Обґрунтування параметрів системи стійкості секцій механізованого кріплення при відробці похилих вугільних пластів

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ГІРНИЧИЙ УНІВЕРСИТЕТ

05.05.06 - гірничі машини

УДК 622.232

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ОБҐРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ СИСТЕМИ СТІЙКОСТІ СЕКЦІЙ МЕХАНІЗОВАНОГО КРІПЛЕННЯ ПРИ ВІДРОБЦІ ПОХИЛИХ ВУГІЛЬНИХ ПЛАСТІВ

Зензеров Володимир

Іванович

Дніпропетровськ - 2008

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Національному гірничому університеті Міністерства освіти і науки України (м. Дніпропетровськ).

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Ширін Леонід Никифорович, Національний гірничий університет Міністерства освіти і науки України, завідувач кафедри транспортних систем і технологій

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Кириченко Євгеній Олексійович, Національний гірничий університет Міністерства освіти і науки України, професор кафедри гірничої механіки кандидат технічних наук, с. н. с. Керкез Семен Данилович, ВАТ «Лисичанськвугілля» генеральний директор

Захист відбудеться 22 жовтня 2008 р. о 14:00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.080.06 при Національному гірничому університеті Міністерства освіти і науки України за адресою: 49005, м. Дніпропетровськ, просп. К. Маркса, 19.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного гірничого університету Міністерства освіти і науки України за адресою: 49005, м. Дніпропетровськ, просп. К. Маркса, 19.

Автореферат розісланий 19 вересня 2008 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д 08.080.06, кандидат технічних наук О.В. Анциферов

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Україна має у своєму розпорядженні великі запаси вугілля, основна маса якого видобувається підземним способом. Технічні можливості застосовуваних очисних і прохідницьких комплексів, транспортних засобів дозволяють значно підвищити навантаження на вибій. Однак інтенсифікація процесів очисної виїмки запасів вугілля, розвіданих ще в 60-80-і роки, привела до того, що в даний час понад 70% шахт Східного Донбасу ведуть очисні роботи в крайових ділянках шахтного поля зі складними гірничо-геологічними умовами. В результаті невідповідності умов очисних робіт техніко-економічним показникам устаткування, що застосовано, навантаження на комплексно-механізовані вибої знизилось до 500...600 т/доб.

Однією з причин зниження техніко-економічних показників процесу очисної виїмки похилих пластів є втрата стійкості і спрямованості пересування механізованого кріплення в просторовій системі «вугільний пласт - механізоване кріплення - комбайн - конвеєр». Особливо актуальне це питання для шахт, що допрацьовують запаси шахтних полів, де застосування комплексів нового технічного рівня економічно недоцільно, а застосування існуючих комплексів очисного устаткування вимагає наукового обґрунтування конструктивних змін, що вводяться. Механізоване кріплення, як одна із складових машин очисного комплексу, значною мірою визначає його надійність керування і безпеку роботи. У свою чергу, робота механізованого кріплення багато в чому визначається якістю гідросистем. Як показує досвід розробки похилих пластів, саме за рахунок удосконалювання гідросистем удається підвищити стійкість і спрямованість пересування секцій механізованого кріплення.

Дотепер не встановлені аналітичні залежності, які описують динамічні процеси у гідросистемі механізованого кріплення, особливо при роботі на похилих пластах, тому технічні характеристики значного числа існуючих в роботі виймальних машин не відповідають сформованим гірничо-геологічним умовам, що і визначає актуальність даної роботи.

У цьому зв'язку обґрунтування параметрів системи стійкості секцій механізованого кріплення та їх гідросистеми при відробці похилих вугільних пластів в умовах підвищення навантажень на очисний вибій, є актуальною науковою і прикладною задачею, що має галузеве значення.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами. Представлена робота є складовою частиною досліджень, у яких автор брав участь як виконавець і відповідальний виконавець тем: Х 86-292 «Розробити, дослідити і ввести в експлуатацію комплекс КМ 90» (№ ДР 01860042919); Х 83-281 «Розробка і дослідження кріплення 1М88Н» (№ ДР 01830025638); Х 87-295 «Розробка комплексної програми і створення НТД по удосконалюванню методів розрахунку механізованих кріплень для підвищення їхнього ресурсу і зниження металоємності» (№ ДР 01870056618); Х 88-291 «Дослідження і установлення фактичних значень показників якості механізованих кріплень» (№ ДР 01880045416); Х 82-281 «Дослідження на ЕОМ конструктивних і режимних параметрів гідравлічних пристроїв систем автоматизованого керування механізованими кріпленнями» (№ ДР 01827061335); Х 81-281 «Дослідження і розробка математичних моделей секцій кріплення з метою поліпшення його конструкторських і експлуатаційних параметрів» (№ ДР 81008153); Х 80-282 «Дослідження і розробка засобів і методів підвищення стійкості секцій механізованих кріплень на кутах падіння пласту понад 15 градусів» (№ ДР 80022310); Н 10-95, Н 12-2000 «Дослідження процесів і розробка системного і прикладного програмного забезпечення для моделювання і розрахунку параметрів динамічних систем».

Мета роботи - забезпечити стійкість і спрямованість пересування секцій механізованого кріплення на похилих вугільних пластах на основі науково обґрунтованої модернізації гідросистеми.

Задачі дослідження.

Для досягнення поставленої мети сформульовані й вирішені наступні задачі:

· розробити методику оцінки стійкості секцій механізованого кріплення на похилих пластах і обґрунтувати параметри, що забезпечують їх стійкість і спрямованість пересування;

· розробити математичну модель гідросистеми секцій механізованого кріплення і алгоритм її реалізації на ПЕОМ;

· дослідити й обґрунтувати параметри динамічних процесів у гідросистемі при виконанні кріпленням операцій технологічного циклу в умовах відпрацьовування похилих вугільних пластів;

· обґрунтувати способи підвищення ефективності роботи механізованого кріплення очисних комплексів на похилих вугільних пластах без утрати їх стійкості і провести експериментальні дослідження конструктивних рішень.

Об'єктом дослідження є процеси взаємодії секцій механізованого кріплення з бічними породами і виймальною машиною при виконанні кріпленням основних операцій технологічного циклу на похилих вугільних пластах.

Предметом дослідження є параметри секцій і гідросистеми механізованого кріплення, що забезпечують стійкість і спрямованість їх пересування на пластах похилого падіння.

Ідея роботи полягає у визначенні математичних залежностей змін тиску у гідросистемі механізованого кріплення для оперативного керування стійкістю його секцій.

Методи дослідження. Для рішення поставлених задач у роботі використаний комплексний метод дослідження, що включає: аналіз і узагальнення даних теоретичних і експериментальних досліджень процесів функціонування механізованого кріплення, причин утрати стійкості секцій на похилих пластах і методів розрахунку їх параметрів; математичне моделювання процесів з метою виявлення особливостей, що впливають на характер їхнього протікання; теоретичне обґрунтування шляхів підвищення ефективності експлуатації гідросистеми механізованого кріплення; комп'ютерні експерименти для обґрунтування режимів і раціональних параметрів функціонування гідросистем; експериментальні дослідження для встановлення ступеня відповідності теоретичних і практичних результатів.

Наукові положення, що виносяться на захист.

1. Тиск у гідропатронах системи стійкості для утримання секцій кріплення від бічного перекидання прямо пропорційний кутові падіння пласту. Доведено, що обов'язковою умовою ефективної експлуатації кріплення на пластах з кутом падіння понад 20 ° (у сприятливих гірничо-геологічних умовах) і понад 10 ° (у складних) є секціоноване підключення гідропатронів системи стійкості.

2. Стійка робота секцій механізованого кріплення забезпечується в режимі їхнього пересування з підпором 15-20 кПа при сполученні операцій розвантаження і пересування. При цьому швидкість кріплення лави збільшується на 25 %, а загальний час циклу пересування однієї секції складає 15 с, що відповідає середньої швидкості кріплення лави 3,8 м/хв.

Наукова новизна одержаних результатів.

1. Вперше розроблений комплекс аналітичних залежностей для оцінки стійкості секцій механізованого кріплення з урахуванням їхніх конструктивних параметрів, гірничо-геологічних умов експлуатації і схеми пересування.

2. Удосконалена математична модель динамічних процесів у гідросистемі механізованого кріплення при виконанні операцій технологічного циклу, за рахунок обліку силових параметрів, що впливають на стійкість секцій механізованого кріплення на похилих пластах.

3. Вперше отримані аналітичні вирази для видаткових характеристик гідроелементів, що використовують в дослідженнях нових конструкцій механізованого кріплення.

4. Вперше отримані теоретичні залежності для вибору необхідного тиску в гідропатронах системи стійкості з метою утримання секцій кріплення від бічного перекидання і відновлення секцій, що втратили стійкість, при різних кутах падіння і потужності пласта.

Обґрунтованість і вірогідність наукових положень, висновків і рекомендацій визначаються:

· коректним використанням основних положень гідромеханіки при формуванні теоретичного опису процесів;

· достатнім обсягом досліджень процесів на математичних моделях;

· результатами комп'ютерних експериментів, що показують вплив особливостей структури гідросистеми на ефективність експлуатації механізованого кріплення;

· забезпеченням задовільного збігу результатів математичного моделювання та експериментальних даних (розбіжність теоретичних результатів і експериментальних даних не перевищує 15 %).

Наукове значення роботи полягає у тому, що математична модель гідросистеми і методика розрахунку стійкості секцій механізованого кріплення є подальшим розвитком теоретичних основ розрахунку й оптимізації параметрів механізованих комплексів при роботі в складних гірничо-геологічних умовах.

Практичне значення роботи.

1. Розроблена методика розрахунку параметрів, що забезпечують стійкість і спрямованість пересування секцій механізованого кріплення на похилих пластах.

2. Встановлені параметри гідросистеми секцій механізованого кріплення, що забезпечують підвищення ефективності їх експлуатації на похилих пластах за рахунок збільшення швидкості кріплення виробленого простору, підвищення надійності роботи секцій кріплення і скорочення тривалості допоміжних операцій.

3. Розроблена методика стендових і шахтних досліджень секцій механізованого кріплення, що включає аналіз роботи й одержання експериментальних характеристик окремих гідроелементів, дослідження динамічних процесів у гідросистемі, а також кінематики пересування секцій на похилих пластах.

4. Розроблені рекомендації з удосконалення параметрів і конструкції гідросистеми механізованого кріплення для підвищення ефективності їхньої експлуатації на похилих пластах.

Реалізація висновків та рекомендацій роботи. Розроблені автором рекомендації з розрахунку параметрів, що забезпечують стійкість секцій механізованого кріплення, включені до нормативного документу РД 42.027-84 “Кріплення механізоване. Розрахунок стійкості”.

Розроблений автором вимірювальний тензометричний комплекс КВТ-М використовується лабораторією стендових досліджень і вимірів інституту ДонВУГІ на всіх етапах досліджень механізованого кріплення як на заводських і інститутських стендах, так і в складних умовах шахти.

Результати теоретичних досліджень динамічних процесів у гідросистемі механізованого кріплення і кінематики пересування секцій на похилих пластах використані інститутами “Діпровуглемаш” і ДонВУГІ при розробці "Програми і методики попередніх досліджень механізованого кріплення 1М88Н" і "Програми і методики приймальних досліджень кріплення 1МТ із системою стійкості".

Розроблена математична модель, алгоритми і програмне забезпечення прийняті інститутами ДонВУГІ і “Дондіпровуглемаш” для включення до складу математичного забезпечення системи автоматизованого проектування гідроприводу механізованого кріплення (САПГМК).

Запропонована автором гідравлічна система захищена авторським свідоцтвом на винахід № 1643819 «Гідросистема секції механізованого кріплення».

Розроблена гідросистема успішно пройшла виробничі випробування в умовах ш. «Романовська» ДП «Луганськвугілля». Річний економічний ефект від упровадження результатів роботи склав 48 тис. грн. на 1 лавокомплект.

Особистий внесок здобувача полягає у формулюванні мети, ідеї і задач досліджень, наукових положень, висновків і рекомендацій, розробці математичних моделей і чисельному рішенні задач моделювання процесів, теоретичному обґрунтуванні і розробці методів розрахунку параметрів гідросистем, що забезпечують підвищення ефективності експлуатації механізованого кріплення на похилих пластах, розробці рекомендацій з розрахунку стійкості їхніх секцій, що включені в нормативні документи.

Апробація результатів дисертації.

Основні положення роботи в цілому та її окремі частини обговорювалися й одержали схвалення:

· на IV Республіканській конференції «Молоді вчені науково-технічному прогресу у вугільній промисловості», м. Донецьк, 1984 р.;

· на Міжнародних науково-технічних конференціях «Машинобудування і техносфера XXI століття», м. Севастополь, 2005-2006 р.р.;

· на Міжнародних науково-технічних конференціях «Форум гірників», м. Дніпропетровськ, 2005-2006 р.р.;

· на 8-му Міжнародному науково-практичному семінарі «Практика і перспективи розвитку партнерства у сфері вищої школи», м. Донецьк-Таганрог, 2007 р.

Публікації. Основні наукові і практичні результати опубліковані в 9 наукових працях, (з яких 2 написані без співавторів), з них: 2 монографії, 3 статті у наукових фахових виданнях, 1 авторське свідоцтво, 3 статті в збірниках наукових праць та матеріалів конференцій.

Структура й обсяг дисертації. Робота складається з вступу, 4 розділів, висновків, 8 додатків, списку використаних джерел з 86 найменувань. Містити 45 рисунків, 10 таблиць і викладена на 146 сторінках машинописного тексту.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Перший розділ роботи присвячений аналізу досліджень механізованого кріплення, у тому числі їх гідроприводів і забезпечення стійкості секцій, з урахуванням сукупного впливу гірничо-геологічних, технологічних і конструкторських параметрів на ефективну експлуатацію цих машин.

Рішенню проблеми удосконалення і підвищення ефективності експлуатації механізованого кріплення присвячені роботи низки дослідницьких організацій, у тому числі Дондіпровуглемаш, ДонНДІ, ДонВУГі, Автоматгірмаш ім. В.А. Антипова, ІГС ім. О.О. Скочинського, МДГУ, НГУ, ДонНТУ, ІГТМ ім. М.С. Полякова НАН України та інших.

Наукові основи створення механізованого кріплення, питання орієнтації його секцій у площині пласту, вибір типу технологічної схеми пересування кріплення, вимоги до основним його конструктивних вузлів найбільше повно відбиті в роботах К.О. Ардашєва, В.В. Аксьонова, А.Д. Алексєєва, В.А. Антипова, І.В. Антипова, Ю.В. Бондаренко, А.Ф. Булата, Ф.М. Воскобоєва, О.Д. Гридіна, С.С. Гребьонкіна, Б.А. Грядушего, М.Ф. Гордієнко, В.Г. Гуляєва, Є.Д. Дубова, В.Т. Давидянца, І.О. Ємельянова, А.І. Зільбермана, І.Ф. Іванова, С.Д. Керкеза, І.А. Кияшко, Є.О. Кириченко, О.В. Колоколова, В.В. Косарева, П.В. Коваля, А.Г. Лаптєва, М.Т. Миронова, Є.І. Микляева, Г.Г. Пивняка, С.А. Саратикянца, Ю.Г. Спіцина, Ю.П. Савенко, Н.І. Стадника, В.Я. Спорихина, Л.Н. Ширіна, В.Н. Хорина й ін.

У відзначених дослідженнях встановлено, що зі збільшенням кута падіння пласту в лавах з механізованими кріпленнями, необхідне застосування спеціальних засобів і способів забезпечення стійкості і спрямованості руху їхніх секцій. У зв'язку з цим, при дослідженні пересування механізованого кріплення на похилих пластах необхідні спеціальні дослідження стійкості і забезпечення спрямованості руху секцій кріплення.

Аналізом досліджень встановлено, що в числі основних чинників, що стримують ефективне застосування механізованого кріплення на похилих вугільних пластах, є недостатня бічна стійкість і неефективна забезпеченість спрямованості (до 56 % загального часу простоїв кріплення пов'язано з утратою стійкості і забезпечення спрямованості руху секцій).

Практикою експлуатації кріплення доведено, що важливим напрямком удосконалювання їхнього гідроприводу є розробка науково-технічних основ створення гідроелементів і гідросистем кріплення з заданими експлуатаційними характеристиками.

Другий розділ пов'язаний з розробкою методики і теоретичних досліджень роботи механізованого кріплення на похилих пластах.

При роботі механізованого кріплення в лавах з кутом падіння пласту понад 15 ° значна частина відмовлень виникає внаслідок низької ефективності засобів забезпечення стійкості їх секцій. Під стійкістю до перекидання слід розуміти співвідношення моментів сил які відновлюють і перекидають секцію відносно осі, що проходить усередині контуру основи (при бічних породах з f=3,5-4 за шкалою проф. М.М. Протод'яконова), а в межі - через крайню точку контуру (при бічних породах з f до 7-8) і в порівнянні цього співвідношення з припустимим. Іншими словами - перекидання це поворот секцій кріплення навколо осі, що проходить через основу, положення якої залежить від фізико-механічних властивостей бічних порід. Розрахункова схема для визначення бічної стійкості секції кріплення наведена на рис. 1.

Максимальна величина зусилля підпору секції:

де Р2 і Р3 - відповідно тиск робочої рідини у штоковій і поршневій порожнинах гідродомкрата;

Db і d - відповідно внутрішній діаметр циліндра та діаметр штока гідродомкрата;

з - об'ємний ККД (при ущільненнях гумовими манжетами з=1);

вц - кут відхилення ланцюга від горизонтальної осі у вертикальній площині;

Т1, Т2 - зусилля взаємодії секції з елементами кріплення;

G - вага секції кріплення;

б - кут падіння пласту;

гд - кут відхилення осі гідродомкрата від осі отвору для встановлення у вертикальній площині.

Дослідження стійкості в процесі однократного пересування без підпору секцій кріплення, що не оснащені спеціальною системою стійкості, зводяться до визначення максимального значення кута падіння пласту, при якому ще забезпечується їх бічна стійкість. Орієнтований запас бічної стійкості для конкретних гірничо-геологічних умов експлуатації може бути визначений наступною залежністю:

де Кс, lу - відповідно коефіцієнт і плече утримуючого моменту;

а - неузгодженість по рівнях між віссю гідродомкрата і віссю кріплення ланцюга на кронштейні конвеєра;

lланц - довжина ланцюга, що з'єднує секцію кріплення з конвеєром.

Нцт - висота центра ваги системи "секція кріплення - покрівля";

l - плече моменту, що відновлює;

Н - потужності пласту;

Для виконання розрахунків проектних робіт та інженерних розрахунків розроблена номограма визначення максимального значення кута падіння пласту б в залежності від маси секції кріплення Gc, висоти центра ваги секції , площі покрівлі (L1, L2), яка підтримується однією секцією кріплення, потужності пласту Н, ширини основи l і висоти покрівлі, що відпластувалася, hkp.

Теоретичні дослідження стійкості секцій кріплення виконані для інтервалів потужності пласту Н=1,0-1,5 м і кутів падіння пласту б=0-35 ° (з урахуванням стану покрівлі і ґрунту при експлуатації кріплення).

В результаті досліджень встановлено, що розширення області експлуатації механізованого кріплення розглянутих типів до 35 ° і підвищення запасу їхньої бічної стійкості можливо лише з застосуванням спеціальних систем стійкості.

Третій розділ роботи присвячений дослідженням параметрів динамічних процесів у гідросистемах механізованого кріплення.

Експлуатацією кріплення встановлено, що робота їхньої гідросистеми, при виконанні різних операцій технологічного циклу, характеризується визначеною кількістю одночасно працюючих гідроциліндрів (кожний з яких має свої величини конструктивних параметрів) і зовнішніх опорів переміщенню секцій.

Типова гідросистема кріплення складається з N окремих гілок, що моделюють роботу гідроциліндрів, і загальних для всіх гідроциліндрів ділянок напірної і зливальної магістралей. На підставі положень гідродинаміки в роботі запропонована математична модель кожної з цих ділянок, істота її визначається наступним.

Рух робочої рідини від насоса до гідророзподільника секції кріплення описується системою трьох диференціальних рівнянь вигляду:

 (3)

де РН - тиск рідини в напірній магістралі;

Р1 - тиск рідини на вході гідророзподільника;

q(PH ) - розхідна характеристика насосної станції;

q - розхід рідини в напірній гідромагістралі;

q1i - розхід рідини в рукаві високого тиску;

CH - коефіцієнт пружності напірної гідромагістралі;

C? - сумарний коефіцієнт пружності рукавів високого тиску;

- коефіцієнт гідравлічного опору напірної гідромагістралі;

mН - маса рідини в напірній гідромагістралі;

fН - площа перерізу напірної гідромагістралі;

N - кількість одночасна працюючих гідроциліндрів.

Математична модель роботи кожного гідроциліндра складається із системи шести диференціальних рівнянь:

де Р2 i - тиск рідини в напірній порожнині i-го гідроциліндра;

Р3i - тиск рідини в зливальній порожнині i-го гідроциліндра;

РС - тиск рідини в зливальній гідромагістралі;

q2i - розхід рідини в напірну порожнину i-го гідроциліндра;

q4i - розхід рідини в рукаві високого тиску;

С2i, С3i - відповідно коефіцієнти пружності напірної і зливальної порожнин i-гo гідроциліндра;

- відповідно коефіцієнти гідравлічних опорів каналів підключення i-го гідроциліндра до напірної і зливальної гідромагістралей;

- відповідно маси рідини в рукавах високого тиску;

- маса, переміщувана i-м гідроциліндром:

Х 2i - величина переміщення поршня i-го гідроциліндра;

- площі перерізу рукавів високого тиску;

бi - коефіцієнт мультиплікації i-го гідроциліндра;

- опір переміщенню i-го гідроциліндра.

Плин рідини в зливальній гідромагістралі від секції кріплення в бак гідронасоса описується системою двох диференціальних рівнянь:

де qС - розхід рідини в зливальній гідромагістралі;

- відповідно коефіцієнти пружності і гідравлічного опору зливальної гідромагістралі;

mС - маса рідини в зливальній гідромагістралі;

fС - площа перерізу зливальної гідромагістралі.

У цілому системи диференціальних рівнянь (3)-(5) утворять математичну модель гідросистеми механізованого кріплення.

Реалізація математичної моделі здійснюється на базі розробленого алгоритму її математичного моделювання динаміки роботи гідросистеми механізованого кріплення. Алгоритм дозволяє моделювати як виконання окремої технологічної операції, так і послідовності операцій, заданих користувачем.

Моделювання операцій переміщення секції кріплення здійснено на базі механізованого кріплення 1М88 при рівнобіжній роботі трьох гідроциліндрів.

Четвертий розділ пов'язаний з експериментальними дослідженнями механіки пересування секцій кріплення і розробкою рекомендацій з поліпшення ефективності їх застосування на похилих вугільних пластах.

При експлуатації механізованого кріплення у лавах з кутом падіння пласта понад 15 ° значна частина відмовлень виникає внаслідок низької надійності гідросистем бічної стійкості їх секцій.

З метою ліквідації недоліків системи стійкості і забезпечення можливості застосування гідравлічного відновителя стійок нами розроблена оригінальна схема гідросистеми секції механізованого кріплення і конструкції її елементів. Запропонована автором гідросистема секції механізованого кріплення наведена.

У гідросистемі гідропатрони системи стійкості 1 з'єднані через відсічної клапан 2 гідророзподільники 3 той самій секції при нейтральному положенні рукоятки управління з напірною магістраллю 4.

Експериментальні дослідження гідросистеми секції механізованого кріплення виконані з застосуванням розробленого автором вимірювального комплексу КВТ-М. гідросистема похилий вугільний пласт

Відзначимо, що розроблена нами методика стендових і шахтних експериментальних досліджень секцій механізованого кріплення, включала аналіз роботи й одержання експериментальних характеристик окремих гідроелементів, дослідження динамічних процесів у гідросистемі, а також характеристик і параметрів їх кінематики пересування на похилих пластах.

Приклади графіків зміни параметрів секції кріпи 1М88Н, побудовані за результатами експериментальних даних та даних моделювання, наведені на рис. 5. Розбіжність теоретичних результатів і експериментальних даних не перевищує 15%, що підтверджує адекватність математичної моделі.

Експериментальними дослідженнями встановлено, що на стійкість секцій кріплення істотно впливає взаємодія основ з направляючими балками. Її прояв перешкоджає зміні положення секції кріплення, у площині пласта збільшуючи необхідний тиск у гідропатроні (при відновленні секції) або вибирає менше значення тиску в порівнянні з розрахунковими (при утриманні секцій кріплення).

Шахтні експериментальні дослідження з запропонованою секцією комплексу IKMТ із системою бічної стійкості проводилися в корінній західній лаві пласту К шахти «Романовська» ДП «Луганськвугілля».

Експериментальними дослідженнями підтверджено що, важливою умовою нормальної експлуатації кріплення 1МТ в умовах похилих пластів є надійне утримання гідростійок у заданому відносно основи положенні.

За результатами шахтних експериментальних досліджень, виконані коректування креслень секції кріплення 1МТ і 1М88Н. Експлуатацією кріплення 1М88Н на похилих вугільних пластах підтверджена правильність прийнятих рішень у тому числі з забезпеченням можливості стійкої роботи її секцій на пластах з кутом падіння до 35 °.

Економічна оцінка результатів досліджень дозволила визначити розмір економічного ефекту від упровадження розробок. Від склав 48 тис. грн. на 1 лавокомплект на рік.

У сукупності за результатами роботи сформульовані та обґрунтовані напрямки удосконалення гідросистем механізованого кріплення для похилих вугільних пластів.

Проведені в роботі теоретичні дослідження та отримані математичні моделі використовуються інститутами “Дондіпровуглемаш” і ДонВУГІ при проектуванні і розробці гідросистем механізованого кріплення нового технічного рівня, а алгоритм і програмне забезпечення включені до складу математичного забезпечення системи автоматизованого проектування гідроприводу механізованого кріплення (САПГМК).

ВИСНОВКИ

Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою в якій вирішена актуальна наукова задача, пов'язана з встановленням залежності вибору необхідного тиску в системі стійкості для утримання і відновлення секцій механізованого кріплення при їхньому пересуванні на похилих вугільних пластах.

Виконані в роботі дослідження дозволяють зробити наступні висновки:

1. Одним з основних чинників, що стримують ефективне застосування механізованих кріплень на похилих пластах, є недостатня стійкість і спрямованість пересування секцій (до 56 % загального часу простоїв кріплення пов'язано з утратою стійкості і спрямованості руху секцій). Цього вимагає введення додаткових елементів у конструкцію секцій. Виконані у дисертації дослідження закономірностей, що пов'язують параметри гідроприводу і кінематичних характеристик механізованого кріплення спрямовані на підвищення ефективності її експлуатації на похилих пластах.

2. На основі розробленої методики оцінки стійкості секцій механізованого кріплення з урахуванням особливостей їх конструктивних параметрів, гірничо-геологічних умов експлуатації і технології пересування, одержані аналітичні вирази для видаткових характеристик гідроелементів, що їх використовують при проектуванні гідросистеми, механізованого кріплення.

3. Отримані теоретичні залежності вибору потрібного тиску у гідропатронах системи стійкості, які обґрунтовують технічні рішення з утримання секцій кріплення від бічного перекидання та відновлення її положення при різних кутах падіння та потужності пласта.

4. Розроблена математична модель і реалізований алгоритм моделювання динаміки гідросистеми секції механізованого кріплення, коректно імітують спільну роботу заданої кількості взаємозалежних гідроциліндрів; експериментально встановлено, що погрішність моделі у зіставленні з натурою знаходиться в межах 7-15 %.

5. Доведена доцільність застосування для експериментальних досліджень розробленого автором вимірювального тензометрического комплексу КВТ-М, що забезпечує як реєстрацію параметрів у часі, так і їх взаємозв'язок у процесі роботи секцій кріплення. Схема вимірювального комплексу і його малі габарити дозволяють використовувати комплекс на всіх етапах досліджень як у стендових, так і в шахтних умовах.

6. Експериментальні дослідження кінематики пересування секцій кріплення на похилих пластах підтвердили працездатність прийнятої конструкції системи стійкості, що запропонована автором, яка забезпечує не тільки утримання секцій кріплення від бічного перекидання, але і можливість коректування їх положення в межах наявних зазорів відносно перекриттів.

7. Встановлено, що застосування в конструкції кріплення 1М88Н запропонованої гідросистеми забезпечує пересування її секції з підпором 15-20 кПа при сполученні операцій розвантаження і пересування. Це збільшує швидкість кріплення в середньому на 25 %. Загальний час циклу пересування складає не більш 15 с, що відповідає середньої швидкості кріплення уздовж фронту лави 3,8 м/хв. Розбіжність теоретичних результатів і експериментальних даних не перевищує 15 %.

8. Розроблені математичні моделі і програмне забезпечення використовуються інститутами ДонВУГІ і “Дондіпровуглемаш” при виконанні досліджень і проектуванні гідросистем механізованого кріплення нового технічного рівня.

Фактичний економічний ефект складає 48 тис. грн. на один лавокомплект на рік.

ОСНОВНІ НАУКОВІ ПОЛОЖЕННЯ І ПРИКЛАДНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ У РОБОТАХ

1. Математическое моделирование и расчет параметров систем угольных шахт и забойного оборудования: Монография / [С.С. Гребенкин, В.Н. Павлыш, А.В. Агафонов, В.В. Косарев, В.В. Радченко, В.Д. Рябичев, В.П. Глебов, В.И. Зензеров, А.И. Егурнов]. - Донецк: ВИК, 2007. - 263 с.

2. Математические модели и методы расчета параметров процессов подземных горных работ и добычного оборудования: Монография / [С.С. Гребенкин, В.Д. Рябичев, В.Н. Павлыш, П.Н. Должиков, В.И. Зензеров]. - Донецк: ВИК, 2007. - 385 с.

3. Зензеров В. И. Математическое моделирование динамических процессов в гидросистеме механизированной крепи / В. Н. Павлыш, В. И. Зензеров. - Донецк: ДонНТУ, 2006. - С. 87-91. - (Изв. Донецкого горного ин-та; вып. 1).

4. Повышение надежности эксплуатации механизированных комплексов / [В. Я. Спорыхин, В. И. Зензеров, В. А. Спиридоненко, Г. Е. Хвостиков]. - М.: ЦНИЭИуголь, ЦБНТИ Минуглепрома УССР, 1984. - 1 с. - (Горные машины и автоматика. Рефераты на картах; вып. 5).

5. Зензеров В. И. Исследование параметров гидросистемы механизированной крепи методом математического моделирования / В. И. Зензеров, В. Н. Павлыш. - Донецк: ДонНТУ, 2006. - С. 130-138. - (Прогрессивные технологии и системы машиностроения. Междунар. сб. научн. тр; вып. 32).

6. А. с. 1643819 СССР, МКИ F15 B11/04, E21 D23/16. Гидросистема секции механизированной крепи / А. М. Макаров, Н. П. Ткаленко, В. И. Зензеров. - №1643819; заявл. 25.11.88; опубл. 23.04.91, Бюл. №15.

7. Исследование системы устойчивости механизированной крепи 1МТ: сб. научн. тр. / [В. Я. Спорыхин, В. И. Зензеров, Г. Е. Хвостиков, И. Г. Фикс]. - Донецк: ДонУГИ, 1984. - С. 35-42. - (Механизация процесса добычи угля из тонких пластов на шахтах УССР).

8. Исследование динамических процессов в гидросистеме механизированной крепи: матеріали Міжнар. конф. [“Форум гірників-2006”]. (Дніпропетровськ, 11-13 жовт. 2006 р.) - Дніпропетровськ: НГУ, 2006. - С. 73-80

9. Повышение эффективности работы крепей механизированных комплексов на наклонных пластах: тез. докл. IV Республиканской конф. (“Молодые ученые научно-техническому прогрессу в угольной промышленности”). - Донецк, 1984. - С. 73.

АНОТАЦІЯ

Зензеров В.І. Обґрунтування параметрів системи стійкості секцій механізованого кріплення при відробці похилих вугільних пластів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.06 - гірничі машини. Національний гірничий університет, м. Дніпропетровськ, 2008.

Дисертація присвячена вирішенню важливої науково-технічної задачі вибору та обґрунтуванню параметрів гідросистеми механізованого кріплення з метою підвищення ефективності їхньої експлуатації на похилих пластах.

У дисертації виконані дослідження кінематики переміщення секцій механізованого кріплення на похилих пластах, в наслідок чого встановлено, що одним з основних чинників, які стримують їх ефективне використання на похилих пластах, є недостатня бічна стійкість і забезпеченість спрямованості пересування секцій механізованого кріплення.

Розроблена математична модель гідросистеми секцій механізованого кріплення і алгоритм її реалізації на ПЄОМ. Проведено дослідження динамічних процесів у гідросистемі при виконанні кріпленням операцій технологічного циклу.

Розроблені засоби підвищення надійності ефективності роботи механізованого кріплення на похилих пластах. Проведеними стендовими та шахтними експериментальними дослідженнями роботи секцій механізованого кріплення, підтверджені результати теоретичних досліджень (розбіжність результатів не перевищує 15 %).

Застосування запропонованої автором гідросистеми механізованого кріплення забезпечує його пересування з підпором 15-20 кПа. При сполученні операцій розвантаження та пересування, швидкість кріплення вибою збільшується в середньому на 25 %.

Розроблені автором рекомендації включені до нормативного документу РД 42.027-84 „Кріплення механізоване. Розрахунок стійкості”.

Ключові слова: гідросистема, механізоване кріплення, математична модель, алгоритм, кінематика, динаміка.

Зензеров В.И. Обоснование параметров системы устойчивости секций механизированных крепей при отработке наклонных угольных пластов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.06 - горные машины. Национальный горный университет, г. Днепропетровск, 2008.

Диссертация посвящена решению важной научно-технической задачи обоснования параметров системы устойчивости секций механизированных крепей и их гидросистемы при отработке наклонных угольных пластов в условиях повышения нагрузок на очистной забой.

В диссертации выполнены исследования кинематики передвижения секций механизированных крепей на наклонных пластах, в результате чего установлено, что одним из основных факторов, сдерживающих эффективное применение механизированных крепей на наклонных пластах, является недостаточная устойчивость и направленность передвижения их секций.

Разработан комплекс аналитических зависимостей для оценки устойчивости секций механизированной крепи с учетом их конструктивных параметров, горно-геологических условий эксплуатации и схемы передвижения.

Установлено, что давление в гидропатронах системы устойчивости для удержания секций крепи от бокового опрокидывания прямо пропорционально углу падения пласта. Доказано, что обязательным условием эффективной эксплуатации крепи на пластах с углом падения свыше 20 ° (в благоприятных горно-геологических условиях) и свыше 10 ° (в сложных) является секционированное подключение гидропатронов системы устойчивости.

Получены теоретические зависимости для выбора требуемого давления в гидропатронах системы устойчивости секций. Их учет при проектировании и конструировании механизированных крепей обеспечивает удержание их секции от бокового опрокидывания и восстановления потерявших устойчивость секций при различных углах падения и мощности пласта.

Разработана математическая модель гидросистемы секций механизированных крепей и алгоритм ее реализации на ПЭВМ и проведено исследование динамических процессов в гидросистеме при выполнении крепью операций технологического цикла.

Разработаны средства повышения надежности и эффективности работы механизированных крепей на наклонных пластах. Установлено, что устойчивая работа секций механизированной крепи обеспечивается в режиме их передвижения с подпором 15-20 кПа при совмещении операций разгрузки и передвижения. При этом скорость крепления лавы увеличивается на 25 %, а общее время цикла передвижения одной секции составляет 15 с, что соответствует средней скорости крепления лавы 3,8 м/мин.

Проведены стендовые и шахтные экспериментальные исследования работы секций механизированных крепей, подтвердившие достаточную сходимость результатов математического моделирования и экспериментальных данных (расхождение теоретических результатов и экспериментальных данных не превышает 15 %).

Впервые получены аналитические выражения для расходных характеристик гидроэлементов, используемые при создании новых конструкций механизированных крепей.

Разработанные автором рекомендации включены в нормативный документ РД 42.027-84 «Крепи механизированные. Расчет устойчивости».

Разработанный измерительный тензометрический комплекс КИТ-М используется лабораторией стендовых испытаний и измерений институтом ДонУГИ на всех этапах исследований механизированных крепей как на заводских и институтских стендах, так и в сложных условиях шахты.

Результаты работы использованы институтами “Гипроуглемаш” и ДонУГИ при разработке "Программы и методики предварительных испытаний механизированной крепи 1М88Н" и "Программы и методики приемочных испытаний крепи 1МТ с системой устойчивости".

Разработанная математическая модель, алгоритмы и программное обеспечение приняты институтами ДонУГИ и “Донгипроуглемаш” для включения в состав математического обеспечения системы автоматизированного проектирования гидропривода механизированных крепей (САПГМК).

Предложенная автором гидросистема защищена авторским свидетельством на изобретение № 1643819 «Гидросистема секции механизированной крепи».

Экономический эффект от внедрения результатов работы составил
48 тыс. грн. на 1 лавокомплект в год.

Ключевые слова: гидросистема, механизированная крепь, математическая модель, алгоритм, кинематика, динамика.

Zenzerov V.I. Basis parameters of stability system sections mechanized timbers to exploitation on gently sloping mining stratums. - The Manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of Cand. Tech. Sci. on a speciality 05.05.06 - “Mining machines”. National Mining University, Dnepropetrovsk, 2008.

The dissertation is devoted to the solution of the important scientific and technical problem of the choice and groundation of the parameters of the hydrosystem of mechanized timbers for promotion of the effectiveness of its exploitation on gently sloping stratums.

In the dissertation the researches of the movement of the sections of mechanized timbers on gently sloping stratums are executed. It was determined that deficiency of stability of sections of mechanized timbers is one of the main factors which reduce the effectiveness of its exploitation.

The mathematical model of the hydrosystem of sections of mechanized timbers and the algorythm of its realization are elaborated and modeling of dynamical processes in hydrosystem during its function is executed.

The devices of promotion of the safety and effectiveness of the processing of mechanized complexes are elaborated.

The laboratory and mine experiments of the processing of the sections has confirmed the theoretical results.

The application of the elaborated hydrosystem in the mechanized timbers provides increasing of the speed of timbering about 25 %.

The propositions of author included in regulations document for mining machine building.

According to the results of researching author was granted by author certificate on investigation.

Key words: hydrosystem, mechanized timber, mathematical model, algorythm, kinematics, dynamics.

Размещено на Allbest.ru

...