Физико-техническое обоснование параметров высокопроизводительных угледобывающих комплексов нового поколения

Викладено найбільш суттєві результати багаторічних досліджень в галузі взаємодії механізованого кріплення з гірничими породами. Результати досліджень покладені в основу створення та впровадження високопродуктивних вугледобувних механізованих комплексів нового покоління. The most essential results of...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:	Физико-технические проблемы горного производства
Datum:	2008
1. Verfasser:	Антипов, И.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут фізики гірничих процесів НАН України 2008
Schlagworte:	Прогноз и управление состоянием горного массива
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108028
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:	Физико-техническое обоснование параметров высокопроизводительных угледобывающих комплексов нового поколения / И.В. Антипов // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2008. — Вип. 11. — С. 69-80. — Бібліогр.: 20 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-108028
record_format	dspace
spelling	Антипов, И.В. 2016-10-28T16:40:29Z 2016-10-28T16:40:29Z 2008 Физико-техническое обоснование параметров высокопроизводительных угледобывающих комплексов нового поколения / И.В. Антипов // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2008. — Вип. 11. — С. 69-80. — Бібліогр.: 20 назв. — рос. XXXX-0016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108028 622.831 Викладено найбільш суттєві результати багаторічних досліджень в галузі взаємодії механізованого кріплення з гірничими породами. Результати досліджень покладені в основу створення та впровадження високопродуктивних вугледобувних механізованих комплексів нового покоління. The most essential results of long-term researches in the field of interaction mechanized supports with rocks are stated. Results of the researches are put in basis of creation and application of the high-efficiency coal-mining mechanized complexes of new generation. Автор выражает искреннюю признательность коллективу Института физики горных процессов НАН Украины, лично член-корреспонденту НАН Украины, доктору технических наук Алексееву Анатолию Дмитриевичу. В проведении исследований под руководством автора статьи принимали участие и использовали результаты при подготовке диссертационных работ в Институте физики горных процессов НАН Украины кандидаты технических наук П.Е. Филимонов, В.Е. Кравченко, А.В. Савенко. ru Інститут фізики гірничих процесів НАН України Физико-технические проблемы горного производства Прогноз и управление состоянием горного массива Физико-техническое обоснование параметров высокопроизводительных угледобывающих комплексов нового поколения Physical and technical substantiation parameters of high productivity new generation mining enginery Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Физико-техническое обоснование параметров высокопроизводительных угледобывающих комплексов нового поколения
spellingShingle	Физико-техническое обоснование параметров высокопроизводительных угледобывающих комплексов нового поколения Антипов, И.В. Прогноз и управление состоянием горного массива
title_short	Физико-техническое обоснование параметров высокопроизводительных угледобывающих комплексов нового поколения
title_full	Физико-техническое обоснование параметров высокопроизводительных угледобывающих комплексов нового поколения
title_fullStr	Физико-техническое обоснование параметров высокопроизводительных угледобывающих комплексов нового поколения
title_full_unstemmed	Физико-техническое обоснование параметров высокопроизводительных угледобывающих комплексов нового поколения
title_sort	физико-техническое обоснование параметров высокопроизводительных угледобывающих комплексов нового поколения
author	Антипов, И.В.
author_facet	Антипов, И.В.
topic	Прогноз и управление состоянием горного массива
topic_facet	Прогноз и управление состоянием горного массива
publishDate	2008
language	Russian
container_title	Физико-технические проблемы горного производства
publisher	Інститут фізики гірничих процесів НАН України
format	Article
title_alt	Physical and technical substantiation parameters of high productivity new generation mining enginery
description	Викладено найбільш суттєві результати багаторічних досліджень в галузі взаємодії механізованого кріплення з гірничими породами. Результати досліджень покладені в основу створення та впровадження високопродуктивних вугледобувних механізованих комплексів нового покоління. The most essential results of long-term researches in the field of interaction mechanized supports with rocks are stated. Results of the researches are put in basis of creation and application of the high-efficiency coal-mining mechanized complexes of new generation.
issn	XXXX-0016
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108028
citation_txt	Физико-техническое обоснование параметров высокопроизводительных угледобывающих комплексов нового поколения / И.В. Антипов // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2008. — Вип. 11. — С. 69-80. — Бібліогр.: 20 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT antipoviv fizikotehničeskoeobosnovanieparametrovvysokoproizvoditelʹnyhugledobyvaûŝihkompleksovnovogopokoleniâ AT antipoviv physicalandtechnicalsubstantiationparametersofhighproductivitynewgenerationminingenginery
first_indexed	2025-11-26T20:18:12Z
last_indexed	2025-11-26T20:18:12Z
_version_	1850773031088029696
fulltext	Прогноз и управление состоянием горного массива 69 Раздел 3. Прогноз и управление состоянием горного массива УДК 622.831 ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫХ УГЛЕДОБЫВАЮЩИХ КОМПЛЕКСОВ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ д.т.н., проф. Антипов И.В. (ИФГП НАНУ)∗ Викладено найбільш суттєві результати багаторічних досліджень в галузі взаємодії механізованого кріплення з гірничими породами. Результати досліджень покладені в основу створення та впровадження високопродуктивних вугледобувних механізованих комплексів нового покоління. PHYSICAL AND TECHNICAL SUBSTANTIATION PARAMETERS OF HIGH PRODUCTIVITY NEW GENERATION MINING ENGINERY Antypov I.V. The most essential results of long-term researches in the field of interaction mechanized supports with rocks are stated. Results of the researches are put in basis of creation and application of the high-efficiency coal-mining mechanized complexes of new generation. 1. Актуальность проблемы Около 90% энергии, потребляемой в мире, получают из ископаемых ис- точников энергии – угля, нефти и газа. Мировые запасы этих полезных ис- копаемых составляют 1.152,2 млрд. т SKE (единиц условного топлива), из которых 786 млрд. SKE приходится на уголь, что составляет более 68% всех ископаемых источников энергии [1]. В связи с ограниченными запасами нефти и газа, а также повышением цен на эти энергоносители, уголь начинает занимать передовые позиции в мировой стратегии энергетической безопасности. По прогнозу Междуна- родного энергетического агентства (МЭА) до 2030 года можно ожидать по- вышение добычи угля на равные 1, 4–2% на год [2]. Исходя из мировых тенденций развития угледобычи и принимая во вни- мание обеспечение национальной безопасности Национальной Энергетиче- ской Программой Украины предусмотрено увеличение доли угля в топлив- но-энергетическом балансе государства до 50%. Запасы угля в Украине составляют 117,4 млрд., из которых на действую- щих шахтах 6,5 млрд. т, вскрыто 2,2 млрд. т, подготовлено к выемке 248 млн. т. Соотношение запасов природных энергоносителей следующее: уголь – 95,4 %; газ – 2,6 %, нефть – 2,0 % [3]. ∗ В проведении исследований под руководством автора статьи принимали участие и использовали результаты при подготовке диссертационных работ в Институте физики горных процессов НАН Украины кандидаты технических наук П.Е. Фили- монов, В.Е. Кравченко, А.В. Савенко. Прогноз и управление состоянием горного массива 70 В начале 80-х годов были разработаны геомеханические и технологиче- ские основы нового уровня крепей очистных забоев, что обеспечило созда- ние механизированных крепей второго поколения – 1МК103, «Донбасс-80», М137 и др. Новые крепи позволили расширить область применения ком- плексов на пласты с малоустойчивыми породами кровли. С внедрением ме- ханизированных комплексов 1КМ103, КД80, КМ137 и др. наблюдалась не- которая стабилизация показателей. Но уже в 1992 году 248 комплексов, что составляло 42% общего количества комплексно-механизированных забоев, работали с присечкой вмещающих пород, а около 45% комплексов - в усло- виях неустойчивых кровель, то есть за пределами области применения ме- ханизированных крепей второго поколения. Это привело к снижению сред- ней нагрузки до 470 т/сут., производительности труда – до 5,91 т/выход; около 80 комплексов ежегодно работало с нагрузкой менее 300 т/сут. [4] При явном недоиспользовании возможностей отечественных механизи- рованных комплексов средняя нагрузка на них составила 1208 т/сут., что в 2 раза выше, чем на забои с мехкомплексами на базе крепей предыдущих по- колений (КД80, МТ, М87, М88, МК97, МК98), и в 12 раз выше, чем на лавы с индивидуальным креплением. Практика ведущих угледобывающих стран свидетельствует о том, что наибольший экономический эффект достигается за счет повышения нагруз- ки на очистные забои комплексами на базе двухстоечных щитовых механи- зированных крепей, которые обеспечивают высокую производительность и безопасность ведения работ. Основной проблемой, которая препятствует реализации этого направления в угледобывающей промышленности Украи- ны, являются сложные горно-геологические условия залегания угольных пластов, характеризующиеся малой мощностью, неустойчивыми боковыми породами и наличием значительного количества геологических нарушений. Таким образом, объективно возникла потребность в крепях нового поко- ления [5], позволяющих расширить область применения механизированных комплексов на маломощные пласты с неустойчивыми породами кровли и обеспечить выемку угля без риска здоровью и жизни рабочих. Для этого не- обходимо разработать геомеханические и технологические основы создания крепей нового поколения − изучить особенности взаимодействия крепей с неустойчивыми кровлями и разработать новые принципы сохранения сплошности пород, обосновать требования к крепям и разработать методы расчета их параметров. 2. Теоретические исследования Физические процессы, происходящие в горном массиве, отличаются боль- шой сложностью и неоднозначностью. Изучение геомеханических процессов весьма затруднительно не только при непосредственных наблюдениях в на- турных условиях, но и в теоретических и лабораторных исследованиях. Од- ним из методов решения геомеханических задач является моделирование. Прогноз и управление состоянием горного массива 71 При решении геомеханических задач применяются физические, аналити- ческие и численные методы моделирования [6]. Численные методы моделирования, в отличие от физических и аналити- ческих, позволяют моделировать неоднородность горного массива, различ- ные включения и зоны трещиноватости. Кроме того при численном модели- ровании натуры учитывается большее количество физико-механических ха- рактеристик пород. Наиболее распространенными среди численных методов являются метод конечных разностей (МКР) и метод конечных элементов (МКЭ). Преимущества МКЭ по сравнению с другими численными методами за- ключаются в следующем: возможность задания любых граничных условий, получение результатов в абсолютных, а не относительных показателях, воз- можность учета в расчетах любых физико-механических свойств горных по- род при любой последовательности нагружения, возможность сгущения се- ти конечных элементов в местах высоких градиентов напряжений, простота и визуальная наглядность получаемых решений. Суть алгоритма МКЭ [7] заключается в том, что искомая непрерывная ве- личина перемещения точек горного массива аппроксимируется кусочным набором простейших функций, заданных над ограниченным количеством элементов. Это позволяет свести интегрирование дифференциальных урав- нений к решению системы линейных уравнений. Оптимальный по сложно- сти расчетов и точности результатов алгоритм МКЭ реализуется с помощью треугольных элементов (рис. 1). Рис. 1. Расчетная схема (геомеханическая модель) массива горных пород для расче- тов с помощью МКЭ Прогноз и управление состоянием горного массива 72 Для обоснования параметров высокопроизводительных угледобывающих комплексов нового поколения моделировалась отработка пологого угольно- го пласта мощностью до 2,0 м на глубине около 1000 м [8]. В основной кровле пласта залегают породы категории А2, или А3, мощность которых варьируется в моделях с шагом 1 м. Непосредственная кровля относится к категории Б2 или Б3 и ее мощность варьируется в моделях с шагом 0,5 м. Почва слагается породами категории П2–3. На рис. 1 представлена модель со следующими размерами: расстояние от земной поверхности до нижней границы модели изменяется в зависимости от мощности слоев основной и непосредственной кровель, составляя около 1000 м. Горизонтальный размер модели – 300 м. Сетка треугольных элемен- тов сгущается в районе угольного пласта. Вначале выполняется расчет для массива не подверженного влиянию очистных работ и проверяется равновесие модели, затем моделируется раз- резная печь. Проведение разрезной печи вызывает незначительные переме- щения узлов в модели и перераспределения напряжений. Далее моделируется выемка угля путем увеличения пролета кровли в вы- работанном пространстве на величину ΔL = 3 м, обусловленную горизон- тальным размером элемента. Расчеты выполняются до тех пор, пока не бу- дет зафиксировано разрушение элементов, составляющих основную кровлю (2-я группа элементов), то есть, пока не произойдет первичное обрушение. Если посадка основной кровли произошла на определенном этапе расче- тов, то решение полученное на предыдущем этапе принимается в качестве исходного для выделения в общей модели участка меньших размеров. При этом, полученные напряжения являются граничными условиями для иссле- дуемой области меньших размеров. В этой области моделируется призабой- ная крепь путем приложения противодействующих сил к узлам элементов, имитирующих породы кровли в призабойном пространстве. Разработанная модель горного массива отличается наиболее полным уче- том физико-механических характеристик пород, гибкостью, обусловленной возможностью варьирования горно-геологических характеристик массива в широких пределах, а также высоким быстродействием расчетов на ЭВМ, обусловленным использованием в алгоритме МКЭ не матричного, а анали- тического метода формирования матриц жесткости элементов. Шахтные наблюдения [9] показали, что устойчивые обнажения пород не- посредственной кровли на концевых участках лав составляют не более 2 метров. Такие породы относятся категории Б2 (неустойчивые) и Б3 (малоус- тойчивые). Применять механизированные крепи второго поколения в таких условиях неэффективно из-за возможных вывалообразований в призабойном пространстве, что подтверждается на практике [10]. Для обеспечения эффективного применения крепи в условиях неустойчи- вых и малоустойчивых пород на концевых участках лав необходимо опреде- лить ее силовые параметры и режимы работы к которым относятся удельное Прогноз и управление состоянием горного массива 73 сопротивление и режим взаимодействия крепи с вмещающими породами, а именно характер изменения сопротивления и податливости. Выбор параметров двухстоечной механизированной крепи выполнен пу- тем моделирования ее взаимодействия с неустойчивыми и малоустойчивы- ми породами кровли на этих участках с использованием модели (см. рис. 1) и алгоритма МКЭ, реализованного пакетом программ FEM. Всего было сформировано и реализовано четыре модели взаимодействия крепи с непосредственной кровлей для следующих сочетаний горно- геологических условий: А2Б2; А3Б2; А2Б3 и А2Б3. Усилия призабойной крепи имитировались путем приложения внешних сил к узлам на нижней границе исследуемой области. При этом, сопротив- ление крепи варьировалось от 200 до 600 кН/м2. Расчеты показали, при сопротивлении крепи 350 кН/м2 и ниже в непо- средственной кровле возникают растягивающие напряжения, которые пре- вышают пределы прочности пород и вызывают разрушение непосредствен- ной кровли на полную мощность. Частичное нарушение сплошности пород происходит при сопротивлении крепи менее 400 кН/м2 в условиях пород категории Б3 и аналогичные раз- рушения происходят при сопротивлении крепи 500 кН/м2 в условиях неус- тойчивых кровель, которые относятся к категории Б2. При сопротивлении крепи 500 кН/м2 и выше в непосредственной кровле возникают сжимающие напряжения, под действием которых породы также разрушаются. Завышен- ное (более 500 кН/м2) или заниженное (менее 300 кН/м2) сопротивление крепи вызывает потерю устойчивости непосредственной кровли и вывалы породы на концевом участке лавы. Рациональные силовые параметры двухстоечной крепи с учетом горно- геологических условий залегания и физико-механических характеристик массива составляют 400–500 кН/м2., или в среднем – 450 кН/м2 [11]. Для эф- фективной работы двухстоечных крепей в условиям неустойчивых пород кровли необходимо обеспечить режим рациональных силовых параметров. 3. Шахтные инструментальные исследования Шахтные инструментальные наблюдения в действующих очистных забо- ях – наиболее эффективный и достоверный метод исследования геомехани- ческих процессов в породном массиве. Горные породы до проведения в них выработок находятся в состоянии на- пряженного геостатического равновесия. При ведении горных работ равнове- сие нарушается и породы приходят в движение. Кинематика горных пород является следствием проявления сложных процессов в толще, окружающей угольный пласт, в самом пласте и в механизированной крепи. Поскольку для наблюдений доступны движения слоев, непосредственно прилегающих к угольному пласту, шахтные наблюдения дают возможность изучения горного давления, проявляющегося в видимых движениях кровли и почвы пласта. Прогноз и управление состоянием горного массива 74 Основные причины неудовлетворительного состояния кровли, вывалооб- разований неустойчивых пород в очистных забоях, а также способов и средств их предотвращения представлены в многочисленных научных рабо- тах отечественных и зарубежных исследователей. Например, топтание кров- ли при передвижке крепи с полной разгрузкой приводит к потере сплошно- сти нижнего слоя пород [12]. При наличии породной подушки на перекрытии точка первого контакта верхняка с кровлей удаляется от груди забоя лавы на расстояние более 0,3 м [7–10]. Инертность крепей при передвижке приводит к запаздыванию креп- ления и обнажениям пород в призабойном пространстве лав. Все эти факто- ры отрицательно сказываются на состоянии неустойчивых и малоустойчи- вых пород непосредственной кровли и приводят к вывалообразованиям в призабойном пространстве лавы. Исследованиями установлено, что при выполнении операций по выемке угля и передвижке секций крепи скорость конвергенции вмещающих пород изменяется [13]. В зависимости от интенсивности выполнения основных производственных операций в очистном забое изменяется скорость протека- ния геомеханических процессов в горном массиве. При этом получены чис- ленные значения ускорения конвергенции вмещающих пород в лаве, состав- ляющие 0,005–0,045 мм/мин2 на концевых участках и 0,045–0,055 мм/мин2 в средней части лавы. Исследования выполненные на АП «Шахта им. А.Ф. Засядько» в 1997 г. [14,15] и 2001 г. [16] не предусматривали фиксирование скорости конвер- генции на каждой секции крепи. Кроме того, во время инструментальных наблюдений в лаве не была обеспечена непрерывная фиксация показаний измерительной стойки при передвижке секций механизированной крепи. Выводы, сделанные после обработки шахтных наблюдений базировались на аппроксимации значений конвергенции пород до передвижки секции крепи и после установки измерительной стойки в новое положение. Для уточнения выдвинутых гипотез в 2004–2005 гг. проведены дополни- тельные инструментальные наблюдения в высокопроизводительной 17-й восточной лаве пласта m3 АП «Шахта им. А.Ф. Засядько» [17]. Цель прове- денных исследований заключалась в установлении влияния процесса пере- движки секций крепи на интенсивность геомеханических процессов в гор- ном массиве. Наблюдения в 17-й восточной лаве пласта m3 проводились с 1 декабря 2004 г. по 30 мая 2005 г. При этом было исследовано 42 цикла выемки угля комбайном и передвижки секций механизированной крепи. Общая продол- жительность наблюдений составила 25 рабочих смен, или около 150 часов. Подвигание лавы за период наблюдений составило 850 м; было зафиксиро- вано 14 посадок основной кровли. Для измерения конвергенции вмещающих пород использовалась стойка СУИ-II с индикатором часового типа ИЧТ-0,01. Хронометраж продолжи- Прогноз и управление состоянием горного массива 75 тельности производственных операций выполнятся с помощью секундоме- ра. При этом показания приборов впервые фиксировались вербально через микрофон, установленный в противопылевом респираторе наблюдателя, на портативный магнитофон. Данные, записанные на магнитофон впоследствии расшифровывались и заносились в специальные формуляры. Такой метод наблюдений позволил одновременно фиксировать не только показания при- боров и секундомера, но и получить объективное вербальное описание тех- нологических операций в очистном забое. Инструментальные наблюдения показали, что при достаточном удалении комбайна от измерительной стойки скорость опускания кровли составляет около 0,02–0,05 мм/мин и не зависит от операций по выемке угля. Однако, при приближении комбайна к измерительной стойке на расстояние 3–5 сек- ций механизированной крепи (4–7 м), скорость опускания кровли начинала быстро увеличиваться. Наибольшее ее значение наблюдается в период про- хода комбайна около измерительной стойки. Далее по мере удаления ком- байна от измерительной стойки скорость опускания кровли убывает до 0,02–0,05 мм/мин. Отрезок пути комбайна до измерительной стойки, на ко- тором резко возрастает скорость опускания кровли, представляет собой зону влияния операций выемки угля впереди комбайна, длина которой составляет около 4–7 м. Аналогичный отрезок пути длиной 7-10 м был зафиксирован при удалении комбайна от измерительной стойки. На этом участке скорость опускания кровли уменьшалась до уровня, который предшествовал началу влияния выемки. Этот участок представляет собой зону влияния операций выемки угля позади комбайна. Отмеченные изменения интенсивности опус- кания кровли наблюдались при каждом проходе комбайна в районе измери- тельной стойки. Метод вербальной записи результатов наблюдений позволил впервые за- фиксировать влияние операций по передвижке секций механизированной крепи на интенсивность геомеханических процессов в горном массиве. Так, перед измерительной стойкой наблюдалось плавное изменение скорости конвергенции пород, а после передвижки секции выше измерительной стой- ки скорость конвергенции пород увеличивалась ступенчато. Причем, интен- сивность конвергенции пород обусловлена временем передвижки секции и расстоянием до измерительной стойки. При этом, операции по передвижке секций крепи расположенных ниже измерительной стойки не оказывали су- щественного влияния на изменение скорости конвергенции пород. При проведении исследований впервые в мировой практике был проведен эксперимент по изменению технологической схемы передвижки механизи- рованной крепи [18]. Анализ процесса перемещения отдельной секции при последовательной схеме передвижки крепи показал, что максимальное время, затрачиваемое на перемещение секции в новое место, составляет 26 с. Среднее время пере- движки секции, за время проведения инструментальных наблюдений, за- Прогноз и управление состоянием горного массива 76 фиксировано на уровне 22 с. Минимальное время передвижки секции – 18 с. Увеличение скорости перемещения технологических операций по крепле- нию и управлению кровлей ограничено схемой передвижки, при которой секции должны задвигаться по очереди. При выполнении шахтных инструментальных наблюдений, по согласова- нию с руководством АП «Шахта им. А.Ф. Засядько»∗, была проведена опыт- но-экспериментальная апробация комбинированной схемы передвижки сек- ций механизированной крепи. Особенность комбинированной схемы состо- ит в опережающей передвижке секций механизированной крепи (по анало- гии с шахматной) за проходом исполнительного органа комбайна и после- дующей задвижкой не передвинутых секций с отставанием в 1–2 секции. Во время эксперимента в течение смены выполнялись два замера. Первый замер производился во время выполнения первого выемочного цикла при передвижке секций механизированной крепи последовательно вслед за про- ходом исполнительного органа комбайна. Второй замер произведен в тече- ние следующего очистного цикла при комбинированной схеме передвижки секций механизированной крепи. Кроме замеров конвергенции вмещающих пород производился хронометраж выполнения технологических операций очистного цикла. Анализ полученных хронометражных данных показал, что при применении комбинированной схемы передвижки механизированной крепи, скорость перемещения техно- логических операций по выемке угля находилась в пределах 4,6–5,4 м/мин. Максимальная зафиксированная скорость составила 5,6 м/мин. Для выявления опасности вывалообразования в призабойное пространст- во и исключения травматизма рабочих, был проведен сравнительный анализ последовательной и комбинированной схем передвижки секций механизи- рованной крепи на основе измеренных значений конвергенции вмещающих пород. Результаты замеров обработаны при помощи метода группового учё- та аргументов [19] и получены зависимости конвергенции, скорости конвер- генции вмещающих пород от времени, а также значения ускорения конвер- генции. По результатам инструментальных замеров построены соответст- вующие графики ускорений для этих схем передвижки (рис. 2). Установлено, что при использовании комбинированной схемы передвиж- ки механизированной крепи, снятие распора с ближайшей, расположенной выше замерной станции секции, интенсивность смещений и значения уско- рения конвергенции боковых пород меньше, чем при схеме с последова- тельной передвижкой секций. Следует отметить что, чем больше значения ускорение конвергенции вмещающих пород, тем больше напряжения, воз- никающие в массиве горных пород. Увеличение амплитуды ускорения кон- вергенции при использовании последовательной схемы передвижки указы- вает на то, что изменения напряжённо-деформированного состояния масси- ∗ Автор статьи благодарит доктора технических наук Бокия Бориса Всеволодовича за участие и помощь в проведении шахтных исследований. Прогноз и управление состоянием горного массива 77 ва горных пород при этой схеме, значительно больше по сравнению с ком- бинированной схемой передвижки секций. Применение комбинированной схемы передвижки секций позволило со- кратить количество простоев горношахтного оборудования, связанных с ли- квидацией вывалов; увеличить скорости подвигания очистного забоя за счёт интенсификации процессов крепления и управления кровлей и повысить ка- чество добываемого угля, за счёт снижения зольности [18,20]. 4. Выводы Впервые в шахтных условиях исследовано и раскрыто явление топтания кровли в статическом положении механизированной крепи, которое заклю- чается в периодическом нагружении и разгрузке вмещающих пород вслед- ствие значительной ступенчатой податливости крепей предыдущих поколе- ний. Благодаря раскрытию этого неблагоприятного явления впервые в оте- чественной и зарубежной практике создано новое адаптивное гидравличе- ское оборудование и оригинальные схемы насосных станций, которые при- меняются в высокопроизводительных угледобывающих комплексах нового поколения. Рис. 2. График ускорения конвергенции вмещающих пород при последовательной и комбинированной схемах передвижки секций механизированной крепи Для условий неустойчивых пород кровли очистного забоя выдвинут и обоснован новый подход к сохранению естественной сплошности пород на контакте с перекрытием крепи, который заключается в поддержании систе- Прогноз и управление состоянием горного массива 78 мы "крепь − породный массив" в состоянии равновесия при применении вы- сокопроизводительных угледобывающих комплексов нового поколения. Впервые в мировой практике установлены четкие закономерности изме- нения скорости конвергенции вмещающих пород вдоль лавы для условий высокой скорости подвигания очистного забоя и предложен количественный критерий оценки длины концевых участков очистных забоев, который ис- пользован для разработки программного обеспечения кинематического и силового анализа секций щитовой крепи на стадии проектирования. Предложено и обосновано новое понимание ускорения конвергенции вмещающих пород, как критерия изменения напряженно-деформированного состояния горного массива для установления протяженности зон интенсив- ного влияния технологических операций выемки угля и передвижки секций механизированной крепи, что позволило оптимизировать значения кинема- тических и силовых параметров двухстоечных щитовых крепей в высоко- производительных угледобывающих комплексах нового поколения. В период выполнения исследований автор статьи работал в должности заведующего отделом Института физики горных процессов НАН Украины. Результаты исследований положены в основу комплекса работ ГП "Донги- проуглемаш" по созданию и внедрению высокопроизводительных угледо- бывающих комплексов нового поколения (рис. 3), которые выдвинуты на соискание Государственной премии Украины в области науки и техники. По результатам исследований подготовлены и защищены три кандидатские диссертации. Рис. 3. Механизированный комплекс ДМ нового поколения Прогноз и управление состоянием горного массива 79 Производительность и надежность комплексов нового поколения значи- тельно превышает аналогичные показатели комплексов предыдущего поко- ления и высшие по сравнению с лучшими зарубежными образцами. Благо- даря этому высокопроизводительные комплексы нового поколения вытес- нили из украинского рынка зарубежных производителей аналогичной гор- ной техники. За последние шесть лет изготовлены и эксплуатируются на шахтах Украины 42 комплекса нового поколения на базе крепей КДД, ДМ и ДТ, которые обеспечивают добычу свыше 9 млн. т в год. Добыча этими комплексами составляет 15% комплексно-механизированной добычи в Ук- раине. Производительность комплексов нового поколения на 30% превыша- ет аналогичный показатель комплексов предыдущего поколения и комплек- сов зарубежного производства. С внедрением новых комплексов прекрати- лась эксплуатация механизированных крепей фирмы Glinik на шахтах Ук- раины.Экономический эффект от внедрения механизированных комплексов нового поколения составляет 10224,6 млн. гривен. Автор выражает искреннюю признательность коллективу Института фи- зики горных процессов НАН Украины, лично член-корреспонденту НАН Украины, доктору технических наук Алексееву Анатолию Дмитриевичу. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Сапицкий К.Ф., Антипов И.В. Современный уровень и перспективы раз- вития механизированных крепей для тонких пластов // Известия вузов. Горный журнал. – 1994. – № 7. – С. 20–26. 2. Антипов И.В., Филимонов П.Е., Щербинин Д.В. Мировые рынки угля и техника для очистных забоев // Геотехнологии на рубеже ХХI века. – Донецк: ДУНПГО, 2001. – Т. 1. – С. 25–31. 3. Антипов И.В., Сухаревский Э.Ю. Современные тенденции развития топливно– энергетического комплекса Украины // Проблемы развития внешнеэкономиче- ских связей и привлечения иностранных инвестиций: региональный аспект: Сб. научн. тр. – Донецк: ДонНУ, 2006. – С. 30–34. 4. Sapicki K., Antypov I. The present state and the prospects of the development of mechanised wall lining constructions for small seam thickness // VI Sympozjum "Wybrane problemy eksploatacji zloz na duzych glebo–kosciach". – Gliwice, 1994. – P. 95–110. 5. Антипов И.В. Новое направление в разработке механизированных крепей очи- стных забоев для тонких пластов // Уголь Украины. – 1996. – № 10. – С. 19–21. 6. Антипов И.В., Филимонов П.Е., Гатауллин Н.Н. Численное моделирование геомеханических процессов в породном массиве / Геодинамика и напряженное состояние недр Земли. Труды международной конференции. – Новосибирск: ИГД СО РАН, 2004. – С. 51–54. 7. Антипов И.В., Филимонов П.Е. Имитирование условий взаимодействия крепи с горным массивом методом конечных элементов // Геотехническая механика: Сб. научн. тр. – Днепропетровск: ИГТМ НАН Украины, 2004. – № 49. – С. 99– 106. Прогноз и управление состоянием горного массива 80 8. Антипов И.В., Щербинин Д.В. Определение силовых и геометрических пара- метров механизированной крепи // Физико-технические проблемы горного про- изводства. – Донецк: Китис, 1999. – С. 97–101. 9. Antypov I., Jarembash I. The peculiarities of interaction between powered support and immediate roof in the very thin seams // International Scientific Conference of moving Technical University from Pribram to Ostrava. – 1996. – P. 74–80. 10. Антипов И.В., Поважный С.Ф. Шахтные исследования особенностей взаимо- действия механизированных крепей с вмещающими породами // Известия ву- зов. Горный журнал. – 1994. – № 3. – С. 45–50. 11. Антипов И.В., Филимонов П.Е., Грядущий В.Б., Гатауллин Н.Н. Шахтные ис- следования и моделирование геомеханических процессов / Геотехническая ме- ханика: Сб. научн. тр. – Днепропетровск: ИГТМ НАН Украины, 2003. – № 30. – С. 160–165. 12. Антипов И.В., Кравченко В.Е., Щербинин Д.В. Шахтные исследования конвер- генции вмещающих пород // Уголь Украины. – 2000. – № 10. – С. 24–27. 13. Антипов И.В., Щербинин Д.В, Дегтярь Р.В. Особенности механизма деформа- ций угольного пласта в зоне влияния очистных работ // Физико–технические проблемы горного производства. – Вып. 8. – Донецк: ИФГП НАН Украины, 2005. – С. 104–110. 14. Антипов И.В., Ильюшенко В.Г., Кравченко В.Е. Ускорение конвергенции вме- щающих пород в очистных забоях // Физико–технические проблемы горного производства. – Донецк: Китис, 1999. – С. 56–63. 15. Антипов И.В., Кравченко В.Е. Шахтные испытания механизированной крепи нового уровня // Известия Донецкого горного института, 1999. – № 3. – С. 47– 51. 16. Звягильский Е.Л., Филимонов П.Е., Антипов И.В., Щербинин Д.В. Ускорение конвергенции вмещающих пород в очистных забоях // Уголь Украины. – 2002. – № 8. – С. 33–36. 17. Антипов И.В., Савенко А.В., Сухаревский Э.Ю. Комплексные натурные иссле- дования в 17–й восточной лаве пласта m3 АП «Шахта им. А.Ф. Засядько» // Проблеми гірського тиску. – Донецьк: ДонНТУ, 2005. – № 13. – С. 213–222. 18. Антипов И.В., Савенко А.В. Обоснование комбинированной схемы передвижки секций механизированной крепи в высокопроизводительных очистных забоях на глубоких горизонтах // Проблемы горного дела и экологии горного произ- водства: Монография. – Донецк: «Вебер», 2007. – С. 9–15. 19. Антипов И.В., Шкуматов А.Н. Моделирование производственных процессов методом группового учета аргументов // Проблемы экологии. Общегосударст- венный научно–технический журнал. – 2000. – № 1. – С. 5–9. 20. Антипов И.В., Щербинин Д.В., Поляков М.В. Новая малометаллоемкая механи- зированная крепь для очистных забоев // Уголь Украины. – 2001. – № 4. – С. 26–28.

Физико-техническое обоснование параметров высокопроизводительных угледобывающих комплексов нового поколения

Institution

Ähnliche Einträge