РАЗДЕЛ 2
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КИНЕТО-СТАТИКИ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ СЕКЦИЙ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ
КРЕПЕЙ НА НАКЛОННЫХ ПЛАСТАХ
2.1. Методика аналитической оценки устойчивости и обеспечения направленности
передвижения секций механизированной крепи на наклонных пластах
Выполненными в разделе 1 исследованиями показано, что при работе
механизированных крепей в лавах с углом падения пласта свыше 15° значительная
часть отказов возникает вследствие низкой эффективности средств обеспечения
устойчивости их секций. Под статической устойчивостью и устойчивостью секций
крепи в процессе их передвижения понимается способность секций сохранять под
действием внешних силовых факторов и активных средств удержания такое
пространственное положение, при котором возможна их нормальная эксплуатация в
комплекте механизированной крепи. Проверка устойчивости опрокидыванию
заключается в определении соотношения восстанавливающего и опрокидывающего
моментов сил относительно оси, проходящей внутри контура основания (при боковых
породах с f=3,5-4 по шкале проф. Протодьяконова Н.М.), а в пределе – через
крайнюю точку контура (при боковых породах с f до 7-8) и сравнении этого
соотношения с допустимым. Опрокидывание – поворот секции крепи вокруг оси,
проходящей через основание, причем положение ее зависит от физико-механических
свойств почвы [46].
В диссертационной работе предлагается методика аналитической оценки
устойчивости и обеспечения направленности передвижения секций механизированной
крепи на наклонных пластах, суть которой сводится к следующему.
На пространственное положение секции и скорость ее передвижения оказывают
влияние большое количество факторов, основными из которых являются: наклонные
составляющие веса секции крепи, положение центра ее тяжести, составляющие
тягового усилия гидродомкрата, активный удерживающий момент, создаваемый
системой устойчивости, величина подпорного усилия при передвижении с подпором,
усилия взаимодействия в межсекционных связях балок и оснований, пригрузка пород
кровли на перекрытие секции, вдавливание основания в почву пласта и др.
Определим запас устойчивости секций крепи в процессе однократного передвижения.
Расчетная схема системы устойчивости крепи приведена на рис. 2.1. Момент,
удерживающий секцию крепи от опрокидывания, равен:
, (2.1)
где М – удерживающий момент от составляющей веса секции крепи;
М – удерживающий момент от подпорного усилия;
М – момент от взаимодействия в межсекционных связях;
М – активный удерживающий момент, создаваемый механизмом устойчивости.
Момент, опрокидывающий секцию крепи, складывается из моментов от составляющих
веса М и тягового усилия гидродомкрата передвижения М:
. (2.2)
Моменты от составляющих веса крепи равны:
(2.3)
где G – вес секции крепи с пригрузкой;
б – угол падения пласта;
lB – плечо восстанавливающего момента, с учетом ширины основания, равной l и
смятия пород почвы под нижним (со стороны падения пласта) ребром основания на
величину ДB (в расчетах принимается равной 0,05м) равно:
Рис. 2.1. Расчетная схема к определению боковой устойчивости секции
механизированной крепи
, (2.4)
Нцт – высота центра тяжести системы "секция крепи – кровля"; при слабых кровлях
рассчитывается с учетом массы отслоившейся породы высотой hкр=0,5ч0,7 м:
, (2.5)
где Gс – вес секции крепи;
Н – высота центра тяжести секции;
Gкр – вес отслоившейся породы кровли плотностью г равен:
, (2.6)
где L1 – шаг установки секций крепи;
L2 – ширина поддерживаемого крепью призабойного пространства;
Н – высота центра тяжести отслоившейся кровли, находящейся на перекрытии секции
высотой Н:
. (2.7)
Отметим, что передвижение секций крепи с подпором, способствует повышению
устойчивости секций на наклонных пластах. Удерживающий момент от подпорного
усилия Тп равен:
, (2.8)
где f кр – коэффициент трения перекрытия о кровлю.
Максимальная величина усилия подпора кровли определяется из условия обеспечения
движения секции крепи усилием, развиваемым гидродомкратом передвижения.
Горизонтальная составляющая тягового усилия гидродомкрата Sr, равная силам
сопротивления передвижению секции крепи, определяется из выражения:
, (2.9)
где fn, fkp, ftp – соответственно, коэффициенты трения основания о почву,
перекрытия о кровлю пласта и коэффициент трения в межсекционных связях;
Т1, Т2 – усилия взаимодействия секции с элементами крепи. Количественная оценка
усилий Т1 и Т2 производится согласно формул (2.19) и (2.23);
Rу – реакция опоры рычага механизма устойчивости;
Sв – вертикальная составляющая тягового усилия гидродомкрата.
В работах [61,63] нами получены выражения для составляющих Sr , Sв и тягового
усилия гидродомкрата Q в зависимости от конструктивных параметров и величины
рассогласования в уровнях основания секции крепи и конвейера. Учитывая, что
тяговое усилие гидродомкрата не может быть более максимальной величины усилия
передвижения, заложенного в конструкцию, находим максимальную величину усилия
подпора кровли:
, (2.10)
где Р2 и Р3 – соответственно давления рабочей жидкости в штоковой и поршневой
полостях гидродомкрата;
Db и d – соответственно внутренний диаметр цилиндра и диаметр штока
гидродомкрата;
з – объемный КПД (при уплотнениях резиновыми манжетами з=1);
вц – угол отклонения цепи от горизонтальной оси в вертикальной плоскости;
гд – угол отклонения оси гидродомкрата от оси
- Київ+380960830922