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

мусинская" № 1 в Кузбассе показали, что даже при применении деревяннной затяжки силовой контакт в двух местах имеет место d 70% случаев и преимущественный вариант контактирования также трудно выделить. Исследованиями В.Г. Раевского [2 2 ] на 4 шахтах в Донбассе показано, что контактирование верхняков индивидуальной крепи с неров­

контактирования реальным условиям взаимодействия верхняков с кров­ лей на этих шахтах. По оси абсцисс отложены отрезки с обозначением всех возможных вариантов контактирования верхняка типа ВДУ (см.

рис. 1.1, а, но при нумерации участков справа налево), а по оси ординат - частость появления каждого из возможных вариантов контактирования по результатам обследования всех верхняков. Штрихпунктирной линией на этом рисунке показана теоретическая, вычисленная на основе упомяну­ той гипотезы вероятность контактирования каждого из возможных со­ четаний условных участков по два, или, что то же самое, средняя час­ тость. Видно, что фактические значения частостей случайным образом варьируют вокруг теоретической, являющейся математическим их ожи­ данием. Среднеквадратичное отклонение фактических частот появления возможных вариантов контактирования от теоретической не превышало 0,19. Было установлено, что с увеличением количества экспериментов величина среднеквадратичного отклонения уменьшается; это также сви­ детельствует о правомерности применения постулата. Аналогичные ре­ зультаты были получены автором при исследовании совместно с Т.Л. Вардишвили контактируемости с кровлей крепи типа "Спутник" на шахте "Степная" в Донбассе.

Исследования взаимодействия консольно-закрепленных верхняков ин­

в 90% случаев; частость контактирования верхняка концевым участком хотя и превышает среднюю на 10-13%, но дает отклонение результатов расчетов, основанных на допущении о равновероятном распределении кон­ такта по длине верхняка, всего на 4,8%.

Результатов исследований, проведенных в направлении проверки соот­ ветствия исходных постулатов вероятностного моделирования реальным условиям взаимодействия плитовых перекрытий механизированных крепей с кровлей, имеется немного в связи со значительной сложностью и не­ безопасностью экспериментов такого рода, но тем не менее они доста­ точно представительны.

Доминирующие условия контактирования плитовых перекрытий меха­ низированной крепи М-87Д устойчивой кровлей выявлялись автором сов­ местно с Т. Л. Вардишвили на шахте им. 50-летия Октября комбината "Гуковуголь" в Донбассе при отработке механизированным комплексом пласта 1^ [ 23]. Непосредственная кровля пласта или отсутствовала, или

12

ff

Р и с. 1.2. Соответствие постулата о равновероятности вариантов кон­ тактирования реальным условиям взаимодействия верхняков индивиду­ альной крепи с кровлей

а - шахта "Бургуста Замковая" № 3; б - шахта К? 5/6 им. Димит­ рова; в - шахта им. А.Ф.Засядько; г - шахта "Пролетарская-Глубокая"

нова. Основную кровлю составлял известняк мощностью 12-14 м и кре­ постью 10-12; выше залегали песчано-глинистые сланцы мощностью 8 м и песчаник мощностью 17 м. Непосредственную почву пласта составля­ ли "кучерявчик" мощностью до 0,15-0,2 м и крепостью до 3, а основ­ ную почву - песчаник мощностью 7 м и крепостью 9-11 по шкале проф. М.М. Протодьяконова. Условия контактирования перекрытий с кров­ лей исследовались с применением полиэтиленовых пакетов, по размерам равных габаритам перекрытия, помещаемых между перекрытием и кров­ лей. Внутрь пакетов закладывалась белая бумага, покрытая копироваль­ ной бумагой (такие пакеты впервые были предложены, по-вицимому, в Шахтинском научно-исследовательском угольном институте). После раз­ грузки секции крепи перекрытия очищались от породной мелочи и вмес­ те с уложенными на них пакетами поджимались к кровле. При этом на листах белой бумаги фиксировались все пятна контактов с кровлей. Прожатия проводились под прочной устойчивой кровлей на нескольких сек­ циях с фиксированием времени нахождения исследуемых секций в рабо­ чем положении. После каждого продавливания чистый лист бу­ маги извлекался из пакета и образовавшиеся на нем отпечатки рассмат­ ривались.

13

Результаты оказались настолько стабильными (в смысле количест­ ва пятен контактов), что после 20 прожатий отпала необходимость в продолжении экспериментов в описанных условиях.

Перекрытия контактировали с кровлей или в трех местах (причем в в этих местах на бумаге образовывались дыры), или на бумаге отпе­ чатывались четыре-пять пятен контактов, но, судя по количеству обра­ зовавшихся дыр, с явными признаками преимущественной передачи наг­

оси перекрытия, обеспечивали устойчивое равновесие последнего, что, кстати, тоже учитывается зероятностным моделированием (см . раздел 2) при анализе всех возможных вариантов контактирования плитовых перек­ рытий с кровлей.

Выраженные в относительных величинах результаты эксперименталь­ ных данных в сопоставлении с вытекающими из применяемой вероятност ной модели данными представлены в таблице, демонстрирующей право­ мерность исходного постулата о доминирующем контактировании ллитового перекрытия с неровностями устойчивой кровли в трех местах.

Эффект преимущественной передачи нагрузки в трех местах при на­ личии многих пятен контактов перекрытия с неровностями кровли был выявлен автором при анализе результатов замеров нагрузок на пере­ крытия крепи МПК, проведенных сотрудниками ДонУГИ на шахте "Аютинская". Перекрытия двух секций этой крепи были оборудованы 20 тонзо-

14

щиеся на эти контакты. В" контакте с кровлей при каждой передвижке секции находилось от 8 до 20 динамометров. На рис. 1.3 представлены результаты замеров нагрузок на динамометры для одного из случаев "сплошного"контактирования перекрытия с кровлей ( под нагрузкой на­ ходятся все 20 динамометров), из которого видно, что основная часть нагрузки (более 70%) воспринимается 3 манометрами, а остальные 17 нагружены незначительно. Такое явление, очевидно, имеет место при смятии первоначальных трех пятен контактов, обеспечивающих устойчи­ вое положение секции крепи при ее предварительном распоре. Первые из вступивших в контакт с перекрытием неровностей кровли, сминаясь под нагрузкой, но будучи-наиболее уплотненными, продолжают восприни­ мать основную часть нагрузки, оставляя на долю новых, вступающих в контакт с перекрытием неуплотненных неровностей незначительную ее часть.

Автором обработаны все имеющиеся данные замеров нагрузок для

Правомерность исходного постулата о положении равнодействующей суммарного сопротивления гидроопор секции посредине междустоечной части перекрытия (в случае одинакового номинального сопротивления гидроопор) подтверждена исследованиями взаимодействия с кровлей ме­ ханизированных крепей "Донбасс", МК-97 и М-87 [2 4 ].

Исследования крепи "Донбасс" проводились на шахте им. С.В ,Косио­ ра комбината "Ворошиловградуголь". Крепь работала в комплексе с ком­ байном МК-67, конвейером СП-63М, насосной станцией СНУ4М.

Испытания проводились в 3-й южной лаве пласта К^ мощностью 1,15 м с углом падения до 19 . Непосредственно над угольным пластом залегал легкообрушаюшийся глинистый сланец мощностью до 1,2 м, над ним - песчаный сланец средней крепости и устойчивости мощностью до 11 м; выше - крепкий песчаник мощностью 14 м, склонный к зависанию. Поч­ ва пласта представлена глинистым сланцем средней крепости и устойчи­ вости. В лаве длиной 120 м находилась 81 секция крепи (от № 5 до 85). На двух замерных станциях, расположенных симметрично относительно середины лавы (секции № 38 и 51), были установлены самопишущие ма­ нометры типа М-66 для одновременной непрерывной записи величин дав­ ления в поршневых полостях гидроопор.

Замеры проводились в течение 50 циклов.

Результаты исследований в виде гистограмм представлены на рис. 1.5, из которого видно, что положение равнодействующей сопротивления по­ садочной части секции изменяется случайным образом, распределение этой случайной величины происходит по закону, близкому к нормальному, и вершина гистограммы расположена над серединой (или практически над серединой) междустоечного участка. Максимальное отклонение рав­ нодействующей-от середины составляет не более 0,14 длины междустоеч­ ного участка. При предварительном распоре имеется большая вероят-

15

Р и с . 1.3. Один nd вариантов распределения нагрузок по пе­ рекрытию крепи МПК в случае "сплошного" контактирования с кровлей (по ДонУГИ)

1 - манометры в первом ряду;

2 - манометры во втором ряду

Р и с . 1.4. Доля обшей нагруз­ ки на секцию крепи, приходя­ щаяся на контакты перекрытия крепи МПК при "сплошном" кон­ тактировании с кровлей ( по ре­ зультатам обработки данных, полученных ДонУГИ)

Число пятен контактов

ность расположения равнодействующей сопротивления над серединой, чеь при максимальном нагружении секции, однако смещение ординаты вер­ шины гистограммы невелико, что на результатах вероятностного моде­ лирования отразится незначительно.

16

18