Давлением в лаве

Надежность механизированного управления горным

14.3.1 Отказы механизированной крепи

Надежность работы MK за определенный промежуток времени зависит от суммарной продолжительности ее простоев, вызванных в целом отказами системы "боковые породы-механизированная крепь-человек", которые приводят к аварийным ситуациям в лаве, характеризуется вероятностью на-работки этой системы на отказ. Опытным путем надежность работы меха-низированной крепи устанавливается по данным хрономегражных наблюдений и характеризуется коэффициентом

(14.6)

где ΣΤ_пр - суммарная продолжительность простоев крепи, не совмещенных во времени с другими простоями и связанных только с ликвида-цией отказов ее составляющих, за рассматриваемый промежуток времени T.

Основными причинами, вызывающими простои лавы из-за отказов Ра-боты MK, являются проявления горного давления и поломки самой MK как горной машины, включая и обслуживающее ее оборудование. Доля отказов рассматриваемой систем по причине человеческого фактора незначительна.

К группе отказов MK, связанных с проявлением горного давления относят­ся вывалообразования кровли в бесстоечном призабойном пространстве, которые с подвиганием забоя без принятия дополнительных мер по ее поддержанию могут развиваться и привести лаву к аварийному состоянию. Основными причинами таких вывалообразований являются отжим угольного пласта, благодаря которому увеличивается площадь неперекрытой обнаженной части кровли под забоем (рис. 14.14, а), а также недостаточная реакция консольной части крепи и неплотное ее контактирования с кровлей (см. рис. 14.14, б).

При образовании межсекционных зазоров (снижении коэффициента затяжки кровли) по причине поломки оградительных устройств или отклоне­ния секции от их нормального положения, а также наличии неустойчивого нижнего слоя кровли следует ожидать просыпание пород в образованные зазоры, не исключая под забоем в полосе между консольной частью MK и кромкой угольного пласта, равные по ширине 0,2-0,3 м (см. рис. 14.14, в).

Вдавливание основания секций агрегатированных MK в почву при ее недостаточном удельном сопротивлении вызывает задержку, усложняет их передвижку, а также исключает возможность передвижки секций с подпором (см. рис. 14.14, г).

При потере рабочего сопротивления крепи или превышении форми­руемой на нее нагрузки (чаще это связано с простоем лавы или интенсивной первичной посадкой труднообрушаемой кровли) происходит посадка гидро­стоек на жестку базу (см. рис. 14.14, д). Это аварийная ситуация сопряжена не только с большими трудозатратами и времени на высвобождение зажатых секций, но и их поломками (продавливание перекрытий стойками, раздутие их гидроцилиндров и другие их деформации).

При наличии в кровле природных хаотически расположенных наплы­вов, выпуклостей, уступов прочных пород, а также ярко выраженной ее вол­нистости, нарушается полное контактирование перекрытий секций, что вы­зывает концентрацию напряжений в местах их касания с ними, перекосы сто­ек, а в совокупности приводит к потере несущей способности и устойчивости MK (см. рис. 14.4, е). Эти повторяющиеся обстоятельства приводят к быст­рому износу и функциональному отказу секций MK.

Существенное влияние на устойчивую работу MK по предотвращению развития обрушений (высыпаний) пород под забоем оказывает направление выемки пласта и перемещения секций крепи относительно ярко выраженной системы природной трещиноватости кровли. По данным натурных исследо­ваний [12, 13] следует рассматривать наиболее благоприятный вариант на­правления перемещения секций MK, представленный на рисунке 16.15, б. При этом угол между линиями забоя и пересечения плоскостей природной трещиноватости кровли и пласта должен составлять не менее 15°.

Отказы MK как гидравлической горной машины, вызванные поломками ее отдельных частей, в т.ч. и насосной станции, чаще всего связаны с изно­сом клапанов и уплотнений, порывами высоконапорных рукавов и их соеди­нений, неисправностями пульта управления и насосной станции, включая и отсутствие электроэнергии.

При обосновании выбора MK для конкретных условий необходимо учитывать возможные аварийные ситуации и меры их устранению.

Для недопущения посадки секций крепи на жесткую базу, завалов лавы, необходимо разрабатывать мероприятия по их предупреждению, которые утверждаются главным инженером шахты.

Рисунок 14.14 – Схема-тическая интерпретация отказов секций механизи-рованной крепи при их взаимодействии с боковы-ми породами: а, б и в - высыпание пород соот-ветственно под забоем при отжиме угольного пласта, недостаточном сопротив-лении козырька и между секциями; г - вдавливание основания крепи в почву; д - посадка гидростоек на жесткую базу; е – не полное контактирование пере-крытия с неровностями прочного нижнего слоя кровли

14.3.2 Предотвращения опрокидывания и сползания секций механизированной крепи в лаве

При выемке очистным механизированным комплексом пласта по прости­ранию в зависимости от величины угла его падения происходят отклонения его гидравлических стоек от нормального положения, а также сползания секций его крепи и скребкового конвейера. Отклонения стоек происходит при неоднократ­ной передвижке секций агрегатированной MK с отрывом их перекрытий от кровли и возникновении опрокидывающего момента (рис. 14.16).

Величина опрокидывающего момента M₀ (см. рис. 14.16) зависит от угла наклона α, веса секции Р_с и удаления h _с ее центра тяжести С от точ­ки О присечение оси ее стойки с почвой и составляет

(14.7)

Если угол отклонения стоек в направлении линии падения пласта в за­висимости от межсекционных зазоров за одну передвижку секции составляет Αψ, то за N_n передвижек его полная величина

град (14.8)

Конструктивно угол отклонения гидростоек ψ _с в основании секции ограничен по величине, поэтому нельзя допускать, чтобы ψ>ψ_c. Следует отметить, что отклонение стоек от нормального положения снижает их реакцию, противостоящей формируемой на крепь нагрузке, величина которой равна Q_н.

Рисунок 14.16 - Схема формирования составляющих сил опрокидывания и сползания секции механизированной крепи в лаве

Интенсивности наращивания отклонений стоек Δψ при α>45° способствует также согласованные с направлением опрокидывания боковые смещения слоев кровли, вызванных составляющей Q_n =Qcosα (Q- вес отслаивающихся пород).

Сползание секций крепи (аналогично и секций рештачного става скребкового конвейера) возникает при

где F_n - сила сопротивления перемещению основания секции крепи, зависящая от коэффициента сопротивления движению стальной поверхности по породе к_сп.

Одной из существенных мер по предотвращению отклонения стоек и сползание MK по падению является передвижка их секций с остаточным подпором без потери контакта с боковыми породами. Однако эта мера полно­стью не предотвращает проявления вышерассмотренные негативных послед­ствий.

В некоторых конструкциях MK предусматриваются приспособление для удержания секций от их опрокидывания с применением подвижных меж­секционных перекрытий (см. рис. 14.8, в) или механизма возвращения секции в нормальное положение, размещенного в основании (рис. 14.17), где 1 -стойка крепи; 2 - рычаг; 3 - толкатель; 4 - полка основания; 5 - основание секции; 6 - гидропатрон; 7 - верхняя балка; 8 - нижняя балка; 9 - ползун; 10 - пакет рессор; 11 - домкрат передвижки.

Рис. 14.17 – Схема механизма удерживания секций крепи и возвращение их в нормальное положение при передвижке (М-87УМН)

Для предотвращения сползания MK при α = 15 - 35° на практике чаще производят разворот линии очистного забоя на угол γ_ρ =3-12° относитель­но линии падения пласта (рис. 14.18, а), или создают угол между ставом скребкового конвейера и осью домкратов передвижки 84-87° (см. рис. 14.18, б), где 1 и 2 - линии соответственно очистного забоя и падения пласта, 3 - скребковый конвейер (база передвижки агрегатированной крепи); 4 -домкраты передвижки скребкового конвейера секции механизированной кре­пи 5; 6 - домкраты передвижки скребкового конвейера в лаве с немеханизи­рованной крепью; 7 - упорные стойки.

При передвижке как секций крепи, так и скребкового конвейера (см. рис. 14.18) за счет изменения направления усилия домкратов передвижки F_gн по норма­ли относительно линии падения пласта на F, (см. рис. 4.1) создается составляющая F_n, противодействующая силе сползания P_n. Уравновешивание сил F_n и P_n за счет вышеуказанных углов разворота устанавливается в конкретных условиях экспе­риментальным путем. В частности, в условиях выемки по простиранию тонких с различными углами падения пластов антрацита механизированными комплексами получена эмпирическая связь для определения ожидаемой величины угла разворота у (коэффициента корреляции 0,82):

Рисунок 14.18- Схемы расположения секций механизированной крепи (а) и скребкового конвейе-ра (б), обеспечивающие предотвращение их сползания

Необходимо отметить, что сползанию агрегатированной MK и скреб-кового конвейера в совокупности способствует также изгиб последнего в месте его передвижки за счет возникновения на стыках линейных рештачных секций продольной составляющей распорной силы между ними, величина которой зависит от шага передвижки и конструкции узлов соединения этих рештаков.

14.3.3 Мероприятия до первичной посадки массива кровли

в комплексно-механизированных лавах

Согласно требованиям ПБ ведения очистных работ до первичной по­садки основной кровли, а также подхода забоя к техническим границам вы­емочного участка следует проводить соответствующие мероприятия, преду-смотриваемые паспортом выемочного участка. Факт первичной посадки ос­новной кровли оформляется актом, утвержденным главным инженером шахты.

При категориях обрушаемости массива кровель A₁ (легкообрушаемая) и A₂ (средней обрушаемости) особых мероприятий до первичной их посадки не требуется, если же не считать контрольно-исполнительские операции:

- вести эскиз подвигания лавы, на котором с учетом прогнозируемой величины шага первичной посадки кровли указывается ее рубеж от­носительно оставленной при отходе от разрезной печи кромки угольного массива;

- передвижку секций крепи и конвейера при подходе лавы к этому рубежу производить при остановленных механизмах, издающих шум в лаве;

- через определенный период времени (чаще через сутки) в зависимо­сти от степени износа уплотнительных средств отдельных гидросто­ек производить их дораспор;

- недопускать незаполненных деревянными кострами пустот в кровле, образованных в результат ее вывалообразований;

- вести контроль за интенсивностью просадок стоек крепи, особенно после прохода комбайна;

- первичная посадка кровли в лаве должна производиться под непо­средственным руководством начальника участка или его заместителя.

При категориях обрушаемости массива кровель А_ъ (труднообрушае-мая) и A₄ (весьма труднообрушаемая) необходимо предусматривать допол­нительные меры до первичной их посадки.

В первом случае предусматривается применение MK повышенным со­противлением [36], во втором - искусственное воздействие на прочностные свойства труднообрушаемой кровли.

Процессы, направленные на изменение прочностных свойств массива труднообрушаемой кровли путем их разупрочнения осуществляются методами передового торпедирования, гидрообработки и гидромикроторпедирования. Общая их сущность заключается в следующем: до начала отхода лавы от разрезной печи бурят скважины, пронизывающие на определенной схеме их расположения труднообрушаемый слой (слои) кровли, на которую в пределах шага первичной посадки предварительно до начала выемке пласта воздейст­вуют взрывом, нагнетанием воды или их комбинированным применением. Pa-зупрочненные таким образом породы при отходе от разрезной печи при пер­вичной посадке кровли ограничивают массу одновременно обрушаемых пород в выработанном пространстве, что способствует снижению интенсивности влияния осадок кровли в пределах призабойного пространства лавы. Рассмот­ренные методы предварительного разупрочнения труднообрушаемых кровель не нашли широкого применения из-за сложностей обеспечения направленного бурения скважин и небезопасного осуществления взрывных работ.

В отдельных случаях наиболее рациональным является применяемый способ механизированного управления горным давлением до первичной по­садки обнажаемой труднообрушаемой кровли путем поэтапного ее обруше­ния участками за счет постепенного разворота линии очистного забоя, начи­ная от монтажной камеры (разрезной печи) до установленного рубежа на уда­лении шага первичной посадки IU_n (рис. 14.19).

Рисунок 14.19 - Схемы поэтапной первичной посадки труднообрушаемой кровли участками при отходе лавы от монтажной камеры; а, б и в- положе-ние пинии очистного забоя при посадке обнаженной кровли соответственно На участках I, II и III: 1 - монтажная камера; 2 - лава; З и 4- положения линий очистного забоя соответственно промежуточные и окончательное; 5 - выработанное пространство; 6 - подготовительные выработки

Регулировать величиной шага первичной посадки на участках I, IT и III в некоторой степени можно скоростью гюдвигания очистного забоя. При этом рекомендуется не допускать ее увели­чения особенно при подходе к рубежу первичной посадки кровли.

Технические характеристики MK являются определяющей исходной информационной базой для обоснования выбора очистного механизирован­ного комплекса в конкретных условиях залегания угольного пласта.

Вопросы для самоконтроля по теме 14

14.1 Функциональное назначение механизированной гидрофицирован-ной крепи как горной машины и ее составные части.

14.2 Типы механизированных крепей по кинематической связи их сек­ций с базой передвижки.

14.3 Разновидности схем размещения в секциях механизированной крепи в лаве и стоек в них.

14.4 Типы механизированных крепей по их взаимодействию с боковы­ми породами в рабочем состоянии при выемке пласта по простиранию. Принцип определения этих типов.

14.5 Типы механизированных крепей по их взаимодействию с боковы­ми породами в рабочем состоянии при выемке крутонаклонных и крутых пластов по падению. Принцип определения этих типов.

14.6 Типы механизированных крепей по взаимодействию с боковыми породами при передвижке их секций. Факторы, влияющие на эти типы.

14.7 Конструктивные особенности консольных частей (козырьков) секций механизированной крепи. Предъявляемые к ним требования.

14.8 Конструктивные особенности ограждений механизированных крепей и предъявляемые к ним требования.

14.9 Разновидности межсекционных перекрытий механизированной крепи, их назначение и область применения.

14.10 Разновидности схем перемещения секций агрегатированной ме­ханизированной крепи и скребкового конвейера. Область их применения.

14.11 Перечислите краткие названия типоразмеров механизированной крепи для тонких пологонаклонных пластов отечественного производства и область их применения.

14.12 Схема передвижки секций механизированной крепи в лавах. Их особенности и область применения.

14.13 Определение скорости механизированного крепления. Факторы, определяющие ее величину.

14.14 Состав работ и требования ПБ при механизированном крепле­нии.

14.15 Понятие о надежности механизированной крепи и определяю­щие ее факторы.

14.16 Разновидности отказов механизированной крепи и их последст­вия.

14.17 Рациональное расположение секций механизированной крепи в лаве относительно системы природной трещиноватости кровли и определяющие ее факторы.

14.18 Условия, влияющие на опрокидывание и сползания секций ме­ханизированной крепи.

14.19 Меры по ликвидации опрокидывания секций механизированной крепи.

14.20 Меры по локализации сползания очистного механизированного комплекса в лаве.

14.21 Мероприятия до первичной посадки кровли в комплексно-механизированной лаве.

14.22 Способы (мероприятия) управления труднообрушаемой кровлей в комплексно-механизированной лаве.