Совершенствование гидросистемы секции крепи для выемки мощных пластов

fektivnost' zashhity okruzhajushhej sredy// Izvestija Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Nauki o Zemle. 2016. Vyp. 3. S. 190-203.

14. Dempsey D., Kelkar S., Davatzes N., Hickman S. & Moos D. Numerical modeling of injection, stress and permeability enhancement during shear stimulation at the Desert Peak Enhanced Geothermal System// International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2015. № 78. R.190-206.

15. Komashhenko V.I., Vorob'ev E.D., Belin V.A. Perspektivy razvitija pro-myshlennyh vzryvchatyh veshhestv i primenenija sovremennyh tehnologij vzryvnyh rabot s uchetom jekologicheskoj bezopasnosti// Izvestija Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Nauki o Zemle. 2017. Vyp. 3. S. 157-168.

16. Kachurin N.M., Vorobev S.A., Levin A.D., Botov F.M. Theoretical substantiation and practical results of underground working ventilation simulation// Eurasian Mining, 2015. T. 2015. № 2. S. 35-39.

17. Harris J. M., Roach B. Environmental and Natural Resource Economics// A Contemporary Approach. Armonk, New York: M.E. Sharpe, Inc. 2013. R. 67-85

18. Komashhenko V.I., Vorob'ev E.D., Luk'janov V.G. Razrabotka tehnologii vzryvnyh rabot, umen'shajushhej vrednoe vozdejstvie na okruzhajushhuju sredu// Izvestija Tomskogo politehnicheskogo universiteta. Inzhiniring georesursov. 2017. T. 328. № 8. S. 3340.

19. Vanbrabant F, Chacon E, Quinones L. Mach waves generated by the detonation of a cylindrical explosive charge - experiments and simulations. In: Proceeding of the 6th International Symposium on Rock Fragmentation by Blasting - Fragblast //6, Johannesburg, South Africa. 2002. P. 21-35.

20. Golik V., Komashchenko V., Morkun V., Gaponenko I. Improving the effectiveness of explosive breaking on the bade of new methods of borehole charges initiation in quarries // Metallurgical and Mining Industry. 2015. T. 7. № 7. S. 383-387.

21. Perspektivy vosstanovlenija i kompleksnogo razvitija podmoskovnogo bu-rougol'nogo bassejna / N.M. Kachurin [i dr.]// Gornyj zhurnal, 2016. № 2. S. 30-35.

УДК 622.285.5

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ГИДРОСИСТЕМЫ СЕКЦИИ КРЕПИ ДЛЯ ВЫЕМКИ МОЩНЫХ ПЛАСТОВ

А. А. Подколзин

Предложены технические решения, повышающие надёжность управления кровлей и безопасность работы очистного угледобывающего комплекса за счёт создания следящей системы, обеспечивающей поддержание постоянства требуемой величины зазора между козырьком крепи и забоем и автоматизации процессов передвижения и последующего распора крепи.

Ключевые слова: крепь, безопасность, секция, гидросистема, совершенствование, система, компенсация, рабочий ход, автоматизация.

Как известно, гидрофицированная механизированная крепь предназначена для крепления кровли в рабочем пространстве лавы, ограждения его от обрушенных пород, управления горным давлением полным обруше-

нием, передвижения става скребкового конвейера и удержания его от сползания. Крепь должна защищать призабойное рабочее пространство от проникновения пород кровли и обеспечивать требуемую скорость крепления очистного забоя.

Для выемки мощных пластов в один слой ОАО "ПНИУИ" был создан ряд механизированных крепей типа 2УКП оградительно-поддерживающего типа, агрегатированных с забойным конвейером, с однорядным расположением стоек вдоль лавы. Крепь состоит из однотипных линейных секций и двух фланговых, расположенных на сопряжениях лавы с прилегающими выработками [1]. Крепь может быть применена в следующих условиях: система разработки - столбовая; мощность обслуживаемых пластов 2,4...4,5 м; угол падения пласта: при подвигании лавы по

1 о0 п0

простиранию 18 , по падению или восстанию 12 ; характеристика кровли: непосредственной - неустойчивая включительно, основной - труднообру-шаемая включительно.

Линейная секция (рис. 1) состоит из устройства удержания забоя 1, поддерживающего кровлю козырька 2, двух гидростоек 3, оградительного перекрытия 4, гидрооборудования управления 5, основания 6.

Козырёк - телескопический, выдвигается в различных модификациях крепи или механической рычажной системой, или с помощью гидроцилиндра (крепь УКП5). Козырёк может быть использован для опережающего крепления кровли, обнажённого вследствие отжима или недодвижки, а также в крепи УКП5 для скола пачки угля, остающейся у кровли.

1 2

Рис. 1. Линейная секция крепи

Оградительное перекрытие со стороны забоя опирается на стойки, а со стороны выработанного пространства - на соединитель его с основани-

ем. Соединитель предназначен для ступенчатой механической раздвижки перекрытия по высоте, защиты рабочего пространства от обрушенных пород в нижней части крепи и гашения высокой динамической нагрузки на перекрытие во время посадки труднообрушаемой кровли (с помощью предварительно напряженного пакета конвейерной ленты, подложенной под соединитель).

Устройство для передвижки секции состоит из направляющей балки и гидродомкрата передвижки. Передвижение крепи осуществляется поршневой полостью гидродомкрата. От сползания во время передвижки секция удерживается направляющей балкой и благодаря боковому упору основания в соседнюю секцию, а от бокового крена - благодаря выдвижному из оградительного перекрытия гидроподжимному щиту, устраняющему также зазоры между перекрытиями.

Секция снабжена механизмом для автоматической компенсации удаления или приближения козырька от забоя при изменении высоты крепи, а также щитом, управляемым гидродомкратом для предотвращения отжима угля.

Эксплуатация крепей оградительно-поддерживающего типа выявила недостаток конструкции, заключающийся в увеличении незакреплённой ширины призабойного пространства при значительном изменении вынимаемой мощности пласта близкой к верхнему конструктивному пределу из-за ненадёжной работе механизма автоматической компенсации, а также невозможности регулирования расстояния между основанием секции крепи и ставом конвейера при изменяющейся мощности пласта. При применении выдвижных козырьков происходит изменение несущей способности секции и перераспределение нагрузки на отдельные элементы крепи [2, 3, 4]. Возможны вывалы пород кровли и обрушение забоя.

Раздельное управление операциями технологического цикла приводит к снижению скорости крепления и нагрузки на забой [5, 6].

Для устранения этого недостатка и повышения скорости крепления забоя была разработана гидросистема секции крепи [7], представленная на рис. 2, обеспечивающая автоматическое регулирование положения основания секции относительно конвейера в зависимости от вынимаемой мощности и автоматическое управление распором крепи.

Гидросистема включает в себя гидростойки, распределитель, переключатель, следящий домкрат и гидроцилиндр передвижения. Следящий домкрат установлен между основанием и оградительным перекрытием крепи и контролирует угол наклона перекрытия относительно основания. При увеличении вынимаемой мощности увеличиваются угол наклона ограждения и раздвижность следящего домкрата. На гидростойке установлен стоечный гидроблок, имеющий предохранительный клапан и гидрозамок. В штоковой полости гидроцилиндра передвижения установлен дополнительный подвижный поршень. Гидроцилиндр передвижения имеет три полости: поршневую - для передвижки секции крепи, штоковую - для

передвижки конвейера и дополнительную замкнутую полость - длярегули-рования величины хода компенсации. Дополнительная полость гидроцилиндра передвижения соединена с поршневой полостью следящего гидродомкрата.

Гидросистема секции включает в себя также гидропереключатель, гидравлически управляемый через толкатели малого и большого диаметров. Гидропереключатель оснащён гидроклапаном, осуществляющим его блокировку при неавтоматизированном распоре крепи. Гидропереключатель гидролинией соединён с замкнутой полостью гидроцилиндра передвижения. Объёмное регулирование величины хода компенсации осуществляется следящим гидродомкратом. Управление гидроприводом секции крепи осуществляется многопозиционным гидрораспределителем.

Гидросистема в режиме регулирования величины компенсации хода работает следующим образом. При изменении вынимаемой мощности пласта изменяется угол наклона ограждения и основания крепи. Следящий гидродомкрат изменяет величину своей раздвижности, в результате чего изменяется объём его поршневой полости. Следящий гидродомкрат и дополнительная полость гидроцилиндра передвижения работают по принципу сообщающихся сосудов с определённым коэффициентом мультипликации. Величина этого коэффициента учитывается при расчёте хода

Рис. 2. Гидросистема секции крепи

компенсации гидроцилиндра. При увеличении (уменьшении) вынимаемой мощности пласта объём поршневой полости гидродомкрата увеличивается (уменьшается) и, следовательно, уменьшается (увеличивается) объём замкнутой камеры гидроцилиндра передвижения. В результате этого регулируется рабочий ход поршня гидроцилиндра передвижения и изменяется положение секции относительно конвейера. Тем самым обеспечивается автоматическое постоянство требуемого зазора между козырьком крепи и забоем.

После завершения передвижки секции повышенное давление замкнутой полости гидроцилиндра передвижения автоматически переводит гидропереключатель из положения I в новое положение11, при котором происходит отключение гидроцилиндра передвижения и подключение поршневой полости гидростойки. Происходит автоматический распор секции крепи. По достижении требуемой величины распора оператор переводит рукоятку блока управления в нейтральное положение и переключатель возвращается в исходное положение.

Для обеспечения безаварийной работы и исключения поломок гидроэлементов необходимо согласовать их конструктивные параметры, с учётом подходов, изложенных в [4, 8, 9, 10]:

объем поршневой полости следящего гидродомкрата УГд и компенсационной полости гидроцилиндра передвижения VK должны быть связаны между собой соотношением

V = V + V

V ГД V к + V сж ,

где /¥сж- объем жидкости, компенсирующий упругое сжатие жидкости в соединяющих рукавах высокого давления, полостях гидроцилиндров и аккумулирующую способность рукавов при максимальном рабочем давле-

3

нии, м ;

рекомендуемый угол ф наклона оси следящего гидродомкрата к основанию

a2 + Ь2 - 2 ch-h 2

Ф = arceos-,

2 ab

где а и b- расстояния от шарнира секции крепи до точек крепления следящего гидродомкрата соответственно на оградительном перекрытии и на основании секции, м; с - минимальная конструктивная высота гидродомкрата передвижения в сжатом положении, м; h -ход поршня следящего гидродомкрата, м;

конструктивная раздвижность следящего гидродомкрата определяется из выражения

h2+2 ch- 2 ab(cos a¡ - cos a2) = 0; ход плавающего поршня гидроцилиндра передвижения

Г э2 1 гд ( . л

81И а2 -1

э2 - ё2 у в1и а1 )

у гцп гцп

где Б - диаметр поршня следящего гидродомкрата, м; Бгцп и ёгцп - диаметры соответственно поршня и штока гидроцилиндра передвижения, м; а1 и а2- углы между оградительным перекрытием и основанием секции крепи соответственно при минимальной и максимальной вынимаемой мощности пласта, град;

для защиты компенсационной полости от избыточного мультиплицированного давления в конце хода передвижки и ложных переключений при выдвижке конвейера срабатывание переключателя должно происходить при давлении в компенсационной полости не менее 1,15 Рнст, здесь Рн.ст - давление настройки насосной станции, МПа.

Приведённые основные зависимости позволяют определить требуемые параметры гидроэлементов и произвести их оптимизацию по [4, 5].

С целью расширения возможностей гидросистема крепи может быть до оборудована устройствами, разработанными с участием автора, обеспечивающими автоматический контроль величины силового распора крепи и перевод блока управления в нейтральное положение, которые здесь не показаны [11].

Испытания усовершенствованной гидросистемы крепи были проведены на шахтах ОАО "Воркутауголь" с положительными результатами по безопасности ведения работ. Зазор между козырьком секции крепи и забоем не превышал допустимых значений и колебался в пределах 50 мм при изменении мощности пласта в полном диапазоне. Автоматизированная система распора обеспечиваланоминальную величину распора гидростоек до давления насосной станции. Комплексы типа 2УКП были переданы для серийного производства на ПО "Каргормаш" (г. Караганда).

Список литературы

1. Машины и оборудование шахт и рудников: справочник. / С. Х. Клорикьян [и др.] 6-е изд., стереотип. М.: МГГУ, 2000. 471 с.

2. Контактное и силовое взаимодействие механизированных крепей с боковыми породами / Б. А Александров, Г. Д. Буялич, Ю. А. Антонов, В. И. Шейкин. Томск : Изд-во Томского университета, 2003. 130 с.

3. Особенности взаимодействия механизированных крепей поддерживающего типа с кровлей / Б. А. Александров, Г. Д. Буялич, Ю. М. Леконцев, А. С. Фролов // Геомеханические аспекты разработки механизированных крепей. Вопросы горного давления: сб. науч. тр / Ин-т горного дела СО АН СССР. Новосибирск, 1988. № 46. С. 67-70.

4. Подколзин А. А., Копылов А. Б. Улучшение взаимодействия перекрытия крепи с кровлей очистного забоя. Сб. науч. тр. междунар. науч.-техн. конф. «Социально-экономические и экологические проблемы горной

промышленности, строительства и энергетики»: в 2 т. Т. 1. Тула: Изд-во ТулГУ, 2017. С. 230 - 234

5. Расчёт и конструирование гидроприводов механизированных крепей/Ю. Ф. Пономаренко [и др.]. М.: Машиностроение, 1981. 327 с.

6. Подколзин А. А. Управление устойчивостью кровли при работе гидрофицированной крепи выемочного комплекса: сб. науч. тр. XXVIII науч. конф. профессорско-преподавательского состава и сотрудников НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева. Новомосковск, 2011. Ч.П. С. 86

7. Гидросистема секции крепи: а.с. №1300153 СССР. Опубл. 30.03.87. Бюл. № 12

8. Князев А. С., Дворников Л. Т.К вопросу о кинематическом исследовании шахтных механизированных крепей // Международный журнал экспериментального образования. 2010. № 8. С. 149-150;

9. Исследование кинематической схемы секции механизированной крепи / П. В. Бурков[и др.] // Известия вузов. Горный журнал, 2008. № 6. С. 36 - 42

10. Павлов А. И., Кожин Д. В., Лощёнов П. Ю. Математическая модель гидропривода стрелы манипулятора //В мире научных открытий. 2014. № 12.1. С. 479-493.

11. Гидросистема секции механизированной крепи: а.с. № 1800052 СССР. Опубл. 07.03.93. Бюл. № 9.

Подколзин Анатолий Алексеевич, д-р техн. наук, проф., apodkolzinadialog. nir-htu.ru, Россия, Новомосковск, Новомосковский институт РХТУ им. Д.И. Менделеева

IMPROVEMENT OF HYDRAULIC SYSTEM OF POWERED SUPPORT FOR EXCA VA TION OF THICK COAL SEAMS

A. A. Podkolzin

During extraction of thick coal seams mechanized complexes enclosing type do not always ensure the reliability of the interaction of the lining with the roof, which leads to lower performance and security. The proposed technical solution is to increase the reliability of the lining and safety by creating tracking systems that maintain the constancy of the required value of the gap between the visor and the breast slaughter and automation of processes and the subsequent increase in pressure in the support.

Keyw ords:support, safety, section, hydraulic, improvement, system, payment, operation, automation.

Podkolzin Anatolyi Alexeevich, doctor of technical sciences, professor, apodkolzin @dialog. nirhtu. ru, Russia, Novomoskovsk, Novomoskovsk Institute Russian Chemical-teceferen

Reference 185

1. Mashiny i oborudovanie shaht i rudnikov/S. H.Klorik'jan [i dr.] // Spra-vochnik. 6e izd., stereotip. M.: MGGU, 2000. 471 s.

2. Kontaktnoe i silovoe vzaimodejstvie mehanizirovannyh krepej s bokovy-mi poro-dami / B. A Aleksandrov, G. D. Bujalich, Ju. A. Antonov, V. I. Shejkin // Tomsk : Izd-vo Tomckogo universiteta, 2003. 130 s.

3. Osobennosti vzaimodejstvija mehanizirovannyh krepej podderzhivajushhego tipa s krovlej / B. A. Aleksandrov, G. D. Bujalich, Ju. M. Lekoncev, A. S. Frolov // Geo-mehanicheskie aspekty razrabotki mehanizirovannyh krepej. Voprosy gornogo davle-nija: sb. nauch. tr/ In-t gornogo dela SO AN SSSR. Novosibirsk, 1988. № 46. S. 67-70.

4. Podkolzin A. A., Kopylov A. B. Uluchshenie vzaimodejstvija perekrytija krepi s krovlej ochistnogo zaboja: sb. nauch. tr. mezhdunar. nauch.-tehn. konf. «Social'-no-jekonomicheskie i jekologicheskie problemy gornoj promyshlennosti, stroitel'stva i jenergeti-ki»:v 2 t. T. 1. Tula: Izd-vo TulGU, 2017. S. 230 - 234

5. Raschjot i konstruirovanie gidroprivodov mehanizirovannyh krepej/Ju. F. Ponomarenko [i dr.] // M.: Mashinostroenie, 1981. 327 s.

6. Podkolzin A. A. Upravlenie ustojchivost'ju krovli pri rabote gidrofici-rovannoj krepi vyemochnogo kompleksa: sb. nauch. tr. XXVIII nauch. konf. professorsko-prepodavatel'skogo sostava i sotrudnikov NI RHTU im. D.I. Mendeleeva. Novomoskovsk, 2011. Ch.II. S. 86

7. Gidrosistema sekcii krepi a.s. №1300153 SSSR / A. G. Popov, A. A. Podkolzin, V. A. Potapenko i dr. Opubl. 30.03.87. Bjul. № 12

8. Knjazev A. S., Dvornikov L. T.K voprosu o kinematicheskom issledovanii shahtnyh mehanizirovannyh krepej // Mezhdunarodnyj zhurnal jeksperimental'nogo obra-zovanija, 2010. № 8. S. 149-150;

9. Issledovanie kinematicheskoj shemy sekcii mehanizirovannoj krepi / P. V. Burkov[i dr.] // Izvestija vuzov. Gornyj zhurnal, 2008. № 6. S. 36 - 42

10. Pavlov A. I., Kozhin D. V., Loshhjonov P. Ju. Matematicheskaja model' gidro-privoda strely manipuljatora // V mire nauchnyh otkrytij. 2014. № 12.1. S. 479-493.

11. Gidrosistema sekcii mehanizirovannoj krepi a.s. № 1800052 SSSR /A. A. Po d-kolzin, S. I. Shvyrjaev, F. S. Chendev i dr. Opubl. 07.03.93. Bjul. № 9.