Технические науки/10

Технические науки/10. Горное дело

Д.т.н., профессор Жетесова Г.С., магистрант Оразбекова Д.А.,

Матешов А.К.

Карагандинский государственный технический университет, Казахстан

К вопросу о влиянии динамического нагружения крепи на режим работы гидростоек

Наиболее часто встречающийся критический режим работы гидростойки возникает вследствие динамической осадки кровли, во время которого происходит резкое повышение давления рабочей жидкости. Это может привести к возникновению эффекта резонанса, в результате чего возможно пластическое деформирование или разрушение элементов гидростойки.

Одним из основных, опасных природных факторов, который препятствует отработке пластов и определяет работоспособность механизированных крепей, является наличие труднообрушаемых кровель. Неожиданные, неуправляемые динамические обрушения горного массива также опасны для людей, разрушают механизмы и горные выработки [1,2].

Анализируя данные об известных представлениях о труднообрушаемых кровлях и проявлениях горного давления в очистных забоях с такими кровлями, авторы [3] указывают, что существующее определение труднообрушаемых кровель является частным случаем трудноуправляемых. Динамические явления наиболее вероятны в период первичных и вторичных осадок труднообрушаемых кровель. Они сопровождаются шумом, вызванным разломом и перемещением больших масс пород. Их воздействие на крепь носит выраженный ударный, динамический характер. Это позволяет отнести резкие осадки кровли к ударным, динамическим явлениям [4].

Под динамическим нагружением крепей понимается такой режим их взаимодействия с боковыми породами, когда на общем фоне типовых, наиболее распространенных условий при сравнительно медленном опускании кровли со скоростями, редко превышающими несколько миллиметров в час, наблюдаются опускания, интенсивность которых в отдельные периоды достигает от 0,25 до 3 м/с. В большинстве таких случаев возникают аварийные ситуации в очистных забоях. Анализ известных данных, представленный в таблице 1, показывает, что параметры динамических процессов изменяются в широких пределах [5,6].

Таблица 1 - Характеристики динамических явлений

Величина перемещения, мм	Скорость, мм/с	Максимальное давление, МПа	Время нарастания давления до максимального, с	Длительность действия повшенных нагрузок, с	Примечание
0,7-16,9	1,4-125	—	—	0,008-1,11	—
25-30	250-700	65-110	—	0,05-0,1	Аналитические исследования
0,7-16,9	4,1-125	(1,5-3)*р_ном	0,002-0,012	0,008-1,00	M=1,3-1,5
1,0-2,5	350	(2-2,5) *р_ном	0,02	0,25-0,35	—
4-9	90-100	2,2*р_ном	—	—	—
0,81	194	2,43*р_ном	0,005	—	В начальной фазе нагружения
22,1	40	2,5*р_ном	0,005		За весь период нагружения
5,5	110	2,1*р_ном	0,05	—	В момент начального открытия клапана
22	36,6	3,7*р_ном	0,2	0,6	За весь период нагружения
2-8,1	4,1-62	—	—	0,074-0,63	В шахтных условиях
0,7-6,5	8,5-98	—	—	0,036-0,53	В шахтных условиях
0,8-7,2	7,9-125	—	—	0,008-0,138	В шахтных условиях
2,2-16,9	9,5-60	—	—	0,15-0,55	В шахтных условиях
0,4	200	128	0,002	—	Клапан КГУ-6
0,64	213	116	0,003	—	Клапан КГУ-ЗОЮПР
0,7	184	108	0,0038	—	Клапан КГУ-3
25-30	670	1,2* р_ном	—	0,05-2,2	Предохранительное устройство ПУ-02-60
0,7-57	150-3800	75	—	0,0098-0,06	—
21	70	57	—	0,2-0,3	—

Исследованиями установлено, что при сроке службы механизированных крепей пять лет, вероятность встречи механизированным комплексом условий залегания разрабатываемого пласта с кровлями, склонными к резким осадкам, составляет 0,95. То есть, работа крепей в условиях проявления повышенного давления и резких осадок кровли - нормальное явление [7].

Анализ показывает, что на долю этих шахто-пластов приходиться порядка 40% действующих очистных забоев [7]. При этом в 52% действующих очистных забоях встречаются динамические явления.

Заканчивая анализ, следует заметить, что исследования выполненные ИГД им. А.А. Скочинского [8], свидетельствуют о тенденции дальнейшего ухудшения горно-геологических условий. Поэтому одним из основных направлений реструктуризации угольной промышленности России является сокращение количества низкопроизводительных забоев за счет технического перевооружения, концентрации горных работ и роста нагрузки на очистной забой.

В связи с этим возрастает актуальность проблемы оценки параметров горных машин на стадии проектирования с учетом их конструктивных особенностей и реальных условий работы, под которые они создаются. Решение данной проблемы позволит создавать горные машины нового технического уровня и уменьшить объемы лабораторных и производственных экспериментов.

Литература:

1. Клишин В.И. Адаптация механизированных крепей к условиям динамического нагружения. – Новосибирск: Наука, 2002. – 200с.

2. Журило А.А. Горное давление в очистных забоях с труднообрушающимися кровлями. – М.: Недра, 1980. - 124с.

3. Шеин Ю. Г. Разработка теоретических основ динамического взаимодействия механизированной крепи с породами кровли. М. : ИГД им. A.A. Скочинского, 2003. - 332 с.

4. Методические рекомендации по испытанию гидростоек механизированных крепей в динамическом режиме нагружении. – Л.: ВНИМИ, 1977. – 18с.

5. Глушихин Ф. П. Трудноуправляемые кровли в очистных забоях. М. : Недра, 1974.-193 с.

6. Садыков А. М. Работа гидравлических опор крепи при резких осадках кровли / А. М. Садыков, А. А. Орлов // Уголь. 1977. - №1. - С. 41 - 44.

7. Александров Б. А. Особенности взаимодействия механизированных крепей с боковыми породами в сложных горно-геологических условиях пологих и наклонных пластов / Б. А. Александров, Г. Д. Буялич, Ю. А. Антонов, Ю. М. Леконцев, М. Е. Лупий. - Томск : Изд-во Том. ун-та, 2002. – 144 с.

8. Кузьмич А. С. Состояние горных работ на угольных шахтах // Вопросы разработки угольных месторождений подземным способом : сб. науч. тр. / ИГД им. A.A. Скочинского. М., 1983. - Вып. 223. - С. 3 - 10.