Анализ развития, результаты и перспективы работ по динамической диагностике и мониторингу эксплуатационного состояния армировки шахтных стволов
У статті викладено матеріали, що описують розвиток технології динамічної діагностики жорсткого армування шахтних стволів з використанням мобільних вимірювальних пристроїв у Європі та в СНД. Наведено приклади використання аналогової та цифрової вимірювальної апаратури, та результати досліджень динамі...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Геотехническая механика |
|---|---|
| Datum: | 2012 |
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2012
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/54023 |
| 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: | Анализ развития, результаты и перспективы работ по динамической диагностике и мониторингу эксплуатационного состояния армировки шахтных стволов / С.Р. Ильин // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 101. — С. 240-261. — Бібліогр.: 29 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860260789018951680 |
|---|---|
| author | Ильин, С.Р. |
| author_facet | Ильин, С.Р. |
| citation_txt | Анализ развития, результаты и перспективы работ по динамической диагностике и мониторингу эксплуатационного состояния армировки шахтных стволов / С.Р. Ильин // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 101. — С. 240-261. — Бібліогр.: 29 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геотехническая механика |
| description | У статті викладено матеріали, що описують розвиток технології динамічної діагностики жорсткого армування шахтних стволів з використанням мобільних вимірювальних пристроїв у Європі та в СНД. Наведено приклади використання аналогової та цифрової вимірювальної апаратури, та результати досліджень динаміки систем «посудина-армування» з використанням «вимірювально-розрахункової» технології у промислових умовах рудників України. Вказано на перспективи поєднання методів лазерного сканування та динамічної діагностики армування щодо підвищення експлуатаційної безпеки стволів у складних гірничо-геологічних умовах.
The article describes materials that describe the development of technology of diagnosing dynamic rigid reinforcement shafts using mobile measuring devices in Europe and the CIS. Examples of the use of analog and digital instrumentation, and results of studies of the dynamics of systems "vessel-reinforcing" using "measurement and calculation" technology in industrial environments mines in Ukraine. Specified on the prospects combination of dynamic diagnostics and laser scanning reinforcement to improve operational safety barrels in difficult geological conditions.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:55:18Z |
| format | Article |
| fulltext |
240
3. Разработать исходные данные на проектирование энерготехнологического комплекса утилизации шла-
мов и некондиционных углей: Отчет о НИР (заключительный) ИГТМ им. Н.С. Полякова НАН Украины; Руко-
водитель А.Ф. Булат. – Днепропетровск, 2010. – 255 с. – № 0107U002003; Инв. № 6959
4. Влияние условий нагрева низкосортных углей и отходов углеобогащения на продукты термодеструкции
/ В. Л. Приходченко, Е. А. Слащева, В. Я. Осенний, Н. В. Коваль, Э. С. Клюев // Геотехническая механика:
Межвед. сб. науч. трудов / Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова НАН Украины. – Днепропет-
ровск, 2010. – Вып. 89. – С. 63-72.
5. Реми, Г. Курс неорганической химии / Г. Реми. – М.: Мир, 1972. – Т.1. – 824 с.
6. Исследование процессов коксования отходов углеобогащения / В. Л. Приходченко, Е. А. Слащева, Н. В.
Коваль // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. трудов / Институт геотехнической механики им. Н.С.
Полякова НАН Украины. – Днепропетровск, 2010. – Вып. 92. – С. 103-110.
УДК 622.673.1
Канд. техн. наук С.Р. Ильин
(ИГТМ НАН Украины)
АНАЛИЗ РАЗВИТИЯ, РЕЗУЛЬТАТЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАБОТ ПО
ДИНАМИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКЕ И МОНИТОРИНГУ
ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО СОСТОЯНИЯ АРМИРОВКИ ШАХТНЫХ
СТВОЛОВ
У статті викладено матеріали, що описують розвиток технології динамічної діагностики
жорсткого армування шахтних стволів з використанням мобільних вимірювальних пристроїв
у Європі та в СНД. Наведено приклади використання аналогової та цифрової вимірювальної
апаратури, та результати досліджень динаміки систем «посудина-армування» з використан-
ням «вимірювально-розрахункової» технології у промислових умовах рудників України.
Вказано на перспективи поєднання методів лазерного сканування та динамічної діагностики
армування щодо підвищення експлуатаційної безпеки стволів у складних гірничо-
геологічних умовах.
ANALYSIS OF DEVELOPMENT RESULTS AND OUTLOOK THE
DYNAMIC DIAGNOSIS AND MONITORING OPERATIONAL STATUS OF
REINFORCEMENT SHAFTS
The article describes materials that describe the development of technology of diagnosing dy-
namic rigid reinforcement shafts using mobile measuring devices in Europe and the CIS. Examples
of the use of analog and digital instrumentation, and results of studies of the dynamics of systems
"vessel-reinforcing" using "measurement and calculation" technology in industrial environments
mines in Ukraine. Specified on the prospects combination of dynamic diagnostics and laser scan-
ning reinforcement to improve operational safety barrels in difficult geological conditions.
Анализ развития работ по динамической диагностике армировки
Исторически работы по надзору за техническим состоянием систем «подъ-
емный сосуд - жесткая армировка» шахтных стволов (диагностике) начали раз-
виваться одновременно с появлением первых подъемных комплексов. Подъем-
ные сосуды и армировка являются оборудованием, работающим в тяжелых ди-
намических режимах в труднодоступных местах под землей в условиях высо-
кой агрессивности шахтной среды и являются объектами повышенной опасно-
сти. Деградация, износ и разрушение его некоторых элементов начинают раз-
виваться с первых же циклов эксплуатации и могут заканчиваться через очень
короткое время. Например, срок работы вкладышей рабочих или предохрани-
тельных башмаков скольжения скипов при интенсивной работе может длиться
241
не более 7-14 дней. Несвоевременная замена изношенного элемента может при-
вести к потере зацепления скипа с проводниками и неожиданной аварии на
подъеме с тяжелыми последствиями для всего предприятия.
К простейшему виду работ, относящихся к диагностическим, можно отнести
осмотры армировки, проводимые с крыши подъемного сосуда на малой скоро-
сти порядка 0,3 м/с, а так же осмотры направляющих устройств, корпуса подъ-
емного сосуда, размещенного на нем оборудования и др. На их проведение
ежесуточно отводится полная рабочая смена, в течение которой бригада ство-
ловых рабочих осматривает все яруса армировки, выявляя возможные наруше-
ния стыков проводников, крепления проводников к расстрелам, заделки рас-
стрелов в крепи, появление усталостных трещин на проводниках, определяя
уровень коррозионных повреждений расстрелов и прочие дефекты. Работники
механической службы определяют состояние направляющих скольжения и ка-
чения сосуда, кинематические зазоры в парах «башмак-проводник», зазоры
между сосудами и расстрелами и состояние механизмов, размещенных на сосу-
де. Периодически проверяется вертикальность проводников, состояние голов-
ных и уравновешивающих канатов, подвесных и прицепных устройств.
С повышением скорости и грузоподъемности установок развивались и ме-
тоды контроля их параметров. По мере накопления опыта эксплуатации ШПУ и
расследования причин аварий стало понятно, что один только периодический
статический контроль ограниченной группы параметров не дает достаточно до-
стоверной картины взаимодействия подъемного сосуда с армировкой во всех
практически возможных ситуациях. Поэтому с 50-х годов 20-го века в европей-
ских странах стали предприниматься попытки создания методов и средств ап-
паратурного динамического контроля систем «сосуд-армировка» на рабочих
режимах движения – динамической диагностики армировки (ДДА-технология,
терминология автора). В те годы в измерительной аппаратуре использовались
бумажные самописцы или осциллографы с фотобумагой.
После серии крупных аварий, вызванных параметрическими резонансами в
армировке стволов Донецкого угольного бассейна в 60-х годах, эксперимен-
тальными и теоретическими исследованиями в этой области вплотную занялись
ученые Всесоюзного научно-исследовательского института горной механики и
технической кибернетики им. М.М.Федорова под руководством профессоров
Н.Г. Гаркуши и В.И. Дворникова [1].
На основании большого объема теоретических и экспериментальных иссле-
дований в НИИГМ им. М.М.Федорова был разработан и применяется в настоя-
щее время в промышленном порядке на угольных шахтах вариант ДДА-
технологии, включающий статические измерения геометрических параметров
системы «сосуд-армировка» и последующий динамический расчет ее поведения
в рабочих и аварийных режимах по самой общей динамический модели ШПУ,
разработанной профессором В.И. Дворниковым и реализованной в специаль-
ном программном комплексе «АРМИРОВКА».
С 70-х годов институт НИГРИ в промышленном порядке на стволах
Кривбасса применяет собственную тензометрическую аппаратуру контроля
нагрузок на армировку (АКН) с регистрацией данных на светолучевой осцилло-
242
граф и самопишущую аппаратуру (ИП) с бумажным самописцем для контроля
параметров проводников. Это были первые в СССР систематические промыш-
ленные динамические испытания систем «сосуд - армировка» рудных стволов.
При ручной обработке осциллограмм учитывались только пиковые показания
датчиков на одном-двух проездах сосуда в статических моделях деформирова-
ния без математического моделирования динамики системы «подъемный сосуд-
армировка» [2, 3].
В 1969-71 гг. экспериментальные аппаратурные измерения нагрузок на ски-
пах ш. им. Ленина (Кривой Рог) выполнялись в ИГТМ НАНУ под руководством
академика В.Н. Потураева [4, 5]. В них так же использовалась лучевая запись
результатов измерений с последующей ручной оцифровкой коротких фрагмен-
тов осциллограмм и статистическим анализом на ЭВМ.
В Пермском политехническом институте в период 1968-74 гг. с использова-
нием виброизмерительной аппаратуры ВИ-6ТН проводились эксперименталь-
ные исследования динамического воздействия скипа на крепь и выявления яру-
сов с наибольшими динамическими нагрузками. На последующем этапе иссле-
дований на выделенных ярусах устанавливалась тензометрическая аппаратура
для измерения деформаций расстрелов в местах заделки в крепь, которая в те-
чение смены находилась в стволе в режиме автономной работы. По ее показа-
ниям определялись нагрузки, передающиеся на крепь при движении скипа. Ре-
гистрация велась на шлейфовый осциллограф [6].
В 70-х годах в Ленинградском горном институте под руководством проф.
Е.С. Кричевского проводились эксперименты по измерению контактных нагру-
зок на рельсовые проводники и исследованию закономерностей их проявления
в зависимости от скорости подъема на стволах СУБРа с фиксацией результатов
на шлейфовый осциллограф [7].
Для проводимых в это же время 70-х - 80-х годов аппаратурных исследова-
ний подъемных установок в Европе характерно такое же использование луче-
вой фиксации данных измерений с последующей ручной оцифровкой выбран-
ных фрагментов осциллограмм.
При этом зарубежные эксперименты характеризуются большим объемом
используемой аппаратуры и числом одновременно фиксируемых параметров.
Исследователи записывают не только нагрузки и ускорения в направляющих
сосуда, но и напряжения в характерных точках его корпуса, крутящий момент
на валу двигателя, колебания натяжений канатов, диаграмму скорости и пр. Их
цель – получить как можно больше данных для верификации математических
моделей, использование которых должно дать результаты, достаточные для
адекватного прогноза поведения системы и выбора ее рациональных и безопас-
ных параметров при проектировании, строительстве и эксплуатации. [8 - 10].
Фрагменты осциллограмм, зафиксированных такими приборами, показаны
на рис. 1.
243
а) б)
Рис. 1 - Осциллограммы динамических нагрузок на проводники: (а) по материалам рабо-
ты [8]; (б) по материалам работы [3].
Приведенные осциллограммы показывают, что полный перевод их ручным
способом в цифровую форму практически не возможен, применение приборов
преобразователей графиков (типа Ф-018) также не решало вопроса оцифровки
больших объемов данных. При таких осциллограммах возможно только опре-
деление пиковых значений на некотором интервале времени, что делает непри-
годной такую форму записи для последующего использования в компьютерной
обработке данных на протяжении больших серий испытательных циклов и пол-
номасштабного моделирования всего цикла спуска или подъема. Например, об-
работка результатов измерений, описанных в работе [8], длилась целый 1980-й
год.
Судя по публикациям того времени, первым опытом применения на движу-
щемся в рабочем режиме подъемном сосуде виброизмерительной аппаратуры с
высокоскоростным портативным цифровым регистратором в промышленных
условиях, была работа, выполненная автором статьи на кафедре горных машин
Мишкольцкого университета тяжелой промышленности и реализованная на
многоканатном подъеме рудника Мечек (г. Печ, Венгрия) в 1978 году [11, 12].
Измерения вертикальных и горизонтальных ускорений при колебаниях клети и
канатов проводились в течение 2-х рабочих смен, обработка и анализ результа-
тов заняли около 10 дней. Следует отметить, что такие промышленные иссле-
дования с записью на портативный магнитограф данных измерений параметров
нагрузок на проходческом комбайне и обработкой на персональном компьюте-
ре уже в те годы систематически проводились на кафедре [13]. Это позволило
разработать вариант применения такой технологии для исследования динамики
шахтного подъема.
Позднее эксперимент, описанный в работе [8], был проведен в Чехии
(Острава) на руднике МИР-4 в мае 1988 года с цифровой записью динамиче-
ских данных на магнитограф. Описанные эксперименты носили разовый иссле-
довательский характер и их результаты были использованы для верификации
математических моделей динамики ШПУ.
244
Уже первое применение цифровой записывающей аппаратуры, способной
накапливать большой массив данных и передавать их стандартным способом
для обработки в стационарный компьютер показало широкие возможности для
разработки измерительно-аналитической математической модели динамики
ШПУ, в которой часть данных будет с высоким разрешением по времени и
квантования по уровню в течение серии циклов спуска/подъема одновременно
записываться с различных взаимодействующих между собой узлов оборудова-
ния и в лабораторных условиях программным путем «встраиваться» в модели-
рующий вычислительный процесс, организованный в ПЭВМ на основании
комплексной математической модели.
Этот принцип был положен в основу разработки в ИГТМ измерительно-
аналитической технологии динамической диагностики армировки с 1994 года,
когда стало возможным приобретение на рынке Украины подходящих по своим
характеристикам промышленных блоков, необходимых для сбора электронной
части комплекта портативной измерительной аппаратуры.
Экспериментальная отработка применения в промышленных условиях и
развитие цифровой ДДА-технологии ИГТМ на рудниках Украины и России
началось с 1995 года после проведения постановочных экспериментов на руд-
нике Таймырский Норильского ГМК. Электронная часть аппаратуры была со-
брана по классической схеме, рис. 2 [14, 15].
Рис. 2 - Блок-схемы электронной части комплектов аппаратуры «МАК-1» и «МАК-2»
1997-2003 г.
Исторически работы по созданию мобильного варианта системы диагности-
ки армировки в ИГТМ явились развитием работ по созданию стационарной си-
стемы диагностики консольной армировки для стволов Норильского ГМК и
шахт Украины в конце 80-х начале 90-х годов. Их итогом была разработка Тех-
245
нического задания на АС «ТЕРАКОД», утвержденного в установленном поряд-
ке в системе Минуглепрома Украины в 1992 г.
Кроме самостоятельного назначения эта система была составной частью
разрабатываемых компьютерных систем управления подъемными установками
нового типа для работы с глубины 2300 м в Норильске и карьерах Якутии глу-
биной до 700 м в 1990-1994 гг., которые не получили дальнейшего развития в
силу технико-экономических условий того времени. Научные разработки, ма-
тематическое и программное обеспечение систем контроля и диагностики во
многом являются общими для стационарного и мобильного вариантов систем.
Для управления процессом измерений и записи данных в мобильной систе-
ме в разное время использовались ноутбуки типа AT-486: стандартный фирмы
«Ambra» и планшетный фирмы «Compac», работающие под операционной си-
стемой DOS. Для связи с датчиками использовался 8-ми канальный контроллер
фирмы DACpad-71B «Advantech» с аналого-цифровым преобразователем
(АЦП), который подключался через порт PCMCIA к компьютеру, а через внеш-
ний блок разъемов к датчикам. В качестве динамических датчиков, использова-
лись промышленные измерители линейного ускорения типа МП-95 (комплект
«МАК-1»).
Рис. 3 - Блок тензоусилителей с модулями 5B38 в защитном корпусе
Для непосредственного измерения контактных усилий к ПЭВМ подключал-
ся второй контроллер DACpad-71A, комплект 6-ти тензоусилительных модулей
типа 5B38 фирмы «Advantech», размещенных на 16-ти канальной плате (рис. 3)
и комплект 6-ти тензодатчиков, разработанных и изготовленных по спецзаказу
фирмой «Метриком», которые перед измерениями на стволе встраивались в
специальные гнезда, выточенные в корпусах рабочих башмаков сосуда. Рабочее
название комплекта с акселерометрами - МАК-1, а с блоком тензоусилителей и
силоизмерительных датчиков - «МАК-2».
246
В качестве индикаторов расстрелов в разное время применялись промыш-
ленные механические датчики, магнитные датчики ДПУ-1-100, инфракрасные
датчики, разработанные специалистами института НИИТМ, которые в послед-
ствии, в силу естественного износа, были заменены датчиками итальянской
фирмы «Carlo Gadzoni».
Рис. 4 - Экспериментальный комплект аппаратуры МАК-2 в копре перед монтажом на
подъемном сосуде (2003 год).
Следует отметить, что электронная часть цифровой аппаратуры (как и ана-
логовый осциллограф) с большим запасом по параметрам является универсаль-
ной по отношению к набору решаемых задач измерений и превращается в спе-
циализированный программно-аппаратный комплекс (ПАК) в зависимости от
конкретного набора подключаемых к ней датчиков и управляющего программ-
ного обеспечения, которые определяются при разработке методики обработки
данных и задаются методикой измерений.
Для использования данного комплекта в решении задач измерения динами-
ческих параметров систем «сосуд-армировка» было разработано специальное
программное обеспечение (ПО), которое позволяло с клавиатуры компьютера и
через выносной пульт на длинном кабеле в стволе управлять процессом записи
показаний датчиков в бинарном коде на жесткий диск с заданной частотой
опроса, программно регулировать эту частоту, визуализировать на мониторе
осциллограммы сигналов с датчиков в развертке по времени (режим цифрового
осциллографа) как непосредственно во время работы, так и с записанного при
измерениях файла данных. В частности ПО позволяло производить управление
остановкой работы с клавиатуры или сенсорной панели компьютера не выни-
мая его из защитного корпуса, что не было первоначально предусмотрено его
конструкцией.
247
В связи с выходом в 2004 г постановления Кабинета Министров Украины
№ 687 «О порядке проведения обследований объектов повышенной опасно-
сти», был приобретен и используется до настоящего времени при работах на
рудниках промышленный образец цифровой аппаратуры для измерения вибра-
ций, разработанный специализированной организацией, занимающейся изго-
товлением и обслуживанием аналогичной техники (электронная часть разрабо-
тана и изготовлена НПП «Ракон», программное обеспечение разработано
ИГТМ НАНУ).
В настоящее время современный вариант технологии реализован в про-
граммно-аппаратном комплексе «ТехноМак», включающим измерительную
станцию 4-го поколения, с записывающим блоком на базе процессора
IntelAtom, работающего под управлением системы Windows, и 16-ти канально-
го аналого-цифрового преобразователя USB-4711 фирмы «Advantech». Станция
имеет встроенную плату тензоусилителей и способна проводить высокоско-
ростную запись с различных комплектов датчиков (акселерометров, тензодат-
чиков и пр., частота опроса датчиков в обычном режиме 550-950 Гц). Вычисли-
тельные мощности встроенной ПЭВМ дают возможность в промышленных
условиях при проведении испытаний оперативно проводить предварительную
обработку данных вести контроль качества записи и др. [16].
В части управления работой электронной части аппаратуры и обработки
данных оригинальной разработкой является программное обеспечение, кото-
рое управляет работой системы «ПЭВМ-АЦП» и обеспечивает опрос измери-
тельных каналов, на которые приходят аналоговые сигналы с датчиков и пульта
управления, запись данных на жесткий диск с заданной частотой и обработку
сигналов управления, научно-методическое обеспечение, алгоритмы и про-
граммы системной обработки и анализа данных, специальных динамических и
прочностных расчетов. Программное обеспечение непрерывно совершенству-
ется при переходе на более современные электронные модули и расширении
состава решаемых задач.
В настоящее время в Украине и странах СНГ цифровая ДДА-технология
стала использоваться и в других организациях при промышленных обследова-
ниях стволов.
C 1999 года на шахтных стволах донецкого региона эксплуатируется цифро-
вая маркшейдерская станция СИ-5М с записью данных на встроенный ноутбук
[17]. Ее принципиальная схема была аналогична схеме аппаратуры ИГТМ,
только в качестве первичных измерительных преобразователей использовались
датчики угловых и линейных перемещений. Станция применяется для профи-
лировки проводников жесткой арамировки стволов.
С 1995 года на угольных и рудных стволах стран СНГ и за рубежом приме-
нятся взрывобезопасная цифровая измерительная аппаратура московской фир-
мы «ИНТРОН» для контроля проводниковых, головных и уравновешивающих
канатов «ИНТРОС» в записью результатов измерений с показаний магнитных
датчиков на встроенный контролллер и визуализацией на мониторе ПЭВМ [18].
Интересным фактом в истории создания аппаратуры для динамической диа-
гностики армировки является то, что ее первые экземпляры изготавливались в
248
Германии в середине прошлого века на базе штатных трехканальных регистра-
торов износа стальных канатов путем подключения к их входам акселеромет-
ров. С появлением портативных компьютеров и аналого-цифровых преобразо-
вателей записывающая техника стала универсальной.
В 2007 г ООО «Региональный канатный центр» (Пермь, Россия) применил
собственные цифровые регистраторы «МАК-РКЦ» и «Ветлан» при совместном
обследовании по методике ИГТМ рудоподъемного ствола ПО «Уралкалий» с
высокоскоростной цифровой регистрацией показаний 6-ти акселерометров и 4-
х тензоизмерительных узлов, установленных на корпусе скипа, диаграммы ско-
рости, глубинной координаты сосуда, тока якоря и тока возбуждения электро-
привода [19].
С 2008 года институт БЕЛГОРХИМПРОМ на соляном руднике Беларуська-
лий (Белоруссия) начал применять собственный высокоскоростной цифровой
измерительный комплекс АСКА1 с четырьмя акселерометрами и шестью дат-
чиками зазоров [20].
С 2010 года цифровую регистрацию показаний динамических датчиков ап-
паратурой собственной разработки использует институт НИГРИ при диагно-
стике армировок на рудниках Кривбасса.
Следует отметить, что во всех описанных случаях применяемая аппаратура
компоновалась из промышленных приборов, смонтированных в одном или не-
скольких защитных корпусах. Задачи согласования между собой различных
компонентов решались стандартными способами.
Оригинальными техническими разработками являлись, в основном, первич-
ные разрабатываемые под конкретные условия применения силоизмерительные
датчики, путевые датчики-отметчики ярусов, которые разрабатывались по зака-
зам специализированными фирмами-разработчиками, пульты включе-
ния/выключения записи и конструкции их крепления на сосуде, защитные кор-
пуса и кабельная сеть собственного изготовления.
Возможность использования стандартной цифровой электроники для не-
стандартных задач в условиях шахтных стволов объясняется опережающим
развитием измерительно-регистрирующей техники, ориентированной на экс-
плуатацию в сходных условиях в других отраслях, и возможностью применения
в научных работах лучших образцов, имеющихся в наличии у исследователей-
горняков в каждый конкретный отрезок времени в зависимости от их финансо-
вых возможностей.
Многолетний опыт работы показал, что для условий шахтных стволов
вполне достаточно использования имеющихся на современном рынке комплек-
тов цифровых электронных приборов, стандартным образом подключенных к
портативному компьютеру или контроллеру с достаточным объемом памяти, и
оригинального управляющего программного обеспечения, которое разрабаты-
вается и изготавливается на основе требований специальной научно-
методической документации под конкретный объект исследования и комплекты
навесных датчиков.
Основные проблемы, требующие появления новых научных разработок, до
сих пор находятся в области создания методического, нормативного обеспече-
249
ния, определяющего порядок и критерии интерпретации полученных данных
измерений, их математической обработки, расчетов, необходимых для опреде-
ления вида технического состояния систем «сосуд – армировка» и прогноза его
изменения в заданных технологических условиях эксплуатации, алгоритмиче-
ского и программного обеспечения для автоматизированного выполнения ра-
бот.
Промышленное применение цифровой многопараметрической регистрации
на большом количестве разнообразных стволов, в частности, показало, что
применение дискретных датчиков-отметчиков ярусов, которые использовались
в начальной фазе исследований в качестве средства привязки показаний дина-
мических датчиков к номерам ярусов армировки, при использовании про-
граммной обработки данных дает большую погрешность по адресу. Это вызва-
но тем, что в разных отделениях стволов трудно найти вертикальную плос-
кость, в которой бы количество горизонтальных балок, на которые реагирует
датчик, в точности совпадало с числом основных расстрелов, отмеченных и
пронумерованных в паспорте ствола, из-за наличия промежуточных вспомога-
тельных расстрелов, конструкций отшивки скиповых и клетевых отделений в
районах дозаторов и пр. Их учет и коррекция возможны только при ручной об-
работке одной - двух осциллограмм, примеры которых приведены на рис. 1.
Цифровая регистрация дала возможность одновременно с показаниями ди-
намических датчиков вести синхронную запись диаграммы скорости подъема в
развертке по времени в цикле. Это позволило нам разработать специальный ма-
тематический алгоритм и создать программный модуль, который выполняет
интегрирование диаграммы скорости, строит функцию зависимости глубиной
координаты сосуда от времени, совмещает показания динамических датчиков и
данные маркшейдерской профилировки с глубинными отметками и «привязы-
вает» их к номерам ярусов.
Такой подход позволил наглядно представить результат и выполнить мате-
матический анализ влияния геометрических параметров профилей системы
проводников, расстояний между ярусами, формы диаграммы скорости подъема
на фактические поярусные значения динамических параметров системы «сосуд-
армировка» и др. и получить ряд новых качественных и количественных ре-
зультатов, объясняющих сложное поведение систем «сосуд-армировка» в удар-
но-циклических режимах движения.
Некоторые результаты экспериментальных исследований
Все авторы аппаратурных измерений в стволах отмечали, что сосуд при раз-
ных проездах на одном и том же пролете может дать динамическую реакцию от
нулевой амплитуды до пикового значения. При этом в стволе можно выделить
участки, на которых в серии проездов пиковые нагрузки будет намного больше,
чем на других. Процесс считался случайным, обладающим некоторыми вероят-
ностными характеристиками. В некоторых работах он был квалифицирован как
стационарный эргодический, для определения статистических характеристик
которого, достаточно проведение одного испытания [3].
Использование цифровой измерительной техники позволило перейти к со-
250
зданию имитационных цифровых вычислительных процессов (моделей) со
«встроенными» функциями внешних воздействий. Анализ их результатов поз-
волил полнее раскрыть физическую природу динамического взаимодействия
сосудов с проводниками, играющими роль упругих ограничителей с искрив-
ленной поверхностью [21, 22].
Выбор конструкции и параметров шахтного скипа производится по специ-
альной методике, исходя из критериев обеспечения заданной производительно-
сти подъема [23]. Согласно той же методике выбирается конструкция и пара-
метры жесткой армировки по критерию динамической устойчивости по отно-
шению к параметрическому возбуждению, вызванному периодичностью опор-
ной жесткости проводников по глубине ствола.
Для одного и того же типа скипа различные конструкции армировки могут
удовлетворять критериям устойчивости с различными коэффициентами запаса.
Их жесткости (в пролетах и в ярусах) в разных стволах могут существенно раз-
личаться между собой в несколько раз. Кроме того, они могут существенно
различаться для двух противостоящих проводников одного сосуда из-за нали-
чия вспомогательных упоров в конструкциях ярусов армировки. Для основных
рудоподъемных стволов Украины эти жесткости лежат в пределах от 0,27х10
4
до 1,89х10
4
кН/м [24].
При длительной эксплуатации, превышающей 30-50 лет, профили провод-
ников в результате большого количества ремонтов и сдвижения горных пород
приобретают форму пространственно искривленной линии. Движение подъем-
ных сосудов по паре таких упругих проводников носит ударный хаотический
характер. Это обусловлено тем, что малые различия в углах наклона проводни-
ков на разных ярусах, параметрах диаграмм скорости подъема, загрузки, рас-
стояний между ярусами армировки, опорной жесткости проводников приводят
к непредсказуемо большим разбросам в контактных нагрузках и точках их при-
ложения к проводникам на протяжении одних и тех же коротких участков ство-
ла длиной в 2-3 высоты сосуда.
Такая реакция происходит из-за того, что в относительном движении рабо-
чие поверхности проводников набегают на жесткие направляющие башмаки
сосуда, горизонтально колеблющегося на упругих роликоопорах, с некоторой
скоростью, а соударение может происходить по набегающей грани переднего
фронта излома профиля или отклоняющейся грани заднего фронта в точке с не-
определенной глубинной координатой. Даже на протяжении одного шага арми-
ровки соударение может происходить как в середине пролета, так и ближе к его
концам в районах опорных ярусов.
На рисунке 5 представлена схема, позволяющая объяснить физическую при-
роду появления большого разброса амплитуд контактных нагрузок на одних и
тех же ярусах в системе «сосуд-армировка» в разных рабочих циклах спус-
ка/подъема.
251
Рис. 5 - Кинематическая схема лобового взаимодействия жестких направляющих верхне-
го пояса подъемного сосуда с упругими проводниками на участках искривления профиля
(случай абсолютно упругого соударения).
Приняты обозначения: V
-
, V
+
- соответственно скорости башмака до и после
ударного контакта, Vпр1, Vпр2 –скорости набегания на сосуд 1-го и 2-го про-
водников в пролете между ярусами относительно крепи ствола, - угол накло-
на проводника в пролете к вертикали, Vпод – вертикальная скорость подъема
сосуда.
Такая же картина взаимодействия происходит одновременно и на нижнем
поясе сосуда. Кроме того, качественно идентично происходит взаимодействие
башмаков с проводниками в боковой плоскости проводников. Отличие послед-
него случая только в том, что там набегающая и отклоняющаяся грани принад-
лежат одному и тому же проводнику.
Среди ярусов с набегающими передними фронтами наиболее «энергетич-
ными» (добавляющими энергию сосуду при ударе), являются пролеты с
наибольшим углом отклонения от вертикали. На участке движения с макси-
мальной скоростью эти пролеты будут иметь наибольшую скорость набегания
252
проводника на башмак. Параметром, характеризующим эту скорость, является
кинетическая энергия возмущений [22].
Если длина участка ствола с постоянным углом наклона проводника меньше
длины пути, который сосуд проходит по вертикали за период между двумя по-
следовательными соударениями (период горизонтальных колебаний в ударном
режиме), то в зависимости от фазы колебаний, с которой сосуд попадает на
участок с изломами профиля, этап сближения и соударения башмака с провод-
ником может попасть на любой из пролетов с набегающими или отходящими
гранями проводников. Например, на участке с максимальной скоростью 10 м/с
при шаге армировки 3 м и частоте колебаний 1 Гц базовый участок занимает 3,3
яруса.
В в середине пролета жесткость проводника минимальная, а в области креп-
ления к расстрелам – максимальная [23], поэтому динамическая реакция удар-
ного взаимодействия даже на протяжении одного пролета будет зависеть от ло-
кальной опорной жесткости проводника в точке контакта и может отличаться в
несколько раз. Чем больше опорная жесткость проводников, тем большую
энергию возмущения передает искривленный профиль сосуду.
Так как проводники являются для сосуда упругими ограничителями колеба-
ний и одновременно их возбудителями, то при наличии упругих амортизаторов
полное колебание будет являться суперпозицией собственного и вынужденного
колебаний и, даже при постоянной на участке вынуждающей частоте, будет
гармоническим только в случае кратного соотношения частот [25, 26]. Кратное
сочетание частот на длительном интервале времени практически невозможно в
силу переменности параметров профиля по глубине ствола и является еще од-
ной физической причиной хаотичности характера динамического взаимодей-
ствия сосудов с проводниками жесткой армировки.
В том случае, когда сосуд попадает на участок длительной серии соударе-
ний с противолежащими набегающими гранями проводников, горизонтальная
скорость его перемещения в колее возрастает от удара к удару. Так как кинема-
тический зазор остается в одних и тех же пределах, то время между ударами по
противолежащим граням проводников уменьшается, а частота ударов растет.
Обратный процесс происходит, когда сосуд выходит из участка с интенсив-
ными соударениями и повышенной частотой колебаний. При переходе на уча-
сток со спрямленным профилем энергия колебаний за счет рассеивания умень-
шается, что приводит к соответствующему уменьшению амплитуды усилий и
частоты колебаний.
Таким образом, частота ударно-колебательного процесса является ампли-
тудно-зависимой величиной. Она растет с ростом амплитуды контактных уси-
лий и скорости перемещения сосуда в створе проводников (кинетической энер-
гии горизонтального движения сосуда).
Было установлено, что малые изменения в функциях загрузки сосуда, харак-
тера диаграммы скорости (диаграмм, имеющих малые отклонения (до 5-7%) по
амплитуде мгновенной скорости и ее глубинной координате, отклонения центра
тяжести от вертикальной оси подвеса сосуда на канате), приводят к отклонени-
ям в дальнейшем горизонтальном поведении сосуда на одном пролете в не-
253
сколько раз (нагрузки непредсказуемо могут меняться от 0 кН до 100-200 кН на
разных циклах). При этом динамическая реакция башмака сосуда на i-м пролете
определяется его фазой по относительной скорости к грани проводника на
предыдущем пролете.
Такой процесс является хаотическим, и только серия длительных аппара-
турных измерений может выявить наиболее «вероятные» изменения в выход-
ной реакции сосуда в данных промышленных условиях. При этом всегда оста-
ется некоторый риск в том, что в какой-то момент времени на систему будут
поданы не проявившиеся ранее воздействия, и ее реакция окажется сильнее по
усилиям, чем на предыдущих испытаниях. Это подтверждается тем, что при
динамических испытаниях нами многократно фиксировались случаи, в которых
на одном и том же пролете какой-то один проезд на пониженной скорости да-
вал в несколько раз большие динамические нагрузки, чем все остальные проез-
ды на скорости в 1,5 - 2 раза большей.
Значения амплитуд пиковых реакций сосуда будут тем большими, чем
больше углы наклона проводников в пролетах. При стабильной работе системы
управления ШПМ и загрузки сосуда внешние воздействия на сосуд будут мак-
симально идентичными на всех рабочих циклах, поэтому аппаратурная дина-
мическая диагностика, в таких условиях, выявит наиболее вероятную серию от-
кликов системы и выявит реализующиеся на них максимальные динамические
перегрузки. Такую стабильность могут реализовать цифровые системы управ-
ления скоростью и контроля загрузки.
Измерения и расчеты показывают, что пиковые нагрузки хоть и с различной
амплитудой, но концентрируются вокруг одного двух пролетов на серии одно-
типных проездов или на более протяженном участке в 5-10 ярусов. В некото-
рых стволах они распределены по глубине более-менее равномерно с близкими
амплитудами, в других приурочены к одному или нескольким коротким участ-
кам.
Амплитуды усилий могут быть близкими к предельно допустимым по кри-
териям прочности армировки либо в боковой, либо в лобовой плоскости. Осо-
бенно это характерно для рельсовых проводников, у которых из-за большой
разницы (в 5 раз) в лобовых и боковых моментах сопротивления, нагрузки од-
ного уровня могут быть допустимыми в лобовой плоскости и запредельными в
боковой, о чем писал еще проф. Е.С Кричевский, говоря о не целесообразности
использования рельсового проката в качестве шахтных проводников [7].
Элементы контактирующей пары «башмак-проводник» можно квалифици-
ровать по их роли в динамическом процессе следующим образом: проводник –
это активное воздействующее звено (АЗ), башмак – пассивное возмущаемое
звено (ПЗ). Как показано выше, активное звено при ударном контакте может
накачивать энергию в движение системы «сосуд-башмак», в этом случае оно
будет возмущающим звеном (АВЗ), а может и поглощать энергию этой систе-
мы, в этом случае оно будет поглощающим звеном (АПЗ). В случае контакта с
нулевой горизонтальной скорость проводника (случай вертикального пролета)
активное звено будет нейтральным по отношению к процессу изменения энер-
гии сосуда (АНЗ).
254
Так как работа подъемной установки является циклическим процессом
спуска/подъема по одной и той же трассе движения, то сосуд за время одного
проезда совершает конечное число ударных взаимодействий с проводниками.
Их число может изменяться от нуля, при реализации проектного безударного
режима движения, до некоторого максимально возможного значения, которое
определяется интенсивностью нарастания амплитуды контактных нагрузок. В
свою очередь, эта интенсивность тем больше, чем большее число раз башмаки
столкнутся с набегающими гранями проводников в режиме АВЗ.
1- скорость подъема, м/с; 2 – число ударов на одном пролете армировки;
3- максимальная амплитуда ударных нагрузок, кН
Рис. 6 - Сводный график динамических параметров системы «скип-армировка» ш. им.
Фрунзе.
На рисунке 6 приведен сводный график скорости подъема груженого скипа,
распределения числа ударов по паре противостоящих проводников двумя верх-
ними башмаками, амплитуды ударных нагрузок на каждом пролете между яру-
сами армировки, полученный на основании обработки данных аппаратурных
динамических испытаний системы «скип-армировка» ш. им. Фрунзе ЗАО
«Евраз Сухая Балка».
Очевидно, что максимально возможная накачка энергии будет соответство-
вать случаю, когда все рабочие грани башмаков, расположенные в одной плос-
кости (в лобовой - 4 грани, в боковой - 8 граней) будут при каждом полуперио-
де колебаний сосуда в зазоре по соответствующей степени свободы вступать в
контакт с проводником в режимах АВЗ.
Из рисунка видно, что наибольшие значения частоты и амплитуды ударов
приходятся на участок движения с максимальной скоростью. По кривой 2 вид-
но, что максимальное число ударов по пролету проводников верхним поясом
скипа находится в интервале от 5 до 10. По кривым 2 и 3 видно, что наиболь-
шее число ударов (10) с максимальной амплитудой в данном подъеме испыты-
вают пролеты проводников, которые скип проходит на интервале времени 115-
128 сек. Такое же число ударов испытывают пролеты, которые скип проходит
между 142 сек и 150 сек, но амплитуда нагрузок на них на 25% меньше.
Кроме того, видно, что на 40-й секунде подъема в результате излома на диа-
255
грамме скорости, вызванным неплавной работой подъемной машины, на соот-
ветствующем пролете армировки возбуждается ударный режим взаимодействия
скипа с проводниками, в течение которого они испытывают 5 жестких ударов с
незначительной амплитудой контактных нагрузок. Такое же явление видно и на
участке замедления с изломом диаграммы скорости между 160 сек и 170 сек
(число ударов 5-7, амплитуда нагрузок до 8 кН).
Это говорит о том, что разные пролеты ярусов за время одного проезда со-
суда будут испытывать различные суммарные ударные воздействия, которые,
главным образом, определяют их остаточный ресурс по усталостной долговеч-
ности металла и скорость их механического износа.
Для ранжирования динамического воздействия на армировку по данным ап-
паратурных испытаний удобно определить суммарную энергию ударных сил,
которую сосуд передает проводникам в каждом пролете, как сумму потенци-
альных энергий упругого деформирования пролета во время каждого удара.
Средняя жесткость пролета Сарм. В этом случае суммарная потенциальная энер-
гия на i- м ярусе определяется по формуле
iN
k
ik
арм
i F
C
P
1
2
,
2
1
,
где Рi - суммарная потенциальная энергия упругого деформирования про-
водника на i-м пролете в течение Ni ударов с максимальным усилием Fк,i. (к-
порядковый номер удара в пролете). На рис. 7 приведены графики скорости
подъема скипа и суммарной энергии, полученной пролетами проводников ар-
мировки, в развертке по времени в цикле для того же ствола.
1- скорость подъема, м/с; 2- энергия деформирования проводников в пролете, Дж
Рис. 7. Графики распределения энергии деформирования проводников и скорости подъ-
ема в развертке по времени в цикле для скипа ш. им. Фрунзе
256
а)
б)
в)
г)
Рис. 8 - Графики зависимостей от эксцентриситета груза: (а) усилий на участке подъема
85-100 сек; (б) кинетической энергии скипа на участке 85-100 сек; (в) усилий на участке 100-
130 сек; (г) кинетической энергии на участке 100-130 сек для скипа ствола ГС-1 ЗАО ЗЖРК
257
Сравнение графиков на рисунках 6 и 7 показывает, что пролеты проводни-
ков, на которых реализуются максимальные амплитуды динамических нагру-
зок, не обязательно будут являться таковыми по количеству суммарной энер-
гии, передаваемой сосудом проводникам во время одного цикла подъема. Это
происходит потому, что число ударов на разных пролетах различно. В случае
максимальных амплитуд нагрузок возможно снижение частоты ударов, что мо-
жет привести к соответственному уменьшению полной энергии, передаваемой
проводникам.
Параметр «полная энергия ударов» может являться самостоятельной харак-
теристикой динамической нагружености элементов армировки на каждом ярусе
для прогноза их долговечности (наряду с максимальным значением ударной
нагрузки в пролете, которое служит для определения минимального мгновенно-
го остаточного запаса прочности элементов яруса).
Экспериментальные исследования в промышленных условиях не всегда
позволяют получить достаточно полный набор данных, для установления тре-
буемых зависимостей, так как определение некоторых параметров представляет
настолько большие технические и организационные трудности, что делает их
экономически нецелесообразными. Одной из таких задач является изучение
влияния эксцентриситета груза в скипе на динамические параметры системы
«сосуд-армировка». В этом случае используется математическое моделирова-
ние со «встроенными» в дифференциальные уравнения движения табличными
функциями изменения требуемых параметров (диаграммы скорости, профилей
проводников, глубинных координат ярусов) в развертке по времени движения
сосуда, полученными путем аппаратурных измерений в промышленных усло-
виях.
Проведенные путем математического моделирования исследования измене-
ния кинетической энергии сосуда и контактных нагрузок на армировку в ос-
новной (лобовой) плоскости проводников в течение рабочего цикла с учетом
эксцентриситета груза в сосуде для параметров породного скипа в стволе ГС-1
ЗАО ЗЖРК при максимальной скорости 11 м/с показали, что зависимости пико-
вых значений усилий и кинетической энергии от эксцентриситета груза каче-
ственно имеют одинаковый характер (рис. 8). Численные исследования показа-
ли, что зависимость между ними описывается функцией вида (рис. 9)
cEcaEcF
b
)()( ,
где F - максимальное на участке контактное усилие по всем 4-м башмакам
скипа, кН; Eс - кинетическая энергия скипа, Дж, a, b, c – коэффициенты регрес-
сии.
258
1- участок ударного взаимодействия 85-100 сек
2 – участок ударного взаимодействия 100-130 сек
Рис. 9 - Регрессионные кривые зависимости контактных усилий от кинетической энергии
скипа на участках ударно-циклического взаимодействия в лобовой плоскости проводников.
Перспективы развития автоматизированной динамической диагности-
ки и мониторинга состояния армировки стволов
Состояние стволового оборудования в состоянии сильного износа и повы-
шенных нагрузок делает чрезвычайно актуальной задачу непрерывного мони-
торинга его технического состояния. В свою очередь, чтобы работа была вы-
полнимой за рациональный промежуток времени, и позволяла непрерывно от-
слеживать изменение ключевых параметров, реализация такого мониторинга
должна опираться на соответствующую технику, которая позволяет быстро и
достоверно измерить необходимые параметры, научно-методическое и про-
граммное обеспечение, которые позволяют рассчитать требуемые параметры
безопасности.
а) б)
Рис. 10 - Результаты лазерного сканирования армировки ствола [28]: программный образ
армировки и крепи (a), графики изменения профиля оси ствола за несколько лет
по результатам лазерного сканирования (б).
На сегодняшний день существует и постоянно применяется комплекс дина-
мического сканирования систем «подъемный сосуд - армировка» «ТехноМак»
259
ИГТМ НАН Украины [27], за рубежом появились комплексы лазерного стати-
ческого сканирования стволового оборудования (фирма «DMT» (Германия),
фирма «Сайт Пауэр Украина» (ЮАР-Украина)) [28, 29]. Динамические и стати-
ческие комплексы сканирования по своему назначению и функциональным
свойствам органически дополняют друг друга. Базы данных таких комплексов
могут быть логически и программно взаимосвязаны между собой.
а) б)
Рис. 11 - Твердотельные модели армировки шахтных стволов: (а) - построенная по ре-
зультатам лазерного сканирования [29], (б) - построенная по результатам оптико-визуального
обследования и данных эксплуатационной документации в «ТехноМак» ИГТМ НАНУ.
На рис. 10 и рис. 11 показаны примеры результатов применения лазерного
сканирования армировки шахтного ствола [28, 29] и пример построения твердо-
тельной модели армировки ствола в процессе динамической диагностики ком-
плексом «ТехноМак» ИГТМ НАНУ. Видно, что конечные результаты построе-
ния твердотельных моделей, необходимых для выполнения деформационно-
прочностных расчетов, идентичны между собой, но несомненным достоин-
ством включения метода лазерного сканирования в процесс измерения пара-
метров армировки является то, что он позволяет по данным аппаратурных гео-
метрических измерений автоматически, с минимальными затратами времени на
остановку работы ствола, исключая человеческий фактор определять фактиче-
ский набор (состав, координаты...) элементов металлоконструкций, которые
непрерывно изменяются в процессе эксплуатации при ремонтах или рекон-
струкции, строить твердотельные модели армировки в системах AutoCAD,
SolidWorks или им аналогичных. В настоящее время эта работа выполняется
вручную на основании данных оптико-визуальных обследований и эксплуата-
260
ционной документации.
Данные, полученные путем лазерного сканирования будут являться исход-
ными для расчетов, выполняемых при динамической диагностике и оценке без-
опасности на основании данных динамического сканирования. Такой объеди-
ненный «Комплекс статодинамического сканирования» (КСДС) стволового
оборудования позволит по результатам динамического сканирования оператив-
но выявлять аварийно опасные участки ствола, а с помощью данных статиче-
ского сканирования оперативно определять изменения в их геометрических па-
раметрах, выполнять программный расчет и более точно выявлять элементы
оборудования или режимные параметры системы, «ответственные» за возник-
новения аварийно опасного состояния.
Это позволит более качественно вести динамическую и геометрическую
паспортизацию стволового оборудования и мониторинг его безопасности в
сложных горно-технических и горно-геологических условиях. В таких условиях
аппаратурные динамические испытания, проводимые по специальным методи-
кам, в сочетании с «адаптированными» к конкретным подъемам имитационны-
ми вычислительными моделями, использующими «встроенные» функции
внешних воздействий, определенные аппаратурными цифровыми измерениями,
являются практически единственным средством выявления и локализации мак-
симальных динамических реакций в системах «сосуд-армировка» действующих
стволов, прогноза изменения их параметров безопасности.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гаркуша Н.Г. Об истории разрешения одной крупной проблемы горной механики ХХ века /
Н.Г.Гаркуша // НГА України. Гірнича електромеханіка та автоматика. Зб. наук. праць. Вип. 2(61). Дніпропет-
ровськ. – 1999. –С.5-8.
2. Временная инструкция по применению аппаратуры контроля загрузок на жесткую армировку шахт-
ных стволов / А.Е.Гавруцкий, Г.Н. Мушинский, В.И. Костогрыз, Ю.М. Гречуха // Минчермет УССР, НИГРИ.
Кривой рог. -1979. -21с.
3. Гавруцкий А.Е., Мусиенко В.Д., Осадчая Л.С. Исследование горизонтальных нагрузок на армировку
в скиповом стволе Запорожского железорудного комбината №1 // Шахтное строительство. №7. 1981. с.19-21.
4. Потураев В.Н. Определение спектральных характеристик внешних горизонтальных нагрузок, дей-
ствующих на шахтный подъемный сосуд. / В.Н. Потураев, А.Б. Полницкий, С.В. Карась, А.П. Мищенко, В.П.
Ганжа // Киев «НАУКОВА ДУМКА». Сб. науч. тр. Вопросы подъема глубоких шахт. -1974. С.276-283.
5. Карась С.В. О горизонтальных нагрузках на коробчатые проводники армировок вертикальных ство-
лов шахт /С.В.Карась // Уголь Украины, вып.8, 1968.
6. Гоменюк В.И. Методика и аппаратура для исследования воздействия динамических нагрузок на тю-
бинговую крепь / В.И. Гоменюк, В.Г. Буторин, Ю.М. Сидоренко // Научные труда аспирантов. Пермский поли-
технический институт. -1970. –С.94-97.
7. Кричевский Е.С., Керский Е.К. Экспериментальные исследования динамического контроля армиров-
ки / Е.С. Кричевский, Е.К. Керский // Известия ВУЗов. Горный журнал №5. -1978. С.97-101.
8. Šebella Z. Tenzometriсkĕ měřeni dynamiky vicelanovych těžnich zařizeni / Uhli N 29. // Ostrava, 1981. – P.
453-461.
9. Wohlrab Manfred. Konzeption eines Geratekomlex zur Uberwachung der starren Schachteinbauten und der
Ober-, Fuhrungs- und Reibseile von Schachtforderanlagen / Wohlrab Manfred, Jemlich Gunter, Nickau Lothar Neue //
Neue Bergbautechn 5, №9. -1975. pp/ 697-702.
10. Hansel J., Kawka G., Plachno M. An astimation of mine conveyance guading / Mechanika. Tom 4, Zeszyt
2 // Wydavnictwo AGN. Krakow – 1985. –P.115-128.
11. Ильин С.Р. Исследование динамики шахтной подъемной установки как упругой разветвленной ме-
ханической системы. / С.Р. Ильин // М. Деп. ВИНИТИ. №2966-80. – 1980. – 170с.
12. Ильин С.Р. Экспериментальные и теоретические исследования спектральных характеристик коле-
баний подъемных сосудов шахтных многоканатных установок в режиме предохранительного торможения /
С.Р. Ильин // ИГТМ НАН Украины. Геотехническая механика. Межвед. Сб-к науч. тр. Вып. 50, Днепропет-
ровск.- 2004, с.234-243.
261
13. Бочанци Я., Лоиш Л. Исследования с целью повышения надежности и производительности горных
машин // Zeszyty naukowe politechniki slaskiej. Ser. Gornictwo. Z. 143, Gliwice -1986. – P. 59-70.
14. Ильин С.Р. Опыт использования акселерометров для контроля процесса динамического взаимодей-
ствия между коробчатыми проводниками и направляющими клети со ступенчатой функцией жесткости / С.Р.
Ильин, В.В. Лопатин., Б.С. Послед. // Деп. в ГНТБ Украины 03.01.95 №40-Ук95 – 1995.- 22с.
15. Ильин С.Р. Опыт исследования рабочих режимов взаимодействия при движении подъемных сосу-
дов в проводниках жесткой армировки / С.Р. Ильин, В.В. Лопатин., Б.С Послед. // Геотехническая механика
Межвед. Сб-к науч. тр. Вып. 32, Днепропетровск.-2002 - С. 161-166.
16. Ильин С.Р. Измерительно-аналитическая компьютерная технология диагностики и управления со-
стоянием оборудования шахтных подъемных комплексов / С.Р. Ильин, Б.С. Послед, Л.Г. Адорская,
С.В. Самуся, И.С. Ильина, В.П. Чернетченко, В.А. Николаев // ИГТМ НАН Украины. Геотехническая механика.
Межвед. Сб-к. науч. тр. Вып. 93, Днепропетровск. -2012, -с.28-38.
17. Шевченко Е.Н. Разработка автоматизированной системы маркшейдерского контроля проводников
вертикальных шахтных стволов / автореф. канд дис. // Донецкий гос. технический ун-т. – Донецк, – 2000. – 18с.
18. Электронный ресурс: http://www.intron.ru/ru/o-kompanii/istorija
19. Ильин С.Р. Динамическая диагностика состояния систем «скип-армировка» рудоподъѐмного ствола
/ С.Р. Ильин, Г.Д. Трифанов // «Проблемы рационального природопользования». Материалы международной
научно-технической конференции. - Пермь, -2008. -С.107-124.
20. Смычкин А.Д. Совершенствование армировки вертикальных шахтных стволов для новых калийных
рудников. / А.Д. Смычкин В.А. Сорокин // Рудник будущего: проекты, технологии, оборудование. Сб. тр. меж-
дунар. науч.-практ. конф. Под ред. А.Н.Земскова. Вып. 5. – Пермь. ООО «Проектное бюро «Рейкьявик», 2009.
-64-70.
21. Ильин С.Р. Влияние параметров диаграммы скорости подъема и эксцентриситета груза на динамику
системы «сосуд-армировка» шахтных стволов / С.Р.Ильин // Геотехническая механика: Межвед. Сб-к. науч. тр.
/ ИГТМ НАН Украины. – Днепропетровск, 2012. № 98 – С. 322-349
22. Ильин С.Р. Метод энергетической оценки влияния профиля проводников на системы «сосуд - арми-
ровка» шахтных стволов при динамической диагностике // Геотехническая механика: Межвед. Сб-к. науч. тр. /
ИГТМ НАН Украины. – Днепропетровск, 2012. № 99 – С. 161-177.
23. Методика расчета производительности скиповых подъемных установок при определении производ-
ственной мощности действующих шахт. Минуглепром СССР / НИИЭИ уголь, ВНИИГМ им. М.М.Федорова. / -
Москва, 1984. -С. 85.
24. Ильина С.С. Влияние эксплуатационных параметров роликовых катков, жесткостных характеристик
армировки вертикальных стволов на колебания шахтных подъемных сосудов / С.С. Ильина // Стальные канаты:
Сб. науч. тр. / МАИСК. – Одесса: Астропринт, 2010. №8.– С. -102.
25. Мун Ф. Хаотические колебания / Ф. Мун // Москва. - «Мир». – 1990. -154С.
26. Остапенко В.А. Непрерывные колебания упруго подвешенной массы с ограничителем // Диференці-
альні рівняння та їх застосування: Зб. наук. пр. ДНУ. –Д., 2005. –С.21-28.
27. Iljin S.R. The Experience Of Dynamic Apparatus Control And Estimation Of Exploitation System Safety
―Vessel – Reinforcement‖ Of Vertical Mining Shafts // The International Journal of TRANSPORT & LOGISTICS.
ISSN-1451-107X. Kosice. 2010. –pp.395-403.
28. Электронный ресурс: http://www.dmt.de
29. Электронный ресурс: http://www.sight.power.com.ua
262
УДК 622.7:741.6:532.5:536.2
Канд. физ-мат. наук В. И. Елисеев,
инж. А. В. Кривокорытов,
канд. техн. наук В. И. Луценко
(ИГТМ НАН Украины)
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСЛОВИЙ ОБРАЗОВАНИЯ
ПЕРЕТЯЖКИ ЖИДКОСТИ МЕЖДУ ЧАСТИЦАМИ СЫПУЧЕГО СЛОЯ
ПРИ ОБЕЗВОЖИВАНИИ
Представлено результати модельних експериментів по вивченню утворення рідкої пере-
тяжки між двома сферичними частками при опусканні вільної поверхні рідини. Показано, що
в динаміці відстань між частками, при якому рідинний місток перестає утворюватися, стає в
кілька разів менше ніж у статичному стані.
EXPERIMENTAL DETERMINA TION OF THE CONDITIONS OF
FORMATION OF A NECK OF FLUID BETWEEN THE PARTICLES OF
GRANULAR LAYER DURING DEHYDRATION
Results of model experiments to study the formation of a liquid bridge between spherical parti-
cles by reducing the free surface are presented. are shown that distance between the particles in a
dynamic state, in which the liquid bridge is ending to form is less than ones in a static state is sever-
al times.
В процессе обезвоживания сыпучего материала между частицами в зависи-
мости от влагосодержания могут образовываться жидкие мостики (перетяжки),
которые оказывают сопротивление разъединению частиц. Это сопротивление
является капиллярной составляющей сил аутогезии влажного сыпучего матери-
ала, определяющих в большой степени его прочность [1]. Длина таких перетя-
жек зависит от количества влаги в слое, углов смачивания, пористости сыпуче-
го материала и многих других факторов [2].
При достаточном удалении частиц друг от друга происходит разрыв пере-
тяжки, после чего частицы становятся автономными, в результате этого рассто-
яние между частицами растет, увеличивается пористость сыпучего материала, и
влага получает лучшую возможность для выхода из пористой среды. Вслед-
ствие этого представляет интерес определить то расстояние между частицами,
при котором происходит разрыв перетяжки.
В [3] было экспериментально, определено расстояние между частицами сы-
пучего слоя, при котором существующая между ними перетяжка жидкости ста-
новится абсолютно неустойчивой по отношению к бесконечно малым возму-
щениям. Это дает максимальную оценку длины перетяжки сверху. Но, в про-
цессе обезвоживания перетяжка может разрушиться намного раньше под дей-
ствием конечных возмущений. Для определения влияния конечных возмуще-
ний на образование и устойчивость перетяжки и были направлены эксперимен-
тальные исследования, представленные в данной работе.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-54023 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1607-4556 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:55:18Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Ильин, С.Р. 2014-01-29T20:06:34Z 2014-01-29T20:06:34Z 2012 Анализ развития, результаты и перспективы работ по динамической диагностике и мониторингу эксплуатационного состояния армировки шахтных стволов / С.Р. Ильин // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 101. — С. 240-261. — Бібліогр.: 29 назв. — рос. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/54023 622.673.1 У статті викладено матеріали, що описують розвиток технології динамічної діагностики жорсткого армування шахтних стволів з використанням мобільних вимірювальних пристроїв у Європі та в СНД. Наведено приклади використання аналогової та цифрової вимірювальної апаратури, та результати досліджень динаміки систем «посудина-армування» з використанням «вимірювально-розрахункової» технології у промислових умовах рудників України. Вказано на перспективи поєднання методів лазерного сканування та динамічної діагностики армування щодо підвищення експлуатаційної безпеки стволів у складних гірничо-геологічних умовах. The article describes materials that describe the development of technology of diagnosing dynamic rigid reinforcement shafts using mobile measuring devices in Europe and the CIS. Examples of the use of analog and digital instrumentation, and results of studies of the dynamics of systems "vessel-reinforcing" using "measurement and calculation" technology in industrial environments mines in Ukraine. Specified on the prospects combination of dynamic diagnostics and laser scanning reinforcement to improve operational safety barrels in difficult geological conditions. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехническая механика Анализ развития, результаты и перспективы работ по динамической диагностике и мониторингу эксплуатационного состояния армировки шахтных стволов Analysis of development results and outlook the dynamic diagnosis and monitoring operational status of reinforcement shafts Article published earlier |
| spellingShingle | Анализ развития, результаты и перспективы работ по динамической диагностике и мониторингу эксплуатационного состояния армировки шахтных стволов Ильин, С.Р. |
| title | Анализ развития, результаты и перспективы работ по динамической диагностике и мониторингу эксплуатационного состояния армировки шахтных стволов |
| title_alt | Analysis of development results and outlook the dynamic diagnosis and monitoring operational status of reinforcement shafts |
| title_full | Анализ развития, результаты и перспективы работ по динамической диагностике и мониторингу эксплуатационного состояния армировки шахтных стволов |
| title_fullStr | Анализ развития, результаты и перспективы работ по динамической диагностике и мониторингу эксплуатационного состояния армировки шахтных стволов |
| title_full_unstemmed | Анализ развития, результаты и перспективы работ по динамической диагностике и мониторингу эксплуатационного состояния армировки шахтных стволов |
| title_short | Анализ развития, результаты и перспективы работ по динамической диагностике и мониторингу эксплуатационного состояния армировки шахтных стволов |
| title_sort | анализ развития, результаты и перспективы работ по динамической диагностике и мониторингу эксплуатационного состояния армировки шахтных стволов |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/54023 |
| work_keys_str_mv | AT ilʹinsr analizrazvitiârezulʹtatyiperspektivyrabotpodinamičeskoidiagnostikeimonitoringuékspluatacionnogosostoâniâarmirovkišahtnyhstvolov AT ilʹinsr analysisofdevelopmentresultsandoutlookthedynamicdiagnosisandmonitoringoperationalstatusofreinforcementshafts |