Файл: Казьмин, В. М. Вероятностный метод анализа контактного взаимодействия забойных крепей с боковыми породами.pdf

р

Р и с . 3.6. Распределение по ширине призабойного прост­ ранства вероятностей кон­ тактирования Р и суммарно­ го сопротивления SQ лавокомплекта секций крепи М -87Д в пределах базовой части перекрытий при

Р

ностей контактирования Р и суммарного сопротивления 2Q лавокомплек

та секций крепи М -87Д з пределах базовой части перекрытий при Р , : Р = = 1 : 2 1 2

удобства анализа сведены в табл. 3.2-3.5, в которых исследуемые по­ казатели ( вероятность контактирования, величина сопротивления) от­ несены к участкам поддерживаемой кровли на расстояниях от забоя 1,0; 1,5; 2,0 м. При определении доли сопротивления крепи, прихо­ дящейся на призабойный участок, учитывалось также усилие от рес­ сорных и поджильных консолей.

78

Ри с . 3.9, Распределение по ширине призабойного пространства вероят­ ностей контактирования Р и суммарного сопротивления SQ лавокомплекта секций крепи МК в пределах базовой части перекрытий

Ри с . ЗЛО.Распределение по ширине призабойного пространства вероят­ ностей контактирования Р и суммарного сопротивления 2Q лавокомплек-

та секций крепи МК-97 в пределах базовой части перекрытий

Р и с. 3.11. Распределение по ширине призабойного пространства вероят­ ностей контактирования Р и суммарного сопротивления 2Q лавокомплекта секций крепи М-81 в пределах базовой части перекрытий

79

В табл. 3.2 приведены данные сопротивляемости на расстоянии 1,5- 2,0 м от забоя для механизированной крепи типа М-87Д, имеющей ши­ рину перекрытия секций от 15 до 90 см, при расположении равнодейст­ вующей сопротивления опор посредине жесткой части перекрытия. Из анализа этой таблицы видно, что ширина перекрытий секции на рас­ пределение суммарного сопротивления крепи по ширине лавы практи­

чески не влияет.

В табл. 3.3 и 3.4 показано количественное изменение исследуемых критериев для крепей М-87Д (равнодействующая - посредине жесткой части перекрытия), МК-97 и МК при изменении величины отношения сопротивлений передней и задней гидроопор. Видно, что при увеличении этого отношения вероятность контактирования и сопротивляемость крепи на призабойных участках увеличивается, а при уменьшении - уменьшается. В особенности это проявляется на ближайшем от забоя участке, где имеет место "всплеск" вероятности контактирования и сопротивляемости крепи: здесь величины Р и A2Q изменяются пример'

80

небольшую длину, и на его долю приходится незначительная вероят­ ность контактирования и доля сопротивления крепи. При удалении же от забоя на 1,5-2,J м вероятность контактирования изменяется при­ мерно пропорционально корню кубическому от величины отношения

Pj / | а доля суммарного сопротивления лавокомплекта секций крепи-

примерно пропорционально корню квадратному от изменения величины этого отношения.

81

896 6

Подтвердились сделанные ранее принципиальные выводы об эффектив ности рессорных, жестких и поджимных консолей перекрытий; в то же время моделирование на ЭЦВМ позволило дать количественную оценку сопротивляемости механизированных крепей, имеющих такие перекрытия Так, чрезвычайно низкая сопротивляемость, оказываемая у забоя ме­ ханизированными крепями с рессорными консолями перекрытий, видна из табл. 3.5, где отечественные механизированные крепи расположены в порядке уменьшения доли сопротивляемости, приходящейся на непо­ средственно прилегающий к забою участок кровли шириной 1,0 м.

82

На последнем месте находится серийная механизированная крепь М-87Д, имеющая рессорную консоль с сопротивлением 3,5 т. На пред­

последнем месте оказалась крепь МК-97, где одна из секций комплекта имеет рессорную консоль с сопротивлением 1,5 т, а вторая - шарнир­ ную поджимную консоль с сопротивлением 2,0 т. Выше расположились крепи, имеющие жесткие пассивные консоли, - М-101Д, М-100 и М -06.

Причина этого, как указывалось выше ( см. 3.1,1), заключается в том, что, хотя рессорные консоли гораздо чаще пассивных жестких контак­ тируют своими концами с кровлей, они развивают на призабойном участ­ ке незначительное сопротивление по отношению к общему сопротив­ лению секции, тогда как жесткие консоли, вступив в контакт с кровлей, могут оказать существенное сопротивление на призабойном участке. То же можно сказать и о шарнирных поджимных консолях, если при длине консоли порядка 0,8 м сопротивление в управляющем консолью гидро­ патроне составляет менее 30% сопротивления передней гидроопоры. Так, согласно табл. 3.5, немногим выше, чем при жестких консолях, оказа­ лась сопротивляемость крепи МК, имеющей активные шарнирные кон­ соли, при сопротивлении в управляющих ими гидропатронах, составляю­ щем 32% сопротивления передней гидроопоры.

Выявлено, что требованию в среднем равномерного распределения соп­ ротивления крепи по всей ширине поддерживаемого крепью пространства в максимальной степени отвечает крепь М -81, имеющая жесткое перекрытие с активной шарнирной консолью, при сопротивлении в управляющем кон­ солью гидропатроне, равном сопротивлению гидроопоры, при поддержании призабойного пространства шириной порядка 2,5 м.

Это конструктивное решение и следует признать перспективным при ширине поддерживаемого участка кровли порядка 2,0 м.

Из анализа приведенных таблиц и графике* следует, что при ширине поддерживаемого участка кровли 3,0-3,5 м перспективным с точки зре­ ния равномерности распределения сопротивления крепи является пере­ крытие с шарнирной базовой частью и дополнительными активными кон­ сольными элементами типа крепи "Донбасс".

Однако при проектировании перекрытий такого типа необходимо, что­ бы отношение длин передней и задней консолей забойной части пере­ крытий крепи, а также длин участков перекрытия, расположенных слева

исправа от равнодействующей сопротивления посадочной части пере­ крытия, приближалось к единице. К чему приводит нарушение этого условия, видно на примере крепи М-101Д, находящейся в табл. 3.5 выше крепей, имеющих перекрытия ^рессорными консолями, но ниже крепей, имеющих сплошные жесткие перекрытия. Отношение длин перед­ ней и задней консолей перекрытия этой крепи составляет для забойной

ипосадочной части крепи 3,5:1; из рис. 3.12 видно, что сопротивляе­ мость крепи М-101Д на призабойном участке оказалась незначитель­ ной. Совсем иную картину распределения сопротивления мы видим для крепи •"Донбасс" (см . рис. 3.13), имеющей перекрытие в принципе та­ кого же типа, но с иным соотношением длин передних и задних консо­

лей.

83-

3. 2. Анализ надежности схем крепления забоя' индивидуальной металлической крепью

При переноске индивидуальной крепи известны случаи, когдаснятие верхняка у линии обрушения сопровождается потерей распора и выпадением стойки из-под соседнего, соединенного шарниром со снимаемым верхняка. Упоминание о потере стойками распорных уси­ лий можно встретить и в зарубежной литературе [33].

Автором совместно с В.Г. Раевским и Б.И. Кобзиным проведен ана­ лиз взаимодействия индивидуальной крепи с кровлей в целях выявле­ ния причин упомянутого явления, оценки его влияния на надежность различных схем крепления и разработки мероприятий, исключающих понижение надежности крепи из-за самопроизвольной разгрузки стоек

[19, 3 4 ]. Под надежностью схемы крепления здесь понимается веро­ ятность сохранения в каждой нитке крепи распора стоек в момент перестановки заднего верхняка.

В качестве исходных при вероятностном моделировании процесса контактирования использовались следующие положения:

кровлей одинаково вероятно.

Как уже было показано, такая модель отражает основные и наиболее существенные признаки процесса контактирования крепи в условиях прочных непосредственных кровель.

Все возможные варианты контактирования определяются путем раз­ деления верхняка на участки (см. рис. 3.14) при условии, что контакт с кровлей расположен посредине участка. Для выявления сущности механизма взаимодействия на контакте крепи с кровлей достаточно принять, минимально возможное число участков одинаковой длины,-ко­ торое при расположении стойки по паспорту крепления (на расстоянии 1/3 длины от заднего конца верхняка) будет равно 3. Стойка в этом случае будет расположена на границе 1 -го и 2 -го участков (см . рис. - 3.14,а) и варианты контактирования отдельно стоящего верхняка с кровлей будут возможны по 1-му и 2-му, 1-му и 3-му участкам.

Рассмотрим, как влияет на надежность крепления удаление зад­ него верхняка при различных схемах крепи. На рис. 3.14,а видно,что если верхняки не соединены, то снятие одного из них не отразится на условиях взаимодействия с кровлей другого верхняка и не может вызвать каким-либо образом разгружения стоящей под ним стойки. Надежность такой схемы крепления, согласно принятому определению, будет равна единице.

При рассмотрении двух шарнирно-соединенных верхняков будем считать, что сначала был установлен один верхняк со стойкой. После набора стойкой нагрузки установлен консольно второй верхняк. Затем поставлена вторая стойка и после набора ею нагрузки произведено снятие первой стойки с верхняком.

84