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

В результате проведен­ ных аналитических и шахт­ ных исследований становит­ ся очевидным, что при при­ менении шарнирносоединен­ ных верхняков надежность крепления резко снижается.

Надежной, с точки зре­ ния сохранения распорных усилий стоек при перенос­ ке верхняков, является схема крепления несоединеннымиверхняками (см.рис. 3.14,а ). Поэтому там, пн' консольное закрепление кров­

ли непосредственно за выемочной машиной не вызывается необхо­ димостью, целесообразно ориентироваться на применение этой схемы.

При необходимости консольного закрепления кровли и соединения верхняков в шарнирах следует применять трехрядную схему крепи, при которой вероятность потери стойками распора меньше, чем при двухрядной.

По-видимому, решением, которое бы позволило сохранить достоин­ ства схемы крепления несоединенными верхняками и существенно умень­ шить (а в ряде условий и исключить) недостатки рассмотренных схем, является применение верхняков с двойным шарниром (см . рис. 3. 14,е). Конструкция такого верхняка (тип В20К) разработана Институтом горного дела им. А.А. Скочинского совместно с Дружковским маши­ ностроительным заводом им. 50-летия Советской Украины. Отличи­ тельная особенность этого верхняка по сравнению с предлагаемыми ранее конструкциями с двойным шарниром — возможность консоль­ ного его закрепления при помощи штырей-клиньев. Лабораторные ис­ пытания опытных образцов показали, что верхняки В20К работоспо­ собны ) 36].

4.ПРИМЕНЕНИЕ ВЕРОЯТНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЧНОСТНЫХ ПАРАМЕТРОВ И ОБОСНОВАНИИ РАСЧЕТНЫХ СХЕМ ВЕРХНЯКОВ И ПЕРЕКРЫТИИ

4. 1. Установление оптимальной величины расчетного пролета верхняков индивидуальной крепи

Несколько лет назад создалось положение, когда на каждые 6-7 металлических стоек индивидуальной шахтной крепи приходился лишь один металлический верхняк. Необходимость применения в комп­

лекте с металлическими стойками деревянных верхняков и устанавливае­ мых у груди забоя дополнительных стоек снижала эффективность и сдер­ живала развитие прогрессивной технологии узкозахватной выемки угля.

Одним из препятствий оснащению очистных забоев металлическими верхняками было то обстоятельство, что ежегодно терялось около 70% выпускаемых промышленностью верхняков. Основной причиной высоких потерь верхняков была их деформация,

Верхняки индивидуальной забойной крегш должны, как известно, от­ вечать двум основным взаимно противоречащим требованиям - быть достаточно прочными и не иметь большого веса. Один из путей удов­ летворения этих условий при конструировании металлических верхня­ ков - сознательное допущение, вероятности остаточных деформаций при наиболее невыгодном случае контактирования верхняков с кровлей в двух местах вблизи концов, В этом случае при расчете верхняка на • прочность в пределах упругих деформаций расчетная длина верхняка может приниматься меньше фактической его длины, что позволяет зна­ чительно уменьшить вес конструкции.

Однако долгое время вопрос о рациональной величине расчетного пролета оставался открытым.

Дискутируемые в течение ряда лет различные точки зрения о вели­ чине расчетного пролета (0,5 м независимо от длины верхняка, 90% от общей длины верхняка) и наконец предложенное в качестве компро­ мисса решение определять расчетную длину из соотношения

(4Д )

где L - длина верхняка по осям шарниров, основывались на умозритель­ ных заключениях и не отражали стремления найти оптимальное решение вопросов прочности* веса, унификации.

9!

Р и с . 4.1. К установлению величины расчетного проле­ та верхняков индивидуальной крепи (М)

1 - 0,70; 2 - 0,75; 3 - 0,80; 4 - 0,90; 5 - 1,0; 6 - 1,25

I

Задача определения рационального-расчетного пролета верхняков, при котором потери из-за возможных остаточных деформаций не пре­ вышали бы экономически оправдываемой величины, довольно сложная. Наиболее полно она могла бы быть решена в результате проведения большого объема шахтных исследований в различных горно-геологичес­ ких условиях и глубокого технико-экономического анализа, что требо­ вало времени. В связи с создавшимся положением необходимо было предложить достаточно обоснованную величину расчетного пролета для конструирования верхняков повышенной надежности немедленно.

В этой обстановке наиболее целесообразным оказался предложенный автором следующий путь решения задачи [ 16]:

а) с помощью вероятностных характеристик режима работы верхня­ ков оценить уровень надежности верхняков применяемых конструкций, среднемесячные потери которых составляли 6,4%;

б) определить тот уровень надежности, при котором среднемесяч­ ные потери верхняков не превышали бы норматива (4% );,

в) найти величину расчетного пролета, при котором можно было бы обеспечить необходимый уровень надежности.

Поставленная задача была решена следующим образом.

1. Построены графики зависимостей вероятности надежной работы от величины расчетного пролета (графики режима работы) для верх­ няков различной длины (рис. 4 .1).

2. По графикам были определены значения вероятности надежной работы верхняков различных типоразмеров при расчетном пролете0,5м (см. пунктирные линии), которые занесены в соответствующие графы табл. 4.1.

3. Определены (см. табл. 4.1) средневзвешенная вероятность ра­ боты в пределах упругих деформаций верхняков всех типоразмеров, выпущенных машиностроительным заводом в течение ряда лет, и сред­ немесячные их потери в типичных условиях применения. Из табл. 4.1 видно, что значение средневзвешенной вероятности надежной работы в

92

течение 4 лет - величина стабильная, составляющая в среднем 0,71 , а среднемесячные потери также колеблются в незначительных пределах и составляют в среднем 6,4%.

4. На графике (см . рис. 4.1) определена точка с координатами: по оси абсцисс, равная величине расчетного пролета (0,5 м ), а по оси ординат - определенному выше значению средневзвешенной вероятности (0,71). В данном случае практически через эту точку проходит кривая упомянутой выше зависимости, соответствующая длине верхняка 1,0 м. В связи с этим дальнейшее решение задачи свелось к определению расчетного пролета, при котором потери верхняков длиной 1,0 м по причине деформации балки не превышали нормативных.

Если бы найденная точка находилась на значительном расстоянии от имеющихся графиков зависимостей, необходимо было бы построить вспомогательный график, проходящий через эту точку или в непосред­ ственной близости от нее.

5. График, проходящий через найденную точку (в данном случае соответствующий длине верхняка 1,0 м ), в пределах практически воз­ можных величин расчетного пролета был аппроксимирован прямой ли­

7. Поскольку естественно предположить, что потери верхняков из-за деформаций прямо пропорциональны вероятности их деформаций, состав­ лено отношение

^0.73-^0,86 Гр(ф)

где Пф - фактические среднемесячные потери; Пд - нормативные сред­

немесячные потери;, ] ^ - фактический расчетный пролет, при ко­ тором имеют место фактические среднемесячные потери; ^р (н) “ Р30-

четный пролет, при котором ожидаются потери, не превышающие нор­ мативных.

Поскольку отношение фактических и нормативных потерь извест­ но (6,4:4 = 1,6%), а также известна расчетная длина, при которой им> -

93

95

Т А Б Л И Ц А 4.3

При таком принципе унификации из балок одинакового поперечного сечения также можно делать верхняки различной длины, но предназ­ наченные для работы со стойками различного сопротивления. Так, на­ пример, из балок поперечного сечения II типа могут изготовляться верхняки длиной 1,25 м для работы в комплекте со стойками, имею­ щими номинальное сопротивление 15 т , и длиной 1,0 и 0,8 м для ра­ боты в комплекте со стойками, имеющими номинальное сопротивление соответственно 20 и 25 т. Такая система унификации при соответ­ ствующей маркировке изделий не вызовет осложнений как при произ­

'Временные эксплуатационно-технические требования на создание шарнирных верхняков для крепления очистных выработок", а затем, пос­ ле экспериментальной проверки правомерности исходных положений ве­ роятностного моделирования, - в "Технико-экономические требования на создание шарнирных верхняков для крепления очистных выработок"

[38].

Вдальнейшем В.Г. Раевским при помощи изложенного выше под­

хода, но на основании использования данных о деформациях верхняков в 1967-1971 гг. и применения формул при простроении вероятностньи

96