованию, как элементу гибкой технологии. Из анализа технологии крепления и поддержания зон сопряжения и активного горного давления, средств крепления и условий их эксплуатации следует, что в данном случае наиболее эффективным элементом гибкой технологии является замкнутая телескопическая гидромеханйческая система с непрерывным контактом пород кровли представляющая [инструктивную схему крепи АШК (рис. 1),

Крепь АШК состоит иэ крайних якорных секций 1 и £ и линейных секций 3, 4, Б между ними, каждая из которых включает по два верхняка 6,. 7, жестко соединенных траверсами 8, на которых крепятся продольные бмки 9 скобами 10 и пальцами 11, основания 12,13 (во время передвижения секции основания вывешиваются), на которых жестко закреплены упор 14, связанные с гидростойками хомутами 16, . стяжки 16, соединенные о упорами через кронштейны 17, крепления 18 гадродомкратов 19 передвижения. Линейные секции, кроме того, имеют борта .20, иарнирио связанные с траверсами и распирающиеся гидродомкратами 21 распора боковых ограждений". Места креплений продольных балок на траверсах условно показаны крестами 22. . ' ■ . • . '

а

й

I-

ж

о.

ч $

W ti ci Рч

8,

к

о й

При работе в выработках с арочным или ксдьцевыу сечением на продольные балки монтируемся навесное оборудование, состоящее из навесных балок 23 различной высоты в зависимости от радиуса кривизны верхняка штрековой крепи, пальцы 24 которых вкодят в отверстие 25 и шплинтуются снизу, а на гидростойки устанавливаются проставил 26, - высота которых подбирается в зависимости от высотц выработки по паспорту крепления. Кровля над передвигаемо^ секцией крепи АШК поддерживается.продольными балками соседних секций, а-продольные балки передвигаемой секции опираются на траверсы соседних секций, что обеспечивает передвижение крепи по верху и ограничивает "топтание" кровли.

Осцовополагаоаим принципом обеспечения надежнорти -работы крепи АШК является создание условий, при которых за-требуемый период времени регулируется безотказность ее эксплуатации при креплении и поддержании горных выработок различной форма сечения в технологически» схемах кон. цен¿рации очистных и подготовительных работ.

' Для определения ~ формирования' нагрузок на элементы крепи АШК проводилось- моделирование проявлений горного давления в зонах сопряжения и активного горного давления. Нагрузки рассчитывались на 1 м длины вы* работки по единой методике, , учитывающей наиболее тяжелые условия эксплуатации при прогибе горных Пород кровли с Последующим обрушением.

Деформационная зона массива полезного ископаемого' определяется линией скольжения, проведенной из почвы со сторону обнажения под углом 9 = я/4 t Ф/2 до пересечения о кровлей, где: Ф - -угол внутреннего трения. В точке, где оканчивается влияние прогиба горных пород на формирование нагрузки на крепи, деформационная &оиа распространяется не только вглубь массива, со.стороны обнажения, ио и вглубь выработки и '. определяется радиусом . -,

г = (lQtgâ + 2m)/2tg6 , . (1)

где: 1в - ширина горной выработки! m - мощность пласта полезного' ископаемого! если высота выработки ha > m , то в зависимости.(1) m заменяется на Ьв. Получены, аналитические зависимости, уточняющие расчеты В.Л.Попова и В.М.Степанова по определен® параметров деформационных ' вон массива со сторона обнажения в результате учета г на участке интенсивных смещений горных пород 1ис, который включает зоны сопряжения и активного горного давления

1цс = 1(6 + ici ■+ (и + h + hs>)ctg8 + г , • (2) где: 1а - расстояние, на котором имеет место Прогиб необрушенных гор-, них пород; .Ici - расстояние со стороны обнажения до первого ряда гидростоек; ho - высота слоя обрушавщкхся горных пород. Параметр 1>jc учитывается При определений длины, крепи АШК.

■ Выполнен расчет количественных характеристик и экстремальных величин нагрузок от сил горного давления в зависимости от.Изменения слу-

- g -

. чайных характеристик физико-механических свойств горных пород структуры слоев по данным геологических разрезов. При формировании экстремальных нагрузок на крепь учитывалось влияние интенсивных смещений горных пород и проявлений горного давления, вызванных гравитационными силами, упругими деформациями и ослаблением обрушающихся пород. Ограничение влияния прогиба горных пород кровли на формирование нагрузок на крепь достигается уточнением длины горных выработок при концентрации очистных и подготовительных работ из условия полного обрушения на основе прогнозирования проявления горного давления методами теории случайных функций (линейной экстраполяции, испольвующей корреляционный анализ), что повытает эксплуатационную надежность крепи АШК. Это лодт-верждается исследованиями процессов сдвижения пород в надугольном массиве при движении очистного забоя.

Расчет уровня эксплуатационной надежности основан на техническом уровне'разрабатываемый гидромеханических систем агрегатного типа. Требуемый уровень эксплуатационной надежности определяет в этом случав Ёероятность отказа, соответствующую требуемому техническому уровню

; . qH=qc/ky , (35

/ Ну — (МнУен/МсУэс + Рразгс^разгс/РразгнЬраэгк +

+ Рпэс^лорс',Рп9нЬпвр.Ч + Рраспс^р.эспс/Рраспн^распн)кнв'/'1 . (4)

ГДб: qH Л qc - соответственно, Вероятности отказа крепей Нового (н) . я существующего (с) технического уровня; ку - коэффициент нового технического уровня крепи "АШ<1 ky = а - показатель, характеризующий уро-■ веиь Прогрессивности технологии за счет повышения надежности применяв1 мого оборудования; V3 - эксплуатационная скорость; M - масса крепи; Рраэг - усилие разгрузки; Fna - усилие передвижки; Fpacn - усилие распора; tpa'ar ; время разгрузки секции крепи; tnep - время передвижения; tpacn - время распора; кц3 - коэффициент надежного взаимодействия крепи с вмещаапданн породами. Зависимость (4) учитывает время выполнения операции '

t-спн ~ tpanrH + tnspn + tpacnH-' , (5)

а три ео последних члена суммы характеризуют, энергоемкость рабочих операций. При определении к,1в .учитываются коэффициент непрерывного поддержания пород кровли к1!П = (1 - l£/lH) < 1 и коэффициент эффективности управления кровлей »'режиме сопротивления Пук. Здесь: 1® - Фактическая длина незакрепленного пространства, а 1Н - нормативная длина незакрепленного пространства. • . " ■

* Уровень безотказной работы PH(t), требуемое время безотказной ра-

• боты tfa,. допустимая интенсивность отказов \а,\'коэффициент готовности

Нгн. коэффициент- технического использования к,ин, время наработки на отказ Тон» время восстановления Твк, вероаткоодь бевотказной работы с учетом восстанавливаемости РНМ, рмзсчитываются по общеизвестны*1, ва-• висимостям с учетом (3) и (4), '

В результате проведенных исследований определены требуемые показатели эксплуатационной надежности: ку= 1,28-1,56; = 0,023- 0,07; РН(П == 0,93-0,677; Ън =0,015 1/4," 3,1 Ч; Тон = 66,7 Ч; Твн = 1.29 ч; кгн 0,9810; кТин = 0,9638; кут = 0,51- 0.63; Ьдп =0,09; = 0,82-0,83; Кнп=1.

В качестве базовой агрегатной механизированной крепи принята универсальная механизированная крепь УМК и гидромеханические системы агрегатного типа, имеющие наиболее эффективные показатели эксплуатационной надежности и наименьшую трудоемкость при креплении и поддержании горных выработок, .

По требуемому уровню вксплуатащонной надежности определяются технологические, конструктивные, силовые и функциональные параметры ,<,|"рп*,1 дшк. Для первых трех наименований параметров уровень надежности соответствует дни» а последнему - которые устанавливаются иа условий равной вероятности. . /

Исследованиями' установлено, что крайние поддерживающие элементы секции крепи должна иметь одинаковую ширину. Н = 1э- С учетом изменения сопротивления поддерживающих элементов крепи Д1К, в зависимости от податливости, установлено, что наиболее равномерное распределена иа Них нагрузки крепи достигается, если равны их прогибы Га — ~ Гз и давления в стойках Рх — Р2~ р3 ~ Р4. Случайно изменяющиеся параметры обрушения вызывают неравномерное распределение нагрузок ь&. элементы крепи АШК.' Степень неравномерности определяется соотношением

Рг = кснР1 5 (б) ' ' ксн = кснс/ку. , (7)

где: - кСцс - коэффициент неравномерности распределения нагрузок на верхняки существующих агрегатных механизированных крепёй. Из соотношения прогиба поддерживающих элементов и требуемого уровня эксплуатационной надежности определяется их ширина

11=1^(2 + ^1^2) , (8) 1в1кк - ВЦ , . (9) "

где: 1кк - ширина крепи по перекрытиям; Ла = Лэ И "-моменты инерция поддерживасда элементов секции крепи. Соотношение моментов инерции в зависимости (8), с учетом (6) и (7), обеспечивает возможное,'перерасп-. редёление нагрузки по поддеркиваккщм элементам секции по критерия эксплуатационной надежности,. соответствующее их равномерному нагруженкю (давление пород кровли на поддерживающих элементах Перераспределяется -пропорционально их ширине). Для установленного уровня эксплуатационной надежности крепи. ксн — 1,26-1,54 и наиболее равномерное "распределение нагрузки на поддер.зшаощио элементы секций крепи Шеет место при

- а -

12 = (0,87-0,94)1.1. ,,

В работе получены аналитические завис;шости, позволяющее определить технологические и конструктивные параметры крепи АШК по установленному уровню эксплуатационной надежности для технологических схем ее применения при концентрации очистных и подготовительных работ. Расчет этих параметров проведен о учетом паспортов крепления горный выработок и исходных данных, выбранных на основе обобщения конструкций гидромеханических систем агрегатного типа и условий их эксплуатации Подмосковного угольного бассейна.

При формировании статических нагрувок Н'г крепь, в качестве исходного условия реализуемости силовых параметр^®1 ее элементов, выбрано Рдкл/кщко <® Га > где! Кн =: кп/ктк0 - коэффициент надежности (запаса) по конструкционному материалу, а кп, кт и к0 - соответственно, коэффициенты перегрузки, условий работы и однородности конструкционных материалов, Гд и Р„ ~ соответственно, действующая и нормативная нагрузка Ка конструкцию крепи. Для нормального закона распределения или закона распределения Вейбула (закона Релея) случайной величины нагрузки на крепь от сил горного давления, эга^ремальноэ значение Кн рассчитывалось из условия: •

Р»!м(Рн> ггг)- 1 - а™ , ■ (10)

Прй интенсивных смещениях горных пород кровли и проявлениях горного давления, в качестве обобщенного условия реализуемости силовых параметров элементов крепи, связывающих в комплексе силовые, деформационные и энергетические параметры системы крепь - вмещающие породы, является Гдк1?/ктко РК , где; Кн= 1^/кпко определяется с учетом условия (10), '

В результате исследования напряженно-деформированного состояния элементов крепи АШК по программе МРК01-1 на ЭВМ ЕС-1045 определены их силовые параметры при многовариаятных действующих нагрузках от сил годного давления, которые позволили получить требуемые величины Кнь соответствующие необходимому уровню эксплуатационной надежности. Анализ полученных расчетов позволил получить силовые параметры по основным опасным сечениям элементов крепи АШК,

Анализ устойчивости крепи АШК показал, что допустимые смещения центра масс ее секции от раэдввдедости находятся в диапазоне 78-82 мм. регулирование устойчивости обеспечивается за счет гидродомкратов передвижения и боковых ограждений.

Функциональные параметры крепи АШК определялись на основе требуемого уровня эксплуатационной- надежности из условия

ЬдрТос/Тон <Чн® I (11)

где; 1дП - д'опустдаое время (длительность) прекращения заданной функции (простоя) крепи. Функциональные параметры обеспечивают скорость

крепления,, соответствующую требуемому регламенту процесса крепления и поддержания горных выработок в технологических системах ее применения и уровню эксплуатационной надежности. Расчет требуемого регламента крепления к поддержания горных выработок связан с определением коэффициентов кт и кэ, соответствующих технически возможной непрерывности, крепления и поддержания горных-выработок в процессе эксплуатации крепй АШК, Периодов времени в течение цикла 1ЦПс на крепление, поддержание и выполнение вспомогательных операций 1ЕО, 1Лп«Лэо - время, характеризующее простои крепи АШК по организационным и техническим причинам, не-» зависящим от ее конструкции и необходимого,уровня трудозатрат в раба-чих операциях кух =Срн/Срс, где; . Ср - затраты в единицу времени на рабочую.силу, необходимую для обслуживания и ремонта крепи АШК.

Характеристики изменения 1ЦПс, Чнф'и 1дП, в комплексе, от требуемого технического уровня приведены на рис, 2,

Зависимости показателей эффективности функционирования крепи АШК

Цп(ку) Чн®(ку) Ьцпс(Ку)

В результате исследований установлено:- время разгрузки гидростсй-ки Ьразг — б .с; время передвижки секции Ьпер =20 с; время распора гидростойки - Ьрасл = Юс; - 1В0 - 109 С5 = 64 с; Ьао = 56 с; время цикла передвижения секции =264 с.

С учетом зависимости (4) и шага передвижки 1ЕО = 0,71 м, - величина Скорости передвижки Чпс = 2,13 м/мин и усилие передвижки Рп — 20 кН.

Регулируемая величина изменения давления в гидростойкох определи-. ' ется с учетом (6) и (7) по вависимости

ЛР = Рс(ксн " V . . . (12)

а время реакции крепи определяется по условию < , где; Ь},- время переходного процесса, затраченное на регулирование сопротивления крепи; .Ьщ - время переходного процесса в системе крепь - вмещающие породы при интенсивных'смещениях горных пород. В результате ксследо-

вщтсй установлено, что цаиболае эффективной для крепи АШК является гидросистема гедрсстойки с регулируемыми начальным распором, несуазй способностью и аварийней податливостью.

Усилие- гидродоикр&та распора бокового ограждения определяется но формуле

F„6 я(Rß + F0/tff5)/Cos5 ,. (13)

где: Fo - сила от веса бокового ограждения;. R3 - равнодействующая бокового давления} S - угол установки гидродомкрата распора относительно плоскости, зерхияка. Высота.установки шарнирного соединения гидродомкрата распора из боковом ограждении h^'s. относительно нижней плоскости основания крепи АШК, соответствует 'расстояний от почвы до приложения Ra. Для обеспечения передвижка'- секции крепи долино выполняться условие

F„:> (F„6 " M«j)frn/Cosa . (14) ■

где: frn - коэффициент' трш«я бокового ограждения о горные породы. , При минимальней раэдаижнссти крепи АШК по высоте, соответствующей минимальной высоте выработки эксплуатации крепи, определена величин? iijis — ?30 кц.и R3 == 131 ich. а по зависимости (14) при Созб = 0,066?, tffS = O.Ö824 и F0 = 2,1 кЯ, рассчитана величина FHe "-200 кН.

На основе требуемого уровня эксплуатационной надежности устааов'-лони технологические, конструктивные, силовые и функциональнее пара мотры крепи АШК, хепольэевание которых позволило уменьшить время рабо-45« операций управления секцией на 83-26 секунд, снизить знергоемкост! рабочих процессов на '18-40 %, • трудоемкость на 15-20 % и неравномерное'«» негру«« na эдеязптй крепи на 19-22 z. •"

Для оценки правомерности зависимостей и ' полученных результатов расчетов, определяющих характер изменения нагрузок на крепи от сил горного давления в -совах интенсивным смещений горных пород в шахтных условиях проведены измерения распределения нагрузки на,сопряжениях и концевых участках спаренных лав (лава 10-12 шахты "Львовская" АО "Тулауголь"), в зонах-опорного к'активного горного давления (лава 64-206 шахты "Нагорная" АО-"П^окопьевсиуголь" и лавы 15 шахты "Прогресс" АО "Тулауголь"). 'Расхождение ыег.ду расчетной и экспериментальными велн-пкнаг:-составило 16-21. Z.

Достоверность разработавши аналитических зависимостей и устаиов-леннмх - параметров крепи АШК по' требуемому уровни эксплуатационной надежности обоснована й роаультато экспериментальных исследований по зф-Фоктивлостй прюлшенйя оейовпых ее элементов и -гидромеханической система управлении ■ на УМ< в шахтных условиях и ее работоспособности при заводсюк .испытаниях на стенде. Шахтные исследования элементов' крепи А!Ж' (срэдйяя секция, Соковнг ограждения, устройство для йэвлечеиия птрековЬя крепей, ' передвижка по верху) ' проводились на сопряжении очистной и подготовителЫой выработок в Лазе М',3 Северной участка Н 2

шахты "Прогресс" АО "Тулауголь".

Методика шахтных исследований разработана совместно с ВНИМИ, которая предусматривает получение объективной и достоверной информации о параметрах Крепи АШК и определения ее эффективности и эксплуатационной надежности. Объем измерений составил 193 цикла, что соответствует 116 м. Длительность цикла нагрудения секции -крепи Сот начального распора до разгрузки перед передвижкой) колебалась oí 1 до 126 "часов и, в среднем, составила 4,04 часа. Средний запас гидравлической раздижности передней гидростойки составил 644-711 мм, а по задней - 418-620 мм. Просадки гидростоек секции крепи находились В пределах упругой податливости и не превышали 5 мм. Расчетные и фактические значения нагрузок на средней секции.УМК составили значения 1080 КН и 967 КН, а усилия на ее передвижку по верху изменялись в диапазоне 20,Е-21,2 кН, в гидростойках - 763-937 кН, а в гидродомкратах бокового ограждения - 145-168 "КН, Средняя степень неравномерности нагпужения элементов секции крепи Цен 1.U6-1.61. Смещения центров масс элементов секции крепи не превышали 80 мм. Это показывает, что расхождение между расчетными И экспериментальными значениями нагрузок на элемента* секции крепи находятся в диапазоне 5-18 X, неравномерность распределения нагрузок Ьниви-лась на 19-22 %, а энергоемкость рабочих операций по управлению уменьшилась на 20-30 %, Проведен хронометраж времени рабочих операций 10п» при эксплуатации секции крепи АШК и эксплуатационной надежности. Результаты хронометража обработаны методами теории вероятностей и математической статистики на ЕС ЭВМ. В результате оравнения количественных характеристик значений ton} регламента крепления, подученных'экспериментальным путем, с расчетными, установлено, что расхождение составляет 11 X. Показатели эксплуатационной надежности изменялись в диапазоне: р«= 0,9635-0,9656! As 0,0221-0,027 l/4( kr?Р 0,9624-0,9907¡ кти =0,9283-0,9346¡ кут *= 0,65-0,71, Расхождение между расчетными и экспериментальными значениями не превышает 12,Э % и ■ эксплуатационнея •надежность повысилась на 17 %.

На основании проведенных теоретических и шахтных исследований разработана рабочая документация «а крепь АШК, по которой изготовлен ее опытный образец в Новомосковских ЦЭШ АО "Тулауголь". Для исследования функциональной работоспособности крепи разработан . и изготовлен стенд, который представляет собой рамную, сварную конструкцию длиной 10 м и йагом установки рам - 0,5 м. . Исследование технологических, конструктивных, силовых и функциональных параметров показало, что расхождение между их расчетными и экспериментальными еначеннями находится -в. диапазоне 5-18 X, - ;

Исследования, проведенные .на шахте ''Комсомольская" AQ "Тулауголь" по .отказам при работе спаренных лав 3-5, показалГ что обеспечение -их

¡езавиеимого подвигащгя повысит технологическую надедаосгь на 22,4 X.

Подтверждена адекватность теоретических и экспериментальных ^следований, расхождение между которой составило й1 %,

Экономический эффект от внедрения разработанных технических юктекий по обеспвчешво эксплуатационной надежности крепи АШК составил 325 тыс.руб. (в ценах 1990 г.),

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленная диссертация является законченной научной квалификационной работой, в которой содержится повое решение актуальной задачи, позволяющей получить зависимости для обоснования технологических, конструктивных, силозыя и функциональных параметров агрегатной штрековой крепи, которые дают возможность повысить эксплуатационную надежность и снизить энергоемкость рабочих процессов крепления и поддержания горцах выработок при концентрации очистных и подготовительных работ,

1, Получены зависимости, повышающие уровень обоснованности пара-мэтров зоны активного горного давления и устеиавливсодае их влияние на формирование нагрузок-на агрегатную штрековую крепь от сил горного давления при ее эксплуатации в технологических схемах концентрации очистных и подготовительных работ.

2, Обоснована конструктивная схема агрегатной штрековой крепи на основе анализа технологических схем концентрации очистных и подготовительных работ, горно-геологических и горнотехнических условий ее эксплуатации.

3, Установлены зависимости для расчета уровня надежности агрегатной штрековой крепи па основе функциональной связи о коэффициентом ее технического уровня, учитывающим скорость крепления" горнач выработок, время выполнения и энергоемкость рабочих операций и коэффициент надежности взаимодействия крепи с вмещающими породами и штрековыми крепями. Требуемый .коэффициент технического уровня составил 1,23-1,56, которому соответствуют вероятность безотказной работы 0,03-0,977, коэффициент готовности 0,9810 и коэффициент технического использования 0,9533,

4, Определено, что давление пород кровли на поддерживающие элементы агрегатной штрековой крепи распределяется пропорционально их ширине о соотношением 0,87-0,94, соответствующим требуемому уровню эксплуатационной надежности крепи, использование которого позволило снизить неравномерность нагружения на 19-22 X при их взаимодействии с вмещающими, породами.

5, Получены аналитические зависимости для расчета технологических, конструктивных, силовых и функциональных параметров агрегатной

- -

штрековой крепи ка сскоэв требуемого "лкплу&швюнвоЙ

ности, которые nosунзнькнть вреы райе да операций упраалэ-ния секцией на 2S-D6 с, снизить знергооккс-л> рабочих процессов на 18-40 i и их трудоемкость на 16-20 %, ррн требуемом коэффициент« трудоемкости 0,51*0,65.

6. Результаты выполненной работы внедрен« в АО "ПНИУй", АО "Тула-уголь", ПО 'ЭДахтарскуголь", ПО."Окгябрьуголь при разработке технического задания, проектировании крепи АШК и технологий ведения горных работ,, а ïaicxe при изготовлении опытного сбразца в Новомосковскич ЦЗШ АО "Тулауголь". скономический эффект от внедрения разработанных технических решений по обеспечению эксплуатационной надежности агрегатной штрековой крепи составил 325,5 тыс.руб. (з ценах 1990 г.).

Основное содержанке диссертации опубликовано в .следующих работах:

1. Степанов В.М,, Мартынов A.M., Подкопаев Д.К., Ермоашн В.-ф., Юрия Ю.Г, Статистический анализ забойного оборудования комплексномеха-низированных лав в условиях Подмосковного бассейна//Комплексная механизация горных работ: Сб. 'ст./ТулПК. - Тула. - 1991. - С. 74-79,

2. Патент N 2021620 РФ, Е 21 D 11/56, 19/04, 23/05. Агрегатная штрековая крепь/ТулПИ, - Степанов В.М., Чендев Ф.С., Хамуляк В.Г., Подкопаев А.Н. (РФ) - N 6016666. 8аавл. 08.07.91 Опубл, 15.10.S1. -Еюл. N 16.

3. Степанов В.М., Подколзии л.А., Подкопаев А.Н. Многофункциональная агрегатная йтрэксвая крепь//Совершенстьование технологий подземной разработки угольных месторождений: Сб. научи. трудовЛИШУИ. -Новомосковск, 1095. - С. 111-114.

4. Степанов В.М., Зелепукин C.B., Подкопаев А.Н. ресур^осберегаа-щне технологии и оборудование для погашения горных выработсчУ/Проблемь создания экологически чистых и ресурсосберегающих технологий добыч! полезных ископаемых и переработки отходов горного производства: Тезксь докладов. 1-я международная конференция/ТулГУ. Тула, 1095. - С. БО-61.

6. Степанов В.М., Подкопаев А.Н., Сухов В.В. Агрегатио-вакладоч-ний комплекс//Научно-техническая продукция ТулГУ, Информационный каталог. Вып. 1/НИЧ ТулГУ, Тула, 1896. - С. 221. ■

6. Степанов В.Ы., Чендев Ф.С., Каыуляк В.Г., Подкопаев А.Н. Агрегатная штрековая крепь//Научно-гехническа»1 продукция ТулГУ. Информационный каталог. Bun. 1/ПИЧ Т^У,^ Тула, 1996. - С. 223.

Ввдцасаяэ в иечзп. ¿t. /7 ¿К Cïefsœr Сутяга GftxS-i 1/15. Букага ипшгргф. J'-Ь 2. Офсгоиа вгдоь. Уса. rp.-vn.qf • Уч.-сгд-л.f/Тсраж /ссиая.

Зша«;.

ТульевхЯ юсудгрспкюиЯ утгалсрсеггст. 302СВ0, Тула, прссо. Лешша, 82. Површаелгоке oncpiitiû;:uii ьогаграфка Т;ошя« юсудзрсгаскиого уииаср-cweia. ЗШОО Tvaî, улДЗоЛдагш, 151.