Концепция создания высокоресурсных замковых соединений рамных крепей горных выработок

Представлен ретроспективный анализ отечественных и зарубежных конструкций замковых соединений металлорамных крепей. Определены критерии их работоспособности, требования и направления совершенствования для повышения устойчивости крепей горных выработок. Даны характеристики нового замкового соединения...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:	Розробка родовищ
Datum:	2014
Hauptverfasser:	Кириченко, В.Я., Вивчаренко, А.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України 2014
Schlagworte:	Розробка вугільних родовищ
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/104533
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Концепция создания высокоресурсных замковых соединений рамных крепей горных выработок / В.Я. Кириченко, А.В. Вивчаренко // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2014. — Т. 8. — С. 79-89. — Бібліогр.: 3 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-104533
record_format	dspace
spelling	Кириченко, В.Я. Вивчаренко, А.В. 2016-07-12T11:31:29Z 2016-07-12T11:31:29Z 2014 Концепция создания высокоресурсных замковых соединений рамных крепей горных выработок / В.Я. Кириченко, А.В. Вивчаренко // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2014. — Т. 8. — С. 79-89. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 2415-3435 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/104533 622.261.27 Представлен ретроспективный анализ отечественных и зарубежных конструкций замковых соединений металлорамных крепей. Определены критерии их работоспособности, требования и направления совершенствования для повышения устойчивости крепей горных выработок. Даны характеристики нового замкового соединения крепи струбцинного типа «ЗСГ». Надано ретроспективний аналіз вітчизняних і зарубіжних уонструкцій замкових з’єднаньметалорамних кріплень. Визначено критерії їх працездатності, вимоги і напрями удосконалення для підвищення стійкості кріплень гірничих виробок. Надано характеристики нового замкового кріплення струбционного типу «ЗСГ». Retrospective analysis of native and foreign constructions of interlocks of metal frame supports is represented. Criteria of its working capacity, demands and directions of improvement for increasing steadiness of mine workings supports are determined. Characteristics of new support interlock of G-cramp type “SZG” are given. ru УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України Розробка родовищ Розробка вугільних родовищ Концепция создания высокоресурсных замковых соединений рамных крепей горных выработок Концепція створення високоресурсних замкових з'єднань рамних кріплень гірничих виробок Creation conception of high-resource interlocks of frame supports of mine workings Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Концепция создания высокоресурсных замковых соединений рамных крепей горных выработок
spellingShingle	Концепция создания высокоресурсных замковых соединений рамных крепей горных выработок Кириченко, В.Я. Вивчаренко, А.В. Розробка вугільних родовищ
title_short	Концепция создания высокоресурсных замковых соединений рамных крепей горных выработок
title_full	Концепция создания высокоресурсных замковых соединений рамных крепей горных выработок
title_fullStr	Концепция создания высокоресурсных замковых соединений рамных крепей горных выработок
title_full_unstemmed	Концепция создания высокоресурсных замковых соединений рамных крепей горных выработок
title_sort	концепция создания высокоресурсных замковых соединений рамных крепей горных выработок
author	Кириченко, В.Я. Вивчаренко, А.В.
author_facet	Кириченко, В.Я. Вивчаренко, А.В.
topic	Розробка вугільних родовищ
topic_facet	Розробка вугільних родовищ
publishDate	2014
language	Russian
container_title	Розробка родовищ
publisher	УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України
format	Article
title_alt	Концепція створення високоресурсних замкових з'єднань рамних кріплень гірничих виробок Creation conception of high-resource interlocks of frame supports of mine workings
description	Представлен ретроспективный анализ отечественных и зарубежных конструкций замковых соединений металлорамных крепей. Определены критерии их работоспособности, требования и направления совершенствования для повышения устойчивости крепей горных выработок. Даны характеристики нового замкового соединения крепи струбцинного типа «ЗСГ». Надано ретроспективний аналіз вітчизняних і зарубіжних уонструкцій замкових з’єднаньметалорамних кріплень. Визначено критерії їх працездатності, вимоги і напрями удосконалення для підвищення стійкості кріплень гірничих виробок. Надано характеристики нового замкового кріплення струбционного типу «ЗСГ». Retrospective analysis of native and foreign constructions of interlocks of metal frame supports is represented. Criteria of its working capacity, demands and directions of improvement for increasing steadiness of mine workings supports are determined. Characteristics of new support interlock of G-cramp type “SZG” are given.
issn	2415-3435
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/104533
citation_txt	Концепция создания высокоресурсных замковых соединений рамных крепей горных выработок / В.Я. Кириченко, А.В. Вивчаренко // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2014. — Т. 8. — С. 79-89. — Бібліогр.: 3 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT kiričenkovâ koncepciâsozdaniâvysokoresursnyhzamkovyhsoedineniiramnyhkrepeigornyhvyrabotok AT vivčarenkoav koncepciâsozdaniâvysokoresursnyhzamkovyhsoedineniiramnyhkrepeigornyhvyrabotok AT kiričenkovâ koncepcíâstvorennâvisokoresursnihzamkovihzêdnanʹramnihkríplenʹgírničihvirobok AT vivčarenkoav koncepcíâstvorennâvisokoresursnihzamkovihzêdnanʹramnihkríplenʹgírničihvirobok AT kiričenkovâ creationconceptionofhighresourceinterlocksofframesupportsofmineworkings AT vivčarenkoav creationconceptionofhighresourceinterlocksofframesupportsofmineworkings
first_indexed	2025-11-26T06:18:43Z
last_indexed	2025-11-26T06:18:43Z
_version_	1850615085102268416
fulltext	79 УДК 622.261.27 © В.Я. Кириченко, А.В. Вивчаренко В.Я. Кириченко, А.В. Вивчаренко КОНЦЕПЦИЯ СОЗДАНИЯ ВЫСОКОРЕСУРСНЫХ ЗАМКОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ РАМНЫХ КРЕПЕЙ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК Представлен ретроспективный анализ отечественных и зарубежных конструкций замковых соединений металлорамных крепей. Определены критерии их работоспособ- ности, требования и направления совершенствования для повышения устойчивости крепей горных выработок. Даны характеристики нового замкового соединения крепи струбцинного типа «ЗСГ». КОНЦЕПЦІЯ СТВОРЕННЯ ВИСОКОРЕСУРСНИХ ЗАМКОВИХ З'ЄДНАНЬ РАМНИХ КРІПЛЕНЬ ГІРНИЧИХ ВИРОБОК Надано ретроспективний аналіз вітчизняних і зарубіжних уонструкцій замкових з’єд- наньметалорамних кріплень. Визначено критерії їх працездатності, вимоги і напрями удосконалення для підвищення стійкості кріплень гірничих виробок. Надано характе- ристики нового замкового кріплення струбционного типу «ЗСГ». CREATION CONCEPTION OF HIGH-RESOURCE INTERLOCKS OF FRAME SUPPORTS OF MINE WORKINGS Retrospective analysis of native and foreign constructions of interlocks of metal frame sup- ports is represented. Criteria of its working capacity, demands and directions of improvement for increasing steadiness of mine workings supports are determined. Characteristics of new support interlock of G-cramp type “SZG” are given. ВВЕДЕНИЕ На шахтах Украины с каждым годом увеличивается глубина ведения горных ра- бот (среднее значение которой достигло 720 м, а максимальное – 1600 м), где весь- ма интенсивно проявляется горное давле- ние на крепь выработок. При этом сущест- венно усложняются условия поддержания подготовительных выработок, испыты- вающих негативное влияние очистных ра- бот. Так ежегодно средняя протяженность ремонтируемых выработок достигает 43 – 57%, а полностью перекрепляемых – 12 – 25% от объема поддерживаемых [1], что существенно снижает эффективность угле- добычи шахт и безопасность ведения гор- ных работ. Обеспечение эксплуатационной устой- чивости горных выработок достигается обоснованным выбором типа и конструк- ции крепи и соединительных элементов, как средством обеспечения ее работоспо- собности. Необходимость создания новых средств крепления выработок с сущест- венным повышением деформационно- силовых параметров диктуется объектив- ной сложностью горно-геологических ус- ловий эксплуатации и экономическими требованиями ресурсосбережения подго- товки и отработки запасов угля. 80 АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ ЗАМКОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ Многообразие используемых в настоя- щее время конструкций замковых соедине- ний металлорамной крепи свидетельствуют как о сложности проблемы, так и сущест- вующей неоднозначности подходов к оцен- ке и роли параметров рабочей характери- стики. Оценивая общее состояние проблемы создания и практического применения рамных податливых крепей и замковых со- единений определяющими факторами яв- ляются: 1. Учет того, что для конструкции соб- ственно крепежной рамы уже найдены оп- тимальные, отвечающие условиям приме- нения конструктивные решения [2], в час- ти разработки замковых соединений, рас- сматриваемых в качестве важнейшего средства обеспечения силовых и кинема- тических параметров рабочей характери- стики податливых крепей. 2. Многообразие используемых в на- стоящее время известных и новых конст- рукций замковых соединений свидетельст- вуют о сложности проблемы, что является следствием неоднозначности оценки роли параметров рабочей характеристики при решении общей задачи обеспечения устой- чивости подготовительных выработок. В этой связи необходимо констатиро- вать необоснованное смещение приорите- тов значимости отдельных параметров, как технических, так и стоимостных, замыкаю- щихся обычно на затратах производства, но не на конечном экономическом результате. Рассматривая основные технико- экономические характеристики наиболее распространенных типов замковых соеди- нений (табл. 1), необходимо иметь в виду также ретроспективный аспект проблемы [3]. В связи с этим необходимо подчерк- нуть, что одной из определяющих особен- ностей является постоянное изменение горно-геологических условий эксплуата- ции. Используя известный критерий ( R/Hγθ = ) можно, с некоторой долей ус- ловности, представить геомеханическую ситуацию следующим образом. При малых глубинах разработки (θ до 0,3) одиночная выработка в массиве (на- пример, конвейерный штрек в условиях столбовой системы разработки), как из- вестно, является практически устойчивой, а роль рамной податливой крепи сводится к предотвращению случайных осложнений в местах геологических дислокаций. При- контурная зона дезинтегрированных под действием возникающих напряжений по- род практически не формируется. Предъявляемые к замковым соединени- ям технические требования в этом случае минимальны, а используемые средства представляют собой простейшие зажим- ные устройства, допускающие некоторое относительное (и ограниченное) проскаль- зывание сопрягаемых сегментов. По суще- ству, такое устройство (скоба, прямая планка и гайки, пример – АПЗ.030) замко- вым соединением не является, так как не имеет четкой рабочей характеристики «на- грузка – податливость». В силу этого, при- водимые обычно в нормативных и спра- вочных документах значения рабочего со- противления весьма условны, а их исполь- зование при определении практической плотности крепления, как правило, ведет к многочисленным ошибкам, особенно в тех случаях, когда условия применения ухуд- шаются (влияние очистной выемки, мест- ных зон аномальных напряжений геологи- ческого происхождения и т.п.). Например, в случае отсутствия четко фиксируемого рабочего сопротивления, двойное или даже тройное увеличение плотности крепления вовсе не означает соответствующего уве- личения рабочего сопротивления крепле- ния, что приводит к грубым инженерным ошибкам с самыми негативными последст- виями. 81 СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КОНСТРУКЦИЙ ЗАМКОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ Таблица 1 Г ру пп а Характерные особенности Тип, год начала приме- нения Масса замок / узел, кг Рр узла, кН Рр, % Тип рабочей характери- стики узлов податливо- сти «0» 1. Прямая планка с передачей усилия через днище СВП. 2. Блокировка само- затяжки отсутствует. 3. Компенсация выбора прокатных и гибочных допусков не требуется. АП3.030 1948 4,2/8,4 0 – 100 0 – 100 Неустойчивая рабочая характеристика «I» 1. Усиленная прямая планка спецпрокат ПЗС-20, передача усилия через днище СВП. 2. Блокировка само- затяжки – частичная (1), во втором слу- чае – отсутствует. 3. Компенсация до- пусков не требуется. (1) АП3.070 (ЗСД) 1976 (2) ЗШ.000 2000 11,8/11,8 5,7/11,4 70 – 110 до 300 до 40 200 0 400 ∆h 2 1 20 0 PP, кН «II» 1. Фигурная обле- гающая планка с уменьшенным изги- бающим моментом и передачей усилий как на днище, так и на полки спецпрофиля. 2. Частичная блоки- ровка усилий самоза- тяжки. 3. Компенсация до- пусков не преду- смотрена. Замки семейства ЗПК 1976 5,2 – 5,8/ 10,4 – 11,6 до 350 28 – 36 200 0 400 ∆h 20 0 PP, кН На практике недостаточность такого технического решения (по замковым со- единениям и крепи в целом) отмечена даже при малых глубинах разработки в условиях использования сплошной системы разра- ботки с охраной выработки целиками и в зонах опережающего давления при столбо- вой системе с обратным порядком отра- ботки. На больших глубинах разработки (при значениях критерия ≥θ 0,5) геомеханиче- ские особенности поддержания выработок и роль крепи в условиях формирующейся системы «крепь – вмещающая часть мас- сива» всесторонне не исследованы. Основной акцент при совершенствова- нии замковых соединений – увеличение их прочностных характеристик в направ- лении распределения усилий, возникаю- щих при установке и дальнейшей экс- плуатации крепи. Сравнительные характеристики наибо- лее применяемых замковых соединений существенно различаются по величине и 82 динамике сопротивления узла податливо- сти (рис. 1). 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 50 100 200 300 400 500 600 1 2 3 4 5 С оп ро ти вл ен ие у зл а по да тл ив о ст и P, к Н 0 200 400 600 800 Зона оптимальных значений P, АП-3, АП-5 Зона оптимальных значений P, КМП-А3, А4, А5 и др. Зона оптимальных значений P для крепей нового техн. уровня КМП-А3, А4, А5Р2 и др. П ре де ль н ая н ес ущ ая с по со бн о ст ь кр еп и, к Н Податливость, ∆Н, мм Рис. 1. Обобщенная характеристика узлов податливости ЗПК-м, ЗПК, АП3.070, АП3.030, ЗШ.000: 1 – ЗПК-м («Донбасскрепь»), СВП-33; 2 – ЗПК(«Маяк»,) СВП-33; 3 – АП3.070, СВП-33; 4 – АП3.030, СВП-33; 5 – ЗШ.000 («Донбасскрепь»), СВП-33 Ст5пс Таким образом, можно выделить два основных направления усовершенствова- ния крепи: – прямое увеличение прочности состав- ляющих элементов (зажимной скобы и планки); – увеличение прочности составляющих элементов крепи в сочетании с изменения- ми конструктивного исполнения элемен- тов. Необходимо отметить, что первое на- правление оказалось недостаточно эффек- тивным. Так, например, замена скоб из круга диаметром 20 мм на скобу из круга диаметром 24 мм и планки 60× 16 на план- ку 60× 18 не дала существенного результа- та. Это объясняется тем, что схема переда- чи усилий осталась без изменений при ус- тановке соединений, и при податливости узла – эффект самозатяжки замка. В этом отношении показательна по- пытка создания замкового соединения в рамках первого направления (см. табл. 1): замковое соединение ЗШ.000 (производст- ва НПО «Донбасскрепь»). В составе замка использована равнопрочная скоба из круга диаметром 25+ с резьбой М27 и геометри- ческими размерами, аналогичными скобе замка АПЗ.030, и специальная планка с двумя выступами, препятствующими изги- бу. Схема передачи усилия зажима (через донце спецпрофиля) оставлена без измене- ний, в то же время выступы на концевых участках планки, призванные предотвра- тить ее изгиб. Поэтому рабочая характери- стика узла податливости представляет со- бой крутонарастающую функцию, и уже при податливости до 60 – 100 мм величина рабочего сопротивления достигает величи- ны предельной несущей способности кре- пежной рамы, переходящей в жесткий ре- жим с последующей необратимой дефор- мацией сегментов крепи. По данным про- изводственной проверки выявилась недос- таточная прочность средней части планки, находящейся в сложном напряженном со- стоянии (растяжение + изгиб) и ее разру- шение (особенно в зонах повышенного горного давления). Кроме того, конструк- ция замкового соединения не учитывала опасности дополнительного нежелательно- го зажима нахлестки сопрягаемых элемен- тов крепи в процессе их взаимного про- скальзывания вследствие возникающего перекоса плоскости установки замка по принципу шарнирного параллелограмма или качающейся серьги, а плечо увода ос- тавлено таким же, как и в обычных образ- цах первых зажимных устройств (АПЗ.030). Эти особенности рассматриваемой кон- струкции негативно сказались как на типе рабочей характеристики, так и на эксплуа- тационной надежности крепи, а получен- ные данные позволяют считать конструк- цию пригодной для узкого круга условий применения (горные выработки вне зоны влияния очистных работ). Авторы изучили другие замковые со- единения, предложенные в 70-е годы: за- мок АПЗ.070 (ЗСД) конструкции ДонУГИ и замок типа ЗПК конструкции НИИОГР и КузНИУИ. Оба типа замков обеспечивают улучшение состояния поддерживаемых 83 выработок и достаточно широко применя- ются по настоящее время на действующих угольных шахтах. Замок типа ЗСД представляет собой ог- раниченно шарнирную блочную конструк- цию, включающую планку из специально- го проката (ПЗС-20), обладающую повы- шенной прочностью на изгиб, и две скобы, сблокированных специальным хомутом, штампованным из листовой стали толщи- ной 3 – 4 мм. При постановке замок пред- ставляет собой прямоугольный треуголь- ник, в котором больший катет образует ос- новная зажимная скоба, плоскость которой перпендикулярна продольной оси сопря- гаемых сегментов крепи. Вторая скоба – гипотенуза – устанавливается под углом к продольной оси сегмента (обе скобы замы- каются на общей планке). При этом откос- ная скоба блокирует самозатяжку замка в процессе проседания и увеличивает общее зажимное усилие. Поскольку имелось в виду использова- ние замка в составе применяемых крепей циркульного типа (АП3, АП5 и т.п.), то ве- личина рабочего сопротивления узла была сознательно ограничена величиной 90 – 120 кН, а основное внимание было сосре- доточено на достижении гарантированной стабильной податливости, считавшейся приоритетным параметром. Таким образом, впервые в отечествен- ной практике замковое соединение изна- чально создавалось под конкретный вид крепи с определенным параметром пре- дельной несущей способности, что в целом себя оправдало на небольших глубинах раз- работки. В сложных горно-геологических условиях применение низких силовых пока- зателей замков ЗСД оказались недостаточ- ными, а предложенное ДонУГИ увеличение количества замков в узле (до двух) – выяви- лось нецелесообразным. Кроме того суще- ственный недостаток– большой вес (более 11 кг), создает определенную сложность и трудоемкость установки. Поэтому данное решение не является перспективным. К аналогичному выводу авторы при- шли, рассматривая широкую практику соз- дания и применения замковых соединений, в конструкцию которых (с замком АПЗ.030) вводятся специальные дополни- тельные элементы (так называемые усили- тели-стабилизаторы), препятствующие из- гибу планки и передающие усилия зажима через днище спецпрофиля. Смещение ско- бы по оси приводят к нежелательной само- затяжке замка. Практика широкого про- мышленного применения замков со съем- ными стабилизаторами (М2 – конструкции ЗДНПЦ «Геомеханика», М4 и М5 – конст- рукции ДонЭРМ, ЗКМ и др.) показала чув- ствительность конструкции к систематиче- ским ошибкам как при изготовлении, так и при установке. В целом, данная группа замков позволила получить новое направ- ление для разработки перспективной кон- струкции, отвечающей требованиям ус- тойчивости подготовительных выработок в тяжелых горно-геологических условиях. ОПЫТ СОЗДАНИЯ И ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЗАМКОВ ТИПА ЗПК Проанализирован опыт создания и ши- рокой промышленной эксплуатации замка типа ЗПК и его модификаций – ЗПК-м, ДК и ЗМПК, в которых недостатки упомяну- тых выше конструкций устранялись на ос- нове уменьшений действия изгибающих моментов без существенного усложнения общей компоновки и увеличения массы замка. Конструкция замков типа ЗПК включа- ет укороченную скобу и изогнутую план- ку, полностью охватывающую спецпро- филь сегмента крепи от днища до нижней части полок. Повышение прочности скобы в ранних конструкциях достигалось ис- пользованием круглой стали увеличенного диаметра (при профиле СВП33 – диамет- ром до 30 мм с нарезной резьбой М30, а в более поздних модификациях – увеличен- ного диаметра 25+ мм с накатанной резь- бой М27). Плечо усилия изгиба зажимной планки тем самым было уменьшено прак- тически в 2 раза, а материал оставлен 84 прежним (полоса 60× 16 или 60× 18), но масса планки увеличилась на 30%. Пред- полагалось, что использование укорочен- ной скобы и уменьшение плеча смещения скобы на самозатяжку будет достаточным для блокировки. Данное техническое ре- шение обеспечивает возможность повы- шения параметра рабочего сопротивления в требуемых для тяжелых условий преде- лах (до 250 – 300 кН/р). Требуемая величина конструктивной податливости позволяет установить при- чины существующей неустойчивости ра- бочей характеристики при податливости более 200 мм. Очевидными причинами яв- ляются: – самозатяжка замкового соединения – это следствие укороченной скобы, в то время как дополнительные меры по при- нудительной блокировке смещения скобы из плоскости замка не предусматриваются, а в вариантах ЗПК и ЗПК-М сферическая нижняя плоскость консолей планки даже способствует натяжению соединения; – схема передачи общего усилия затяж- ки замкового соединения одновременно че- рез три точки (донышко сегмента и его пол- ки), предусмотренная конструкцией планки, создает неопределенность величины пере- даваемого усилия в каждой точке передачи и требует жесткой увязки допусков, имею- щих место при изготовлении прокатного профиля СВП и гибочных допусков по га- бариту при изгибе сегментов крепи. Такая увязка, как показывает практика изготовления замков указанного типа, представляет собой весьма сложную мно- гофакторную задачу, решение которой возможно лишь теоретически, а на практи- ке приводит к ненадежной разнонаправ- ленной работе узлов податливости, выра- жающейся в переходе в жесткий режим, или в недостижении требуемого уровня рабочего сопротивления. Что касается оптимальной величины первого образующего параметра работо- способности, а именно – величины рабоче- го сопротивления ( pP ), то, естественно, для различных крепей его значение опре- деляется конкретной величиной предель- ной несущей способности и коэффициен- том запаса, гарантирующим податливую конструкцию от выхода в жесткий режим работы с последующей необратимой пла- стической деформацией. Снижение величины разброса значений рабочего сопротивления замка (узла по- датливости) приобретает особую значи- мость, так как по смыслу идентична обще- му повышению величины среднего рабоче- го сопротивления крепления при общем повышении надежности. В перспективе удовлетворительное решение этой задачи позволит снизить нормативный коэффици- ент запаса (в настоящее время он составля- ет величину 1,5 – 1,7) до 1,3 – 1,35 с суще- ственным экономическим эффектом. Приведенные соображения по перечис- ленным направлениям совершенствования замковых соединений позволяют сделать предварительную оценку их перспектив- ности в условиях непрерывно усложняю- щихся горно-геологических условиях при- менения и выдвигаемым требованиям па- раметрам рабочей характеристики крепи. Направление прямого увеличения прочности отдельных элементов замковых соединений – скобы и планки (замки ЗСД и ЗШ.000) может быть в целом оценено как этапное, однако недостаточное в силу того, что типы рабочих характеристик и значе- ния образующих параметров не отвечают предъявляемым требованиям. НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ КОНСТРУКЦИИ ЗАМКОВ Необходимыми направлениями совер- шенствования конструкции замков указан- ного типа являются: введение в общую схему замка элементов полной или частич- ной блокировки эффекта самозатяжки и полное снятие проблемы геометрических допусков, и их взаимоувязки на различных стадиях производства и промышленного применения. 85 В Германии и Польше указанное на- правление завершилось созданием замко- вых соединений типа G660, широко при- меняемых на зарубежных шахтах в разно- образных (в т.ч. и самых тяжелых) услови- ях эксплуатации, с большим технико- экономическим эффектом. Учитывая то обстоятельство, что в условиях Рурского каменноугольного бассейна (горно- геологический аналог Донбасса) большие глубины разработки – 1000 м и более – были достигнуты уже в 50-х – 60-х гг. ХХ века, опыт создания новых замковых со- единений («Туссен – Хайнтсман») заслу- живает особого рассмотрения. Во-первых, более ранее (по сравнению с отечественной наукой и практикой) осоз- нание приоритетной значимости основных параметров и рабочей характеристики, на- ряду с широким опытом разработки узлов податливости фрикционных стоек для очи- стных забоев (в отечественной практике – крайне незначительный) с самого начала позволил сформулировать конечную зада- чу и избежать тупиковых технических ре- шений. Относительно типа рабочей харак- теристики (постоянного или полого- нарастающего) с самого начала не возни- кала полемика: наиболее отвечающей за- дачам была признана характеристика по- лого-нарастающего типа, как наиболее на- дежная, обеспечивающая достижение мак- симальной работоспособности крепи. Следует отметить общепринятое мне- ние: – весьма пологое нарастание силового параметра (получаемое обычно при стен- довых испытаниях) не представляет серь- езной угрозы выхода на жесткую характе- ристику, так как длительно действующие усилия в реальных условиях эксплуатации сглаживаются ползучестью стали в эле- ментах замкового соединения; – проблема допусков решается созда- нием специального прокатного планочного профиля, обеспечивающего одновремен- ную и благоприятную схему передачи уси- лий только путем сжатия сопрягаемых спецпрофилей по полкам, а нижняя замы- кающая часть планки при этом в передаче зажимного усилия непосредственно не участвует, чем ликвидируется отмеченная выше неопределенность, способствующая повышению разброса значений силового параметра характеристики; – особое значение с самого начала было уделено решению проблемы блокировки самозатяжки замка, одновременно с повы- шением общей прочности конструкции: зажимная скоба заменена верхней фигур- ной планкой, выполняющей роль блокира- тора, и двумя болтами повышенной проч- ности. Такое решение, с учетом нижней основной планки, изготовляемой из спец- проката, является отчасти вынужденным, но подчеркивает именно приоритетность фактора рабочей характеристики. Для немецкой практики характерным является большая масса (9,2 кг). Это при- вело к использованию высококачествен- ных сталей ( Mn , V ), которые способство- вали снизить массу изделия и повысить стоимость. Однако считается вполне спра- ведливым, что именно такой подход явля- ется правильным и в конечном результате применения крепи повышенной надежно- сти в процессе эксплуатации многократно оправдывается снижением эксплуатацион- ных затрат на поддержание и ремонт, а также создание предпосылок для увеличе- ния нагрузок на очистной забой. Длитель- ный опыт применения решений, основан- ных на таком подходе, свидетельствует о том, что он оказался правильным как в техническом, так и в экономическом от- ношениях. Сравнивая технические решения в за- рубежной и отечественной практике, сле- дует отметить следующие существенные различия: 1. В зарубежной практике решение проблемы реализовано на основе теорети- ческого осмысления геомеханических про- цессов при разработке месторождений на больших глубинах. Приоритетной остается податливая металлокрепь, как основная, обеспечивающая эксплуатационную ус- 86 тойчивость подготовительных выработок с заданной рабочей характеристикой крепи. Такой подход позволил быстро освоить новый профиль, использовать высококаче- ственные материалы (микролегированные стали), термических процессов и т.п., а при постановке крепи – специальные приемы компоновки узлов податливости, обеспе- чивающих постоянство участков активного зажима сопрягаемых сегментов. 2. В отечественной практике многочис- ленные попытки решения проблемы огра- ничивались упрочнением отдельных со- ставляющих замка и частичной блокиров- кой самозатяжки. Соответственно, конеч- ный технико-экономический эффект при- менения был незначительным. Тем не менее, имеющиеся на сего- дняшний день теоретические наработки и многочисленные экспериментальные про- верки отдельных технических решений – группа замков со съемными усилителями- стабилизаторами (М2, М4, ЗКМ, ЗПС и др.), а также учет зарубежного опыта ре- шения проблемы позволяет сформулиро- вать основные технические требования к перспективным замковым соединениям и предложить технические решения, учиты- вающие особенности отечественной прак- тики и состояние производственной базы. Таким образом конструкция замка должна обеспечивать стабильную величину рабочего сопротивления комплекта крепи на уровне 550 – 700 кН (применительно к крепям нового технического уровня) на всем интервале ее конструктивной податли- вости. При этом прочность образующих элементов замкового соединения должна быть гарантирована подбором соответст- вующих материалов и реализуемой схемой передачи зажимного усилия исключительно через полки сопрягаемых сегментов. За- жимная укороченная скоба на первом этапе может изготавливаться из круглой стали увеличенного диаметра (25+ мм – при нака- танной резьбе М27 или из круглой стали 27 мм и нарезной резьбе М27); дальнейшее увеличение диаметра представляется неце- лесообразным по ряду причин (изгибание на критических радиусах). Поэтому следует переходить к новым типам спецпроката (СПА) и микролегиро- ванным сталям (например, к возврату ис- пользования стали 20Г2АФпс и 20Г2АФсп), так как использование Ст5пс является, очевидно, сдерживающим фак- тором дальнейшего повышения зажимного усилия по причине недостаточной кон- тактной прочности (массовые «задиры» по поверхностям трения и полное искажение рабочей характеристики). В качестве альтернативного решения по нижней планке – стабилизатор, не тре- бующий разработки и освоения типораз- мерного ряда планочного спецпрофиля. Целесообразно использовать конструкцию, включающую прочный моноблок, который имеет элемент, блокирующий эффект са- мозатяжки замка. Моноблок может быть получен методом точного литья или горя- чей штамповки. Такое решение должно благоприятно отразиться на массе замка (6,0 кг) и быть вполне приемлемым по стоимостным показателям в условиях крупносерийного выпуска. Схема передачи усилий и решение проблемы увязки допус- ков при таком варианте обеспечивается «автоматически» заданием соответствую- щей конфигурации охватывающей части планки по образцу варианта с использова- нием специального проката (аналога G660). НОВОЕ ЗАМКОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ ЗСГ Конструкция, соответствующая приве- денным требованиям, в настоящее время реализована в модели замкового соедине- ния ЗСГ, разработанного ЗДНПЦ «Геоме- ханика», прошла широкую стендовую про- верку (НИИОМШС) и промышленные ис- пытания (шахта «Комсомолец Донбасса», ГП «Торезантрацит», шахта «Южно- Донбасская №1» (рис. 2). Новый замок «ЗСГ» представляет собой соединительный элемент струбцинного ти- па, где сжатие спецпрофиля осуществляется 87 практически только по полкам и позволяет реализовать их принудительное сцепление по принципу «трение в желобе». Замок «ЗСГ» содержит планку-стабилизатор, со- стоящую из фигурной планки и двух упо- ров, которые соединены с наклонными бо- ковыми стенками планки и имеют сквозные вертикальные отверстия, а также крепеж- ную скобу П-образной формы с резьбовыми концами, пропущенными через сквозные вертикальные отверстия упоров и снабжен- ные гайками (рис. 3). Рис. 2. Внешний вид замкового соединения ЗСГ-27 на овоидной крепи КМП-А3Р2-16,1 в конвейерном уклоне пласта L4 блока №5 шахты «Комсомолец Донбасса» Замки узлов податливости ЗСГ крепей горных выработок имеют 4 исполнения для применяемых шахтных профилей: СВП-22, СВП-27, СВП-33 (табл. 2). Планка-стабилизатор, выполненная в виде единого моноблока, полностью охва- тывает наклонные боковые стенки спец- профиля, обеспечивает плотное примыка- ние смежных звеньев крепи и необходимое их силовое затягивание, противодействует боковому смещению, что создает плав- ность работы узла податливости и ста- бильность рабочего сопротивления. Наклонные боковые стенки планки- стабилизатора выполнены так, что их ши- рина постепенно увеличивается снизу вверх от вогнутой средней части к месту соединения с упорами. За счет этого уве- личивается ширина контакта, что повыша- ет надежность блокировки перекоса плос- кости скобы и фигурной планки относи- тельно продольной оси поперечного сече- ния соединяемых звеньев крепи. а 1 2 3 б Рис. 3 Общий вид замка ЗСГ: а – замок ЗСГ в сборе (1 – планка-стабилизатор, 2 – скоба, 3 – гайка); б – общий вид узла податливости 88 ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗАМКОВ ЗСГ Таблица 2 Обозначение замка Наименование основных параметров и размеров ЗСГ-22 ЗСГ-27 ЗСГ-27-01 ЗСГ-33 Соответствие замка типоразмеру профиля по ГОСТ 18662-83 СВП-22 СВП-27 СВП-33 Диаметр резьбы d, мм М24 М27 М24 М27 Рабочее сопротивление узла податливости (2 замка), кН, не менее 280 340 320 360 Масса замка, кг 4,0 5,0 4,5 5,3 Замок ЗСГ характеризуется весьма ста- бильной характеристикой (отклонение не более 8 – 10%) и более высоким значением рабочего сопротивления (в 1,4 – 1,8 раза) по сравнению с известными отечествен- ными аналогами (рис. 4). 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 50 100 200 300 400 500 600 1 2 3 4 С оп ро ти вл ен ие у зл а по да тл ив о ст и P, к Н 0 200 400 600 800 Зона оптимальных значений P, АП-3, АП-5 Зона оптимальных значений P, КМП-А3, А4, А5 и др. Зона оптимальных значений P для крепей нового техн. уровня КМП-А3, А4, А5Р2 P3 и др. П ре де ль н ая н ес ущ ая с по со бн о ст ь кр еп и, к Н Податливость, ∆Н, мм Рис.4. Обобщенная характеристика узла податливости замка ЗСГ: 1 – ЗСГ («Геомеханика»), СВП-33, Ст5пс, литая планка-стабилизатор, начальная затяжка – 20 кгм; 2, 3, 4 – то же, но затяжка 30, 35, 15 кгм Предложенная конструкция замкового соединения в полной мере отвечает требо- ваниям, предъявляемым к рабочей характе- ристике замка при любых значениях конст- руктивной податливости элементов крепи. Установлена возможность реализации требуемых значений параметра рабочего сопротивления путем варьирования вели- чины начального зажимного усилия для всех трех типоразмеров спецпрофиля СВП (22, 27, 33). Ограничивающим фактором может быть только контактная прочность материала спецпрофиля, что означает на- личие значительного резерва модификации в перспективе, в том числе после ввода ле- гированных марок стали вместо Ст5пс или нового профиля СПА взамен СВП. Замок ЗСГ прост в обращении и имеет вполне приемлемую массу. Низкая величина разброса значений па- раметра рабочего сопротивления (3 – 12%) заслуживает особого рассмотрения, так как затрагивает непосредственно важнейший технико-экономический аспект обоснован- ного выбора плотности установки крепи и, тем самым, все основные позиции кальку- ляционной себестоимости на всех стадиях эксплуатации выработки, включая ее по- гашение. Повышение величины рабочего сопро- тивления имеет ограниченную предельную несущую способность с наименьшими зна- чениями для типовых циркульных конст- рукций (до 450 кН/комплект). В это же время крепи нового технического уровня (овоидные Р2, Р3 и др.) имеют в сопоста- вимых сечениях предельную несущую способность до 700 кН/комплект, что явля- ется надежной и обязательной предпосыл- кой соответствующего повышения рабоче- го сопротивления и, тем самым, работо- способности. Это позволяет сформулировать основ- ной принцип применения замковых соеди- нений для различных конструкций крепи: – крепи с повышенным параметром пре- дельной несущей способности должны комплектоваться замковыми соединениями, обеспечивающими реализацию повышен- ных значений рабочего сопротивления; 89 – комплектация относительно слабых (типовых) крепей замковыми соединения- ми, обеспечивающими высокое значение рабочего сопротивления, просто недопус- тима в силу весьма высокой вероятности перехода в жесткий режим крепи с необра- тимыми последствиями как технико- технологическими, так и экономическими. ВЫВОДЫ Обоснованный выбор комплектации крепей замковыми соединениями позволяет в рамках области применения соответст- вующих конструкций обеспечить достиже- ние максимально возможных значений па- раметра работоспособности и, тем самым, эксплуатационную устойчивость вырабо- ток. Наиболее сбалансированными приме- рами являются: – комплектация типовых крепей (АП) замковыми соединениями типа ЗСД или ЗПК (ЗПК-м); – комплектация крепей нового техниче- ского уровня (НТУ) – КМП (Р2, Р3) замко- выми соединениями ЗСГ с планкой- стабилизатором конструкции ЗДНПЦ «Геомеханика»; – нежелательным является комплекта- ция крепей НТУ замками типа АП3.030 в силу неустойчивости рабочей характери- стики и незначительной величины сопро- тивления. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Вивчаренко А.В. Стратегия развития угольной отрасли Украины / А.В. Вивчаренко // Школа подземной разработки: материалы междунар. науч.-практич. конф. – Д.: ТОВ «ЛізуновПрес», 2011. – С. 3 − 9. 2. Кириченко В.Я. Металлорамные штрековые кре- пи нового технического уровня / В.Я. Кириченко // Школа подземной разработки: материалы междунар. науч.- практич. конф. – Д.: ТОВ «ЛізуновПрес», 2010. – С. 241 – 266. 3. Кириченко В.Я. Направления совершенствования замковых соединений крепей подготовительных выра- боток / В.Я.Кириченко, Г.Г. Сугаренко, О.С. Золотько // Школа подземной разработки: материалы междунар. науч.-практич. конф. – Д.: ТОВ «ЛізуновПрес», 2012. – С. 172 – 180. ОБ АВТОРАХ Кириченко Владимир Яковлевич – д.т.н., директор ЗДНПЦ «Геомеханика». Вивчаренко Александр Васильевич – к.т.н., дирек- тор Департамента по вопросам функционирования и реформирования угольной промышленности Министер- ства энергетики и угольной промышленности Украины.

Концепция создания высокоресурсных замковых соединений рамных крепей горных выработок

Institution

Ähnliche Einträge