автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Обоснование параметров струговых механизированных комплексов при выемке пластов со слабой почвой

Введение

1. Состояние вопроса. Цель и задачи исследования.

1.1. Струговая технология выемки, ее основные преимущества перед комбайне ~юй.

1.2. Основные типы современных струговых установок и струговых комплексов.

1.3. Основные результаты промышленных испытаний струговых комплексов нового технического уровня.

1.4. Особенности работы струговых комплексов на пластах со слабой почвой.

1.5. Анализ исследований, посвященных взаимодействию механизированных крепей с почвой пласта.

1.6. Анализ исследований, посвященных взаимодействию струговых установок с почвой пласта.

1.7. Методы проведения исследований.

1.8. Цель и задачи исследования.

2. Разработка методик расчета контактных давлений на почву пласта основаниями механизированных крепей и исполнительных органов струговых установок.

2.1. Разработка методики расчета контактных давлений на почву пласта основаниями механизированных крепей.

2.1.1. Общие положения.

2.1.2. Определение контактных давлений основаниями механизированных крепей различных типов.

2.1.3. Обобщение методов расчета контактных давлений основаниями механизированных крепей. Алгоритм расчета контактных давлений.

2.2. Разработка методики расчета контактных давлений на почву пласта исполнительными органами струговых установок. % I

2.2.1. Общие положения.

2.2.2. Методика расчета контактных давлений исполнительного органа струговой установки отрывного типа.

2.2.3. Методика расчета контактных давлений исполнительного органа струговой установки комбинированного типа.

Выводы.

3. Исследование влияния основных физических характеристик почвы пласта, силовых и конструктивных параметров механизированных крепей на величину и распределение контактных давлении на почву.

3.1. Исследование влияния основных характеристик почвы и крепи на величину и характер распределения контактных давлений для крепи с двумя балками основания. ^

3.1.1. Исследование влияния модуля упругости почвы на величину и характер распределения контактных давлений. 3 ^

3.1.2. Исследований усилий в стойках крепи и их расположения на величину и характер распределения контактных давлений.

3.2. Исследование влияния основных параметров однорядной двухстоечной крепи с одной балкой основания (плитой) на величину и характер распределения контактных давлений.

3.2.1. Исследование влияния расстояния гидростоек от забойной кромки основания.

3.2.2. Исследование влияния расстояния между осями гидростоек по ширине основания.

3.3. Исследование влияния основных параметров двухрядной четырехстоечной крепи с одной балкой основания (плитой) на величину и характер распределения контактных давлений. АХ.^ комбинированный струг).

3.3.1. Исследование влияния расстояния первого ряда гидростоек от забойной кромки основания.

3.3.2. Исследование влияния расстояния между осями гидростоек по ширине основания. ^Ч "

Выводы. \ ЧЪ

4. Исследование влияния силовых и конструктивных параметров струговых установок отрывного и комбинированного типов на величину и распределение контактных давлений на почву.

4.1. Исследование влияния толщины снимаемой стружки (отрывной струг).

4.2. Исследование влияния сопротивляемости пласта резанию (отрывной струг).

4.3. Исследование влияния сопротивляемости пласта резанию

Выводы.

5. Результаты исследований и промышленных испытаний струговой техники и выемки при отработке пласта со слабой почвой (на шахте им. 50-летия Октября ОАО «Гуковуголь»).

5.1. Расчет основных параметров струговой установки ЗСКП для отработки пласта.

5.2. Результаты промышленных испытаний стругового комплекса МКД90СК.

Актуальность работы. Струговая выемка угля является одним из перспективных направлений развития угледобычи. Наиболее существенным преимуществом струговой выемки по сравнению с узкозахватными комбайнами является высокая сортность добываемого угля и возможность снижения его зольности за счет исключения или снижения присечек боковых пород, что позволяет повысить оптовую цену угля.

Промышленные испытания выемочных струговых комплексов нового технического уровня подтвердили техническую и экономическую целесообразность струговой выемки тонких угольных пластов. В то же время особенности конструкции струговых комплексов не позволяют их эксплуатацию на пластах с прочностью пород на вдавливание менее 2 МПа, что существенно ограничивает область их применения.

В этой связи создание методик расчета контактных давлений на почву пласта при работе струговых комплексов и установление величины и распределения контактных давлений на почву с целью обоснования и разработки параметров струговых установок при работе на пластах со слабой почвой является актуальной научной задачей.

Целью диссертации является установление влияния физических характеристик почвы пласта, силовых и конструктивных параметров механизированных крепей и струговых установок на величину и распределение контактных давлений для обоснования характеристик струговых установок, обеспечивающих расширение области применения струговых комплексов и их высокопроизводительную работу при выемке пластов со слабой почвой.

Идея диссертации заключается в возможности расширения области применения струговых установок по фактору вдавливания в почву путем регулирования силовых и конструктивных параметров секций механизированной крепи и исполнительного органа струговой установки.

Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна:

1. Неравномерность контактных давлений на почву пласта, создаваемых основаниями секций крепи и исполнительными органами стругов, не позволяет выбирать крепь и тип струговой установки по параметру «среднее давление на почву пласта».

2. Наибольшие контактные давления при эксплуатации современных струговых комплексов приходятся на забойную кромку оснований секций крепи и подконвейерных плит отрывных стругов и на зону соединений секций специальной направляющей комбинированных стругов.

3. Изменение модуля упругости почвы и материала основания крепи в реальном диапазоне их вариации практически не влияет на величину и распределение контактных давлений.

4. По фактору контактного давления предпочтение следует отдавать крепям, передний ряд гидростоек которых находится от забоя на 0,3 - 0,35 длины основания, и струговым установкам комбинированного типа.

Обоснование и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

- сходимостью расчетных и фактических значений величины и распределения контактных давлений (расхождение не более 15%);

- положительными результатами внедрения комбинированной струговой установки на шахте им. 50-летия Октября ОАО «Гуковуголь».

Научное значение работы состоит в установлении зависимостей величины и распределения контактных давлений на почву пласта от конструктивных и силовых параметров секций крепи и исполнительных органов струговых установок.

Практическое значение работы заключается в разработке методик расчетов контактных давлений и рекомендаций по управлению контактными давлениями при струговой выемке, обеспечивающих эффективную отработку пластов со слабыми почвами.

Реализация работы. Методики расчета контактных давлений и рекомендации по управлению величиной и распределением контактных давлений на почву при струговой выемке переданы и используются при выборе средств механизации в ОАО «Гуковуголь» Минтопэнерго России и ОАО «Каменский машиностроительный завод» при создании механизированных крепей.

Основные результаты работы, научные и практические выводы и рекомендации:

1. Впервые разработана методика расчета контактных давлений на почву пласта механизированными крепями, основания которых представлены в виде балок и плит. Методика позволяет построить эпюры давлений по всей площади основания и установить наиболее нагруженные критические зоны, определяющие возможность применения крепи в различных условиях.

2. Изменения модуля упругости почвы, коэффициента Пуассона и модуля упругости материала основания крепи в имеющем место диапазоне их вариации практически не влияют на величину и ' характер распределения контактных давлений на почву пласта. Изменение этих параметров в 100 раз вызывает изменение контактных давлений в пределах 10-15%.

3. У современных конструкций однорядных двухстоечных крепей наиболее нагруженной является зона под передней кромкой основания. Максимальные контактные давления в этой зоне превосходят средние значения в 1,75 раза. При переносе осей переднего ряда стоек от забойной кромки основания на расстояние 0,35 длины основания контактные давления под ней практически равны нулю. Для двухрядных четырехстоечных крепей рациональным расстоянием между забойной кромкой основания и осью первого ряда гидростоек является 0,3 длины основания, а между осями стоек первого и второго ряда - 0,35 длины основания.

4. Определение контактных давлений на почву пласта исполнительными органами струговых установок отрывного и комбинированного типов должно выполняться по разработанной в диссертации методике, учитывающей фактическую схему нагрузок на струг в поперечной и продольной плоскостях. Контактные давления на почву пласта в зоне забойных кромок отрывного струга и специальной направляющей комбинированного струга превосходят средние в 2,5 - 2,8 раза, в зоне шарниров подконвейерной плиты и соединения секций специальной направляющей - в 9,7 - 10,8 раза. Максимальные значения контактных давлений должны учитываться при выборе типа струговой установки, особенно при работе на пластах со слабыми почвами.

5. Средние значения контактных давлений, передаваемых на почву пласта комбинированной струговой установкой, ниже чем у отрывной на 12,0 - 16,8% вследствие перераспределения давлений по площади специальной направляющей. При отработке пластов со слабой почвой по струговой технологии комбинированные струговые установки являются предпочтительными.

6. Опытная эксплуатация механизированного комплекса на базе крепи КД90С и струговой установки комбинированного типа ЗСКП на шахте 50-летия Октября ОАО «Гуковуголь»

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации дано решение актуальной научной задачи теоретического и экспериментального обоснования параметров струговых механизированных комплексов при их работе на пластах со слабой почвой на базе предложенных методик расчета контактных давлений по всей площади оснований крепей и исполнительных органов струговых, что имеет важное значение для отрасли.

1. A.J1. Малец, А.Д. Мельков. Качество и оптовая цена антрацита (закономерности формирования). - Ростов-на Дону: Ростовское книжное издательство, 1992 г., 204 с.

2. А.Л. Малец. Пути улучшения качества угля при выемке антрацитовых пластов. Уголь, 1996 г., № 12.

3. Д. Плюм. Механизация очистных работ в каменноугольной промышленности Германии. Глюкауф, русский перевод, 1996 г., №2.

4. ДМТ Gesellshaft fur Forschung und Prufung mbH Empfehel fur die Waal des schalenden oder des Schneedenden Gewinnurgsverfahren in Flosen mittlerer Mächtigkeit. Betriebsempfehlungen fur der Steinkohlenbergbau № 34, Essen, 1992.

5. А.П. Косенко, A.B. Момот, Е.И. Лачугина. О работе струговой техники на шахтах Минуглепрома СССР. Сб. научн. тр. -«Струги и комплексы» / ИГД им. A.A. Скочинского, ШахтНИУИ, - Шахты, 1989 г.

6. Акт и протокол приемочных испытаний опытного образца комплекса очистного стругового МКД90СН. Зверево, 1996 г., 38 с.

7. Э.Д. Подольский, А.Н. Туров, В.Н. Колчков, В.В. Кокорин. Установка струговая СН96. Уголь, 1996 г., № 12.

8. Акт и протокол приемочных испытаний опытного образца комплекса очистного стругового МКД90СО. Шахты, 1996 г., 40 с.

9. Э.Д. Подольский, А.П. Туров, В.Н. Клочков, В.В. Кокорин. Установка струговая С090У. Уголь, 1996 г., № 12.

10. Б.В. Кизь. Струговый комплекс «Дон-Фалия» создан на донской земле. Уголь, 1994 г., №11.

11. Акт и протокол приемочных испытаний комплекса очистного струга «Дон-Фалия» № 1. Шахты, 1994 г., 43 с.

12. Акт и протокол приемочных испытаний комплекса очистного стругового «Дон-Фалия» № 2. Шахты, 1996 г., 30 с.

13. Акт и протокол государственных приемочных испытаний опытного образца стругового комплекса КД80С. Караганда, 1984 г., 48 с.

14. С.С. Литвиненко, В.М. Калина, А.Н. Аверкин. Шахтные испытания стругового комплекса КД80С. Сб. научных трудов «Струговая выемка» / ИГД им. A.A. Скочинского, ШахтНИУИ, -Шахты, 1990 г., стр. 111-119.

15. Ю.А. Коровин. Механизированные крепи очистных забоев. М.: Недра, 1990 г., 413 с.

16. Ю.А. Коровин. Методика анализа, оценки и оптимизации конструктивных схем секций механизированных крепей. М., ИГД им. A.A. Скочинского, 1990 г.

17. Ю.А. Коровин. О классификации кровель в комплексно-механизированных очистных забоях. Уголь, 1980 г., № 1.

18. A.A. Орлов, С.Г. Баранов, Б.К. Мышляев. Крепление и управление кровлей в комплексно-механизированных очистных забоях. М.: Недра, 1993 г., 284 с.

19. С. Якоби. Практика управления горным давлением. Перевод с немецкого. Москва, Недра, 1987 г., 566 с.

20. Г. Ирресбергер. Развитие механизированных крепей для угольных лав. Глюкауф, русский перевод, 1978 г., № 18.

21. ГОСТ 28997-90. Крепи механизированные для лав. Основные параметры. Общие технические требования. Москва, 1990 г.

22. А.Б. Голод, Б.А. Ошеров, Ю.Д. Гайдуков. Исследование поперечной устойчивости системы «струг-база» и базы струговойустановки с наклонными направляющими. Труды ШахтНИУИ, 1972 г., №12.

23. А.Б. Голод, Б.А. Ошеров, Е.И. Кучин. Экспериментальные исследования взаимодействия отрывного струга с забоем и базой. Труды ШахтНИУИ, 1973 г., № 13.

24. РТМ 12.14.001-80. Машины очистные. Установки струговые. Расчет устойчивости. Методика. Шахты, 1980 г., 27 с.

25. Основы выбора параметров струговых установок для угольной промышленности (под редакцией Е.З. Позина). Недра, 1980 г.

26. А.Б. Голод, О.Ф. Вихров, Б.А. Ошеров, Г.А. Пашкова. Отчет о стендовых исследованиях устойчивости базы струговой установки СН75. Фонды ШахтНИУИ, Шахты, 1978 г.

27. L. Freitag. Sistem für dem Langfrontbau zur Vollmechanisierung des Abbaus in der flachen und genereten Jagerung unter besondeses Beruchsichtigung der scholender Jevinnung, Vortag zur Simposium, Zagreb-Jugoslavien, 1978.

28. Техническая документация на струговую установку «Компакт-хобель». Фонды ШахтНИУИ, 1983 г.

29. Е. Henkel. Jleitschwertchobel ein neues Hobelsistem. Bergbau, 1985, № 6.

30. А.Б. Голод, Г.Н. Локтионов, A.B. Борщов, С.Г. Гаврилюк, А.Н. Аверкин. Устройство управления стругом. АС № 1425318 от 25.05.87 г.

31. А. Бондаренко. Способ определения контактных давлений на почву пласта со стороны исполнительного органа струговой установки. Сб. научн. трудов «Струговая выемка» / ИГД им. A.A. Скочинского, ШахтНИУИ, - Шахты, 1990 г.

32. Б.Н. Жемочкин, А.П. Сницын. Практические методы расчета фундаментальных балок и плит на упругом основании без гипотезы Винклера. Изд. 2-е М.: Госстройиздат, 1962 г., 239 с.

33. М.И. Горбунов-Посадов, Т.А. Маликова, В.И. Соломин. Расчет конструкций на упругом основании. Изд. 3-е М.: Стройиздат, 1984 г., 680 с.

34. И.А. Симвулиди. Расчет инженерных конструкций на упругом основании. М.: Высшая школа, 1987 г., 579 с.

35. В.Н. Хорин. Расчет и конструирование механизированных крепей. М.: Недра, 1988 г., 255 с.

36. В.В. Ржевский, Г.Я. Новик. Основы физики горных пород. Учебник для ВУЗов. -М: Недра, 1984 г., 359 с.

37. Справочник (кадастр) физических свойств горных пород под ред. Н.В. Мельникова. М.: Недра, 1975 г., 279 с.

38. И.А. Симвулиди. Расчет подземных сооружений, как рам на упругом основании. М.: ВЗИСИ, 1968 г.

39. В.А. Матвеев, А.П. Кочнов, С.А. Новицкий, В.И. Плотников. Опыт экэсплуатации струговых установок СН75. Сб. «Технология и техника струговой выемки антрацитов», вып. 20. Шахты, 1979 г.

40. И.В. Крагельский. Трение и износ. Машгиз. М.: 1962 г.

41. O.A. Бондаренко, Б.А. Ошеров, А.Н. Аверкин, А.П. Бондаренко. Способ определения устойчивости исполнительного органа струговой установки. АС № 1756555 от 22.04.92 г.

42. РТМ 12.14.001-78. Машины очистные. Струговые установки. Расчет тяговых усилий в цепи струга. Методика. ИГД им. A.A. Скочинского, М., 1978 г., 84 с.

43. РТМ 12.14.001-77. Машины очистные. Струговые установки. Расчет сил на резцах струга. Методика. ИГД им. A.A. Скочинского. М., 1977 г.

44. Геологический отчет о доразведке участка шахты им. 50-летия Октября производственного объединения «Гуковуголь». СевероДонецкая геологоразведочная экспедиция. Ростов-на-Дону, 1979 г., 279 с.

45. Правила безопасности в угольных шахтах (РД 05-94-95) ФГ и ППРа, 1995 г., 221 с.

46. Нормативы по безопасности забойных машин, комплексов и агрегатов. Минуглепром СССР. М.: 1990 г., 101 с.

47. K.P. Нилов, М.А. Рудь, М.Ю. Рыбалкин. Результаты эксплуатации струговых установок на шахтах МУГТ СССР: Сб. научн. трудов «Струги и комплексы» / ИГД им. A.A. Скочинского, ШахтНИУИ, - Шахты, 1989 г.

48. O.A. Бондаренко. Исследование долговечности и пути повышения надежности исполнительных органов отрывных струговых установок. Сб. научн. трудов «Струговая выемка» / ИГД им. A.A. Скочинского, ШахтНИУИ Шахты, 1990 г.

49. Разработать технико-экономическое обоснование применения струговой выемки в условиях шахт Кузбасса, Печоры и Ростовской области: Отчет / ШахтНИУИ. Рук. работы. А.Н. Аверкин Шахты, 1996 г., 79 с.

50. Временные методические рекомендации по комплексной оценке эффективности мероприятий научно-технического прогресса в угольной промышленности. Минтопэнерго РФ М.: 1990 г.

51. Акт и протокол приемочных испытаний опытного образца комплекса очистного стругового МКД90СК. Шахты, 1997 г.