Теоретические основы проектирования кинематических систем механизированных крепей для тонких крутых и крутонаклонных угольных пластов
Запропоновано методику вибору та розрахунку параметрів механізованого кріплення для крутих і крутопохилих вугільних пластів. Виконано теоретичне обґрунтування механіки пересування секцій кріплень у відповідних умовах....
Збережено в:
| Дата: | 2008 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут фізики гірничих процесів НАН України
2008
|
| Назва видання: | Физико-технические проблемы горного производства |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/108029 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Теоретические основы проектирования кинематических систем механизированных крепей для тонких крутых и крутонаклонных угольных пластов / С.С. Гребенкин, В.Н. Павлыш // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2008. — Вип. 11. — С. 81-88. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-108029 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1080292016-10-29T03:02:49Z Теоретические основы проектирования кинематических систем механизированных крепей для тонких крутых и крутонаклонных угольных пластов Гребенкин, С.С. Павлыш, В.Н. Прогноз и управление состоянием горного массива Запропоновано методику вибору та розрахунку параметрів механізованого кріплення для крутих і крутопохилих вугільних пластів. Виконано теоретичне обґрунтування механіки пересування секцій кріплень у відповідних умовах. The method of choice and calculation of parameters of mechanized timbers for steep and steep-inclined coal stratums is proposed. The theoretical basis of mechanics of moving of the sections of timbers in corresponding conditions is considered. 2008 Article Теоретические основы проектирования кинематических систем механизированных крепей для тонких крутых и крутонаклонных угольных пластов / С.С. Гребенкин, В.Н. Павлыш // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2008. — Вип. 11. — С. 81-88. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. XXXX-0016 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/108029 622.274.526 ru Физико-технические проблемы горного производства Інститут фізики гірничих процесів НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Прогноз и управление состоянием горного массива Прогноз и управление состоянием горного массива |
| spellingShingle |
Прогноз и управление состоянием горного массива Прогноз и управление состоянием горного массива Гребенкин, С.С. Павлыш, В.Н. Теоретические основы проектирования кинематических систем механизированных крепей для тонких крутых и крутонаклонных угольных пластов Физико-технические проблемы горного производства |
| description |
Запропоновано методику вибору та розрахунку параметрів механізованого кріплення для крутих і крутопохилих вугільних пластів. Виконано теоретичне обґрунтування механіки пересування секцій кріплень у відповідних умовах. |
| format |
Article |
| author |
Гребенкин, С.С. Павлыш, В.Н. |
| author_facet |
Гребенкин, С.С. Павлыш, В.Н. |
| author_sort |
Гребенкин, С.С. |
| title |
Теоретические основы проектирования кинематических систем механизированных крепей для тонких крутых и крутонаклонных угольных пластов |
| title_short |
Теоретические основы проектирования кинематических систем механизированных крепей для тонких крутых и крутонаклонных угольных пластов |
| title_full |
Теоретические основы проектирования кинематических систем механизированных крепей для тонких крутых и крутонаклонных угольных пластов |
| title_fullStr |
Теоретические основы проектирования кинематических систем механизированных крепей для тонких крутых и крутонаклонных угольных пластов |
| title_full_unstemmed |
Теоретические основы проектирования кинематических систем механизированных крепей для тонких крутых и крутонаклонных угольных пластов |
| title_sort |
теоретические основы проектирования кинематических систем механизированных крепей для тонких крутых и крутонаклонных угольных пластов |
| publisher |
Інститут фізики гірничих процесів НАН України |
| publishDate |
2008 |
| topic_facet |
Прогноз и управление состоянием горного массива |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/108029 |
| citation_txt |
Теоретические основы проектирования кинематических систем механизированных крепей для тонких крутых и крутонаклонных угольных пластов / С.С. Гребенкин, В.Н. Павлыш // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2008. — Вип. 11. — С. 81-88. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
| series |
Физико-технические проблемы горного производства |
| work_keys_str_mv |
AT grebenkinss teoretičeskieosnovyproektirovaniâkinematičeskihsistemmehanizirovannyhkrepejdlâtonkihkrutyhikrutonaklonnyhugolʹnyhplastov AT pavlyšvn teoretičeskieosnovyproektirovaniâkinematičeskihsistemmehanizirovannyhkrepejdlâtonkihkrutyhikrutonaklonnyhugolʹnyhplastov |
| first_indexed |
2025-07-07T20:51:11Z |
| last_indexed |
2025-07-07T20:51:11Z |
| _version_ |
1837022809274974208 |
| fulltext |
Прогноз и управление состоянием горного массива
81
УДК 622.274.526
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
КИНЕМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ КРЕПЕЙ
ДЛЯ ТОНКИХ КРУТЫХ И КРУТОНАКЛОННЫХ УГОЛЬНЫХ
ПЛАСТОВ
д.т.н., проф. Гребенкин С.С. (ДонНИИ)
д.т.н., проф. Павлыш В.Н. (ДонНТУ)
Запропоновано методику вибору та розрахунку параметрів механізованого
кріплення для крутих і крутопохилих вугільних пластів. Виконано теоретичне
обґрунтування механіки пересування секцій кріплень у відповідних умовах.
THE THEORENICAL BASIS OF PROJECTING OF KINEMATICS
SYSTEMS OF MECHANIZED TIMBERS FOR THIN STEEP
AND STEEP-INCLINED COAL STRATUMS
Grebyonkin S.S., Pavlysh V.N.
The method of choice and calculation of parameters of mechanized timbers for steep
and steep-inclined coal stratums is proposed. The theoretical basis of mechanics of
moving of the sections of timbers in corresponding conditions is considered.
Проблема и ее связь с научными и практическими задачами
Анализ запасов угольных месторождений Украины показывает, что
20–25% запасов угля сосредоточены в тонких (менее 1,0 м) крутых и круто-
наклонных угольных пластах. По уровню комплексной механизации очист-
ных работ шахты, разрабатывающие указанный класс пластов, резко усту-
пают шахтам с пологим залеганием.
Сдерживающим фактором применения средств комплексной механизации
в этих условиях является управление лавокомплектом крепи в плоскости
пласта, удержание секций механизированной крепи от сползания и обеспе-
чение их передвижения без заклиниваний.
Эти проблемы механики передвижения механизированных крепей на
крутых и крутонаклонных угольных пластах могут быть успешно решены
только при условии обоснованного проектирования и расчета кинематиче-
ских систем механизированных крепей и комплексов.
В соответствии с целевой установкой авторами настоящей работы произ-
ведено теоретическое обобщение результатов выполненных в ДонУГИ и
ДонНИИ в 1990-х годах научно-исследовательских и проектно-конструктор-
ских работ по проектированию и расчету параметров кинематических сис-
тем механизированных крепей для условий тонких крутых пластов.
В результате выполненного теоретического обобщения авторами разра-
ботана методика выбора и расчета параметров кинематических систем меха-
низированных крепей для указанных условий, существо которой сводится к
следующему.
Прогноз и управление состоянием горного массива
82
Методика выбора рациональных параметров кинематических систем
механизированных крепей для тонких крутых и крутонаклонных
угольных пластов
Основные параметры систем (длина связей и координаты их привязки к
базе секций) принимаются в зависимости от системы разработки, хрупко-
пластических свойств угля, условий поддержания вмещающих пород, кон-
структорской компоновки механизма передвижения секций крепи и техно-
логии ведения очистных работ. При этом расчет параметров ведется по за-
данному паспорту крепления и управления горным давлением, углу наклона
очистного забоя, а также по условию обеспечения передвижения секций
крепи без заклинивания. Рассмотрим указанные параметры.
Угол наклона линии фронта крепи
Угол наклона фронта крепи определяется геометрическими параметрами
ее системы связей (рис. 1) из установленной зависимости:
2 2 2
0 2
( ) ( 1)( 1)
arcsin ,
( 1)
FQ FQ Q F
Q
− − + −
θ =
+
(1)
где θ0 – угол наклона фронта крепи,
2 2 2 2
1 24 ( )
4
q m B p d dF
qB
− + + + − , (2)
1 2
2
p d dQ
B
+ −
= , (3)
q – интервал между секциями вдоль линии фронта крепи, т – длина гидро-
домкрата передвижения в сомкнутом положении, В – расстояние по паде-
нию пласта от оси секции до точки крепления домкрата, Р – расстояние ме-
жду осями стоек секции (база секции), d1 – координата точки крепления
гидродомкрата по забойному ряду стоек, d2 – координата точки крепления
гидродомкрата по посадочному ряду стоек.
а б
Рис. 1. Расчетная схема для определения угла наклона θ0 линии фронта крепи к ли-
нии падения пласта (а) и для определения предельного угла наклона θпр линии
фронта крепи и условия отсутствия заклинивания (б)
Прогноз и управление состоянием горного массива
83
Интервал между соседними секциями для обеспечения расчетного угла
наклона линии фронта крепи определяется зависимостью:
0 0cosH q= θ . (4)
Аналитические зависимости выбора рациональных параметров
кинематической системы по условию отсутствия заклинивания секций
Условие заклинивания передвигаемой секции формируется двумя важ-
нейшими параметрами кинематической системы крепи: предельным углом
наклона линии ее фронта и расчетным шагом передвижения секции.
Шаг передвижения секции при установке крепи в лаве под углом α0 зави-
сит от ширины захвата выемочной машины и определяется следующей зави-
симостью:
З
0cos
Bu =
θ
, (5)
где и – шаг передвижения секции, ВЗ – ширина захвата выемочной машины.
Предельный угол наклона фронта крепи (рис. 1,б) определяется зависи-
мостью
np arcsin
4
u
q
θ = . (6)
Установлено, что возможность прохода i –ой секции между уже передви-
нутой на величину шага (i – 1) секцией и непередвинутой (i + 1) секцией при
установке крепи под углом θ' к линии падения пласта гарантируется соблю-
дением условия
2 2 2
1 2 np np4 16 (sin sin sin ) 2O O q q q′= + θ − θ θ ≥ . (7)
Неравенство (7) выполняется при условии установки крепи в лаве под углом
np′θ ≤ θ . (8)
Определение величины хода штоков гидроштанг и гидродомкратов
передвижения.
Значения изменяемых параметров кинематической системы механизиро-
ванной крепи определяются расстояниями между центрами одноименных
стоек двух соседних секций (рис. 2) в передвинутом и непередвинутом по-
ложениях секции следующими аналитическими зависимостями:
ход штока гидроштанги
2 2 2 sin ;шa u q qu q= + − θ − , (9)
ход штока гидродомкрата передвижения
2 2 2
0 04 4 cos 2 sin ,d q B V qB qV m= + + − θ − θ − (10)
Прогноз и управление состоянием горного массива
84
где аш – ход штока гидроштанги, d – ход штока гидродомкрата, V =
1 2u p d d= + + − .
Постановка задачи
Основной задачей настоящей работы является разработка теоретических
основ проектирования кинематических систем механизированных крепей
для тонких крутых и крутонаклонных угольных пластов, которые обеспечи-
вают передвижение их секций в плоскости пласта без заклиниваний, сполза-
ний и нарушений линий фронта лавокомплектов крепи в целом.
При проектировании и последующей эксплуатации механизированной
крепи необходимо знать критические (предельные) значения параметров
системы ее передвижения в плоскости пласта.
Для решения данного вопроса выполнены теоретические исследования, в
результате которых получены системы уравнений и неравенства, связываю-
щие указанные параметры.
Исследования проведены на механизированных крепях 1, 2, 3 КГУ, «Ук-
раина», КГУ-М.
Учитывая идентичность межсекционных средств управления секциями
крепи, в процессе теоретического анализа рассмотрено положение трех со-
седних секций. При этом моделируется реальная механика процесса пере-
движения, а именно, предполагается, что нижняя секция передвинута и рас-
перта, средняя – разгружена и будет передвигаться, а верхняя – не передви-
нута и отстает от нижней на один шаг.
Основным звеном группы из трех секций является их кинематическая па-
ра, связанная гидродомкратом передвижения (рис. 3,а). Взаимное положение
пары секций в пространстве определяется конструктивными параметрами:
линейным размером гидродомкрата передвижения (т), линейными размера-
ми гидроштанг (b, q) (передней и задней), расстоянием между гидростойка-
ми (р) секций крепи, а также линейными размерами между точками крепле-
ния гидродомкрата (a, l, n, c).
Исследованиями установлено, что механика передвижения пары секций ме-
ханизированной крепи достаточно корректно описывается системой уравнений
Рис. 2. Схема для определения
изменяемых параметров меж-
секционных связей
Прогноз и управление состоянием горного массива
85
2 2 2 2
2 2 2 2 2 2
2 2 2 2 2 2
2 2
2 cos 2 cos 2 cos( );
arccos arccos ;
2 2
arccos arccos ;
2 2
2 cos .
m a c R aR cR ac
a p n p R q
ap pR
p c l p R b
pc pR
R p b pb
⎫= + + − ϕ− ψ + ϕ−ψ
⎪
⎪+ − + −
ϕ = − ⎪
⎪
⎬
+ − + − ⎪ψ = − ⎪
⎪
⎪= + − Ω ⎭
(11)
Аналогичная система уравнений может быть получена для определения
угла поворота верхней секции относительно нижерасположенной.
Исследуемая система механики передвижения секции крепи в плоскости
пласта позволяет иметь три возможных варианта ее конструктивного испол-
нения: гидродомкрат расположен выше передвигаемой секции (рис. 3,б),
ниже (рис. 3,в) и в каждом межсекционном интервале (рис. 3,г).
а б
в г
Рис. 3. Расчетная схема для проектирования системы передвижения механизиро-
ванной крепи
Прогноз и управление состоянием горного массива
86
Условие, обеспечивающее передвижение секций в плоскости пласта без
заклинивания по забойным гидроштангам, определяется выполнением нера-
венства:
02 ,b L≤ (12)
где b0 – размер полностью сомкнутой забойной гидроштанги.
Из геометрических соотношений рис. 3 следует, что неравенство (12) все-
гда выражается соотношением:
2 2
02 2 cosc p c pb b b b b≤ − − ω . (13)
Величины bc и bp – соответственно критический линейный размер сомк-
нутой и разомкнутой гидроштанги. Они определяются для указанных конст-
руктивных вариантов исполнения системы управления секциями решением
системы уравнений (11).
Учитывая, что в уравнениях системы (11) изменение линейных размеров
средств управления секцией (межсекционных связей) много меньше их но-
минальных значений, правомочно решение этой системы уравнений разло-
жением в ряд Тейлора с последующей подстановкой численных значений
линейных размеров межсекционных связей в окрестности их номинальных
значений.
В результате же подстановки в неравенство (13) bc, bp, ω получены сле-
дующие соотношения:
для первого варианта конструктивного исполнения (рис. 3,б)
2 23984000 2,1 0,3 1970arcsin arcsin 0,045( );
2 37,4 0,02
c p c c c
c c
p c p p
b b m b qh q b
b b b b
− − − + −
+ ≤ = −
−
(14)
для второго варианта конструктивного исполнения (рис. 3,в)
2 23984000 0, 4 2600
0,075 arccos ;
2 16
c p p p
p
c p
b b q m
b
b b
− − + −
λ + − ≤ , (15)
для третьего варианта исполнения (рис. 3,г)
2 21,2 0,4 1160 3984000
arccos
16 2
2,1 0,3 1970 0,015( ).
37,4 0,02
p p p c p
c p
c c c
c c
c
m b q b b
b b
m b q q b
b
+ − − − −
− ≤
− + −
≤ − −
−
(16)
Для удобства практического использования в проектной работе зависи-
мостей (14), (15), (16) построены номограммы (рис. 4), позволяющие опре-
делять значения линейных размеров bp, qc, qp, λ, h, mp, mc по условию отсут-
ствия заклинивания передвигаемой секции.
Правила пользования номограммой следующие. Для первого варианта
(см. рис. 3,б) и соответствующей номограммы (рис. 4,а) проектировщиком
Прогноз и управление состоянием горного массива
87
Рис. 4. Номограммы для определения параметров механизма передвижения секций.
задается величина линейного размера забойной гидроштанги bp (например,
1220 мм). Пользуясь ключом, находим точку М (при величине опережения
нижней секцией h = 700 мм) и, опуская из нее перпендикуляр на ось абс-
цисс, находим, что левая часть неравенства (14) равна 72 мм. Если при этом
величина сомкнутой завальной гидроштанги qc равна 1030 мм, а гидродом-
крат передвижения полностью сомкнут (mc = 1300 мм), то значение правой
части этого неравенства равно 83. Отсюда следует, что неравенство (14) вы-
полняется (83 > 72), т.е. система передвижения крепи в этом конструктив-
Прогноз и управление состоянием горного массива
88
ном исполнении обеспечивает механику ее передвижения и управляемость в
плоскости пласта без заклинивания.
Более сложны условия работы системы во втором ее конструктивном ис-
полнении (рис. 3,в и номограмма рис. 4,б). При величине разомкнутой за-
вальной гидроштанги (qp = 1160 мм) и полностью разомкнутом гидродом-
крате (mp = 2200 мм) правая часть неравенства (15) равна 54. Это же значе-
ние может принимать и левая часть неравенства при величине разомкнутой
гидроштанги (bp = 1160 мм) и наклоне забойной гидроштанги вышераспо-
ложенной секции к линии падения пласта λ = 12°.
Выводы и направления дальнейших исследований
Предложенные теоретические основы проектирования кинематических
систем механизированных крепей для тонких крутых и крутонаклонных
угольных пластов реализованы при проектировании и освоении серийного
производства механизированных крепей КГУ, КГУ-Д и КГУ-С, а также ме-
ханизированной крепи комплекса «Украина». Эти машины успешно рабо-
тают на шахтах Украины, России и Испании.
В настоящее время для шахт с крутым и крутонаклонным залеганием
пластов возникла необходимость развития дальнейших исследований в этой
области, связанных прежде всего с горно-геологическими и горнотехниче-
скими факторами отработки крутых пластов. Это прежде всего: локальные
зоны ослабленных пород в кровле, изменения мощности пласта в пределах
лавы, наличие пластов с углями, склонными к самовысыпанию.
Предложенный авторами аппарат проектирования кинематических сис-
тем механизированных крепей позволяет реализовать их конструктивно-
технологическую модернизацию под указанные выше факторы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.
1. Горные машины и комплексы для подземной добычи угля. Монография/ Под
ред. С.С. Гребенкина // Гребенкин С.С., Агафонов А.В., Косарев В.В., Керкез С.Д.,
Махов В.Г., Павлыш В.Н., Рябичев В.Д., Топчий С.Е., Фелоненко С.В. –
Донецк: «ВИК», 2006. – 353с.
2. Гребенкин С.С. Методика выбора и расчета рациональных параметров механи-
зированных крепей для тонких крутых пластов. – Люберцы: Минуглепром
СССР, 1990. – 15 с.
|