Расчет параметров паспорта крепления и управления кровлей в лавах с индивидуальной крепью

 

Работа выполняется в течение 4 часов.

Цель работы: выбор типа и типоразмера призабойной и посадочной крепи; определение шага установки призабойной и посадочной крепи вдоль лавы; описание технологии очистных работ.

 

Порядок выполнения работы

 

1. По указанию преподавателя ознакомиться с одной из типовых технологических схем очистных работ, разработанных ДонУГИ и приведенных на рис. 7.1–7.12. На этих схемах установленная крепь показана жирными линиями, а неустановленная – тонкими.

Перемещение крепи в процессе выполнения производственных операций показано пунктирными линиями со стрелками.

Принятые в схемах обозначения:

r – ширина захвата комбайна или шаг установки крепи при струговой выемке, м;

l_в – длина металлического верхняка, м;

l_б – длина нестандартного верхняка (бруса, распила, балки и т.п.). м;

а_о – ширина бесстоечного призабойного пространства в исходном положении, м;

а_i (i = 1,2,3… и т.д.) – расстояние между элементами крепи и линией забоя по нормали н ней, имеющие место в процессе выемки угля, м;

l_р – шаг остановки комплектов призабойной крепи вдоль линии забоя, м;

R_o – минимальная ширина поддерживаемого крепью призабойного пространства, м;

R_к – максимальная ширина поддерживаемого крепью призабойного пространства, м;

R_i (i = 1, 2, 3... и т.д.) – промежуточное значения ширины поддерживаемого крепью призабойного пространства, м;

l_о – допустимое отставание возводимой временной крепи от поверхности разрушения угольного пласта узкозахватным комбайном, м;

l_к – максимальное отставание постоянной крепи от конца изгиба конвейера (при выемке угля узкозахватным комбайном), м, или максимальная длина участка лавы ("пая"), на котором производится крепление одним рабочим (при выемке угля струговой установкой), м;

l_и – длина участка лавы, на котором производится передвижка (изгиб) конвейера, м;

l_п – допустимое отставание работ по управлению кровлей полным обрушением в лаве от ближайшего места выполнения другого производственного процесса, м; согласно ПБ величина l_п должна быть менее 30 м.

Значения величин r, l_в, l_б, a_о, a_i, R_о, R_к и R_i для соответствующих технологических схем и их вариантов приведены в таблицах на рис. 7.1-7.12.

Значения величин l_о, l_к, и l_и приведены в табл. 1.

 

Таблица 7.1 – Значения величин l_о, l_к, и l_и

Параметр	Выемка угля	Значения параметров, м, при кровлях с категориями устойчивости нижнего слоя
Б3	Б4	Б5
lо	Узкозахватным комбайном	2-3	4-5	Не регламен-тируется
Широкозахватным комбайном	1-2	3-4	Не регламен-тируется
lк	Узкозахватным комбайном	2-3	3-4	До 5
Широкозахватным комбайном	2-3	3-4	До 5
Струговая	Не рекомендуется к применению	10-20	До 30
lи	Узкозахватным комбайном	12-15	16-20	До 20
Широкозахватным комбайном	Не рекомендуется к применению	Более 45	Более 45

 

 

Характеристики технологических схем, представленных на рис. 1-12, приведены в табл. 2. Из табл. 2 следует, что типовыми технологическими схемами предусмотрены различные варианты компановки технологического оборудования, что нашло отражение в значениях величин r, l_в, l_б, a_о, a_i, R_о, R_к и R_i, приведенных в таблицах на рис. 1-12.

2. Ознакомиться с методикой выбора типа и типоразмера призабойной и посадочной крепи, согласно которой расчеты выполняются в такой последовательности.

2.1. С помощью табл. 7.2, 7.3 и 7.4 предварительно устанавливаются тип гидравлической стойки, тип и типоразмер металлического верхняка, которые могут быть использованы для указанного преподавателем варианта технологической схемы очистных работ при известной мощности пласта. При этом предпочтение необходимо отдавать крепи, состоящей из гидравлических стоек и металлических верхняков с меньшей общей массой.

 

Рисунок 7.1 Технологическая схема 1у

Рисунок 7.2 Технологическая схема 2у

Рисунок 7.3 Технологическая схема 3у

Рисунок 7.4 Технологическая схема 4у

Рисунок 7.5 Технологическая схема 5у

Рисунок 7.6 Технологическая схема 1с

Рисунок 7.7 Технологическая схема 2с

Рисунок 7.8 Технологическая схема 3с

 

Рисунок 7.9 Технологическая схема 4c

Рисунок 7.10 Технологическая схема 1ш

Рисунок 7.11 Технологическая схема 2ш

Рисунок 7.12 Технологическая схема 3ш

 

 

Таблица 7.2 – Характеристики типовых технологических схем

Типовая схема, рисунок	Оборудование лавы, предусмотренная схемой	Ширина захвата комбайна или шаг установки крепи при струговой выемке, м	Схема работы комбайна или расстановка крепи при струговой выемке
Выемочная схема	Средства крепления и управления кровлей
Выемка угля узкозахватными комбайнами
1У, рис.1	2К52, ГШ68, 1К101	СУГ30, СУГВ, ГВУ, ВВ30	0,8; 1,0; 0,4; 0,5	Челноковая
2У, рис.2	2К52, ГШ68, 1К101	СУГ30, СУГВ, ГВУ, ВВ30	0,4; 0,5	Односторонняя и челноковая
3У, рис.3	2К52, ГШ68, 1К101	«Спутник», СУГ, СУГВ, ГВУ, ВВ30	0,8; 1,0	Челноковая
4У, рис.4	2К52, ГШ68, 1К101, МК67	СУГ30, СУГВ, ГВУ, деревянный верхняк (брус)	0,8; 1,0	Челноковая и односторонняя
5У, рис.5	2К52, ГШ68, 1К101, МК67, К103	СУГ30, СУГВ, ГВУ, ГВП, верхняк-подпалок	0,8; 1,0; 0,4; 0,5	Челноковая и односторонняя
Выемка угля струговыми установками
1С, рис.6	УСТ-2М, СО75, СН75	ГВП, СУГ30, СУГВ, ВВ30	0,8; 1,0	Прямолинейная
2С, рис.7	УСТ-2М, СО75, СН75	ГВП, СУГ30, СУГВ, ВР	0,8; 1,0	Прямолинейная
3С, рис.8	УСТ-2М, СО75, СН75	ГВП, СУГ30, СУГВ, ВР	0,8; 1,0	Треугольная
4С, рис.9	УСТ-2М, СО75, СН75	ГВП, СУГ30, СУГВ, деревянный верхняк	0,8; 1,0	Треугольная
Выемка угля широкозахватными комбайнами
1Ш, рис.10	«Кировец»	СУГ30, СУГВ, ГВП, ГВУ, ВВ30	1,6	Односторонняя
2Ш, рис.11	«Кировец»	ГВП, СУГВ, ВР	1,6-2,0	Односторонняя
3Ш, рис.12	КЦТГ	ГВП, деревянный верхняк	1,55	Челноковая

Таблица 7.3 – Характеристика гидравлических стоек

Типы гидравлических стоек	Типоразмеры гидравлических стоек	Минимальная высота , мм	Максимальная высота , мм	Масса без рабочей жидкости, кг
Гидравлические стойки внешнего питания
ГВП	ОГВП 1ГВП 2ГВП 3ГВП 4ГВП 5ГВП 6ГВП			18,0 20,0 24,0 27,0 30,0 33,0 36,0
СУГВ	4СУГВ 5СУГВ 6СУГВ 7СУГВ 8СУГВ 9СУГВ 10СУГВ 11СУГВ			18,5 20,2 22,2 24,4 25,9 30,4 32,3 37,8
ГВУ	4ГВУ 5ГВУ 6ГВУ 7ГВУ 8ГВУ 9ГВУ 10ГВУ 11ГВУ 12ГВУ			24,9 27,2 30,7 32,9 35,7 39,7 42,7 46,5 50,5
Гидравлические стойки внутреннего питания
СУГ30	4СУГ30 5СУГ30 6СУГ30 7СУГ30 8СУГ30 9СУГ30 10СУГ30 11СУГ30			22,0 24,0 25,0 28,5 30,5 33,0 36,6 40,0

 

Таблица 7.4 – Характеристики металлических верхняков

Типы верхняков	Типоразмеры верхняков	Длина верхняка, м	Масса, кг	Примечание
ВВ30	1ВВ30 2ВВ30 3ВВ30	0,8 1,0 1,26	14,5 17,7 21,9	Применяются с опорой длиной 0,94м и массой 14кг
ВР	1ВР 2ВР	0,8 1,0	14,0 17,0

2.2. Проверяется возможность гидравлических стоек без дополнительных съемных опор по условиям сопротивляемости верхнего слоя пород почвы вдавливанию из условия

, (7.1)

где F_с – площадь нижней опоры гидравлической стойки, м;

Для всех типов стоек можно ориентировочно принимать F_с = 0,016 м²;

P_с = 0,3 – допустимая нагрузка на гидравлическую стойку; МН;

δ_вд – среднее значение сопротивляемости верхнего слоя почвы вдавливанию, МПа;

δ΄_вд -среднеквадратическое отклонение сопротивляемости верхнего слоя почвы вдавливанию, МПа;

Если соблюдается условие (7.1), то гидравлическая стойка может быть использована без дополнительных съемных нижних опор. В противном случае определяется площадь дополнительных съемных нижних опор F_оп, м², из выражения

(7.2)

Так как нижние съемные опоры гидравлических стоек имеют круглую форму, то определяется их диаметр Д_оп, м, по формуле

, (7.3)

где π = 3,14-константа.

2.3. Определяются необходимые в данных условиях минимальная h_min, мм, и максимальная h_max, мм, высота гидравлической стойки из выражений

, (7.4)

(7.5)

где m_min, m_max – соответственно минимальная и максимальная мощность пласта, мм;

α – конвергенция (опускание) пород кровли в лаве на 1 м ширины призабойного пространства в долях, от мощности пласта; для категорий пород кровли по обрушаемости, А₁, А₂, А₃ и А₄ величины α соответственно равны 0,04; 0,025; 0,015 и 0,015;

h_в – толщина металлического верхняка, мм; можно принимать h_в = 40 мм для верхняков типа ВР и h_в = 80 мм для верхняков типа ВВ30;

х – переменная, принимающая значение 1 если гидравлические стойки устанавливаются на дополнительные нижние съемные опоры, и 0, если они устанавливаются непосредственно на почву;

h_оп =15 – 20 – толщина основания дополнительных съемных нижних опор, мм;

h_рс = 30 – 50 – запас раздвижности стойки для вывода ее из-под нагрузки, мм.

Значения величин R_к и а_о в метрах используются в формулах (7.4) и (7.5).

Устанавливается типоразмер гидравлической стойки из условий

, (7.6)

, (7.7)

где , соответственно минимальная и максимальная высота гидравлической стойки конкретного типоразмера, мм (см. табл. 7.3),

2.4. Если в качестве посадочной крепи используется крепь "Спутник" (см. рис. 7.3), то устанавливаются необходимые в данных условиях минимальная H_min, мм, и максимальная , мм, высота этой крепи по формулам

, (7.8)

, (7.9)

где = 40 – 60-запас раздвижности крепи "Спутник" для вывода ее из-под нагрузки, мм.

Значения R_k и R_о в метрах используются в формулах (7.8) и (7.9).

Устанавливается типоразмер посадочной крепи "Спутник" из условий

(7.10)

(7.11)

где H_пmin, H_пmax – соответственно минимальная и максимальная высота крепи "Спутник", мм (табл. 7.5).

 

Таблица 7.5 – Характеристики посадочной крепи "Спутник"

Тип крепи	Типо-размер	Высота крепи	Угол падения пласта, град	Допустимая нагрузка на крепь , МН	Масса, кг
минимальная , мм	максималь ная , мм
«Спутник» -//- -//- -//-	I II III IV			0-50 0-15 0-15 0-15	0,8 0,8 0,8 0,8

Если в качестве посадочной крепи используются дополнительно установленные под отрезки деревянных верхняков гидравлические стойки (рис. 7.1-7.12) или гидравлические стойки комплектов (рам) призабойной крепи, расположенные со стороны выработанного пространства (рис. 7.7–7.9), то расчеты согласно подп. 2.4 не выполняются.

3. Определяется шаг установки призабойной и посадочной крепи вдоль лавы в такой последовательности.

3.1. Устанавливается максимально необходимый шаг установки комплектов (рам) призабойной крепи вдоль линии забоя l_{р обр}, м,при котором предотвращается обрушение пород нижнего слоя кровли в закрепленном призабойном пространстве, по формуле

(7.12)

где В – высота нижнего слоя кровли, мм; Г - расстояние между трещинами в нижнем слое кровли, м.

3.2. Определяется минимально необходимая плотность установки стоек призабойной крепи Р_пр, стоек/м², при которой обеспечивается необходимое сопротивление давлению повод кровли, из выражения

, (7.13)

где Р_с -– несущая способность гидростойки, МН;

Q_н – нижний предел суммарного сопротивления призабойной и посадочной крепи, МПа, устанавливаемый по табл. 6 в зависимости от категории пород кровли по обрушаемости и мощности пласта;

у – переменная принимающая значение 1, если технологической схемой предусматривается установка посадочной крепи (см. рис. 7.1–7.12), и 0, если установка посадочной крепи не предусматривается (рис. 7.7, 7.8, 7.9);

g_п – минимально необходимое сопротивление крепи посадочного ряда, МН/м. Устанавливается по табл. 7.6 в зависимости от категории пород кровли по обрушаемости.

3.3. Устанавливается расстояние между комплектами призабойной крепи (рамками) вдоль линии забоя l_{р сопр}, м, при котором обеспечивается ее минимально необходимое сопротивление давлению пород кровли, по формуле

(7.14)

где N – количество гидравлических стоек в комплекте призабойной крепи, шт,, при минимальной ширине призабойного пространства, м (см. рис. 7.1–7.12).

3.4. Определяется шаг установки комплектов (рам) призабойной крепи вдоль линии забоя l_р, м, из соотношения

l_р = min (l_{р обр}, l_{р сопр}) (7.15)

Величина l_р, полученная из соотношения (7.15), округляется в меньшую сторону с точность до 0,1 м.

 

Таблица 7.6 – Значения нижнего предела суммарного сопротивления

призабойной и посадочной крепи, а также сопротивления крепи

посадочного ряда

Категория пород кровли по обрушаемости	Нижний предел суммарного сопротивления призабойной и посадочной крепи Qн, МПа, для пластов мощностью	Минимально необходимое сопротивление крепи посадочного ряда gп, МН/м
до 1,0м	1,01-2,0м	2,01-3,6м
А1 А2 А3 А4	0,20 0,25 0,40 0,40	0,30 0,35 0,60 0,60	0,40 0,45 0,80 0,80	0,4 0,6 0,8 0,8

 

3.5. Устанавливается максимально необходимый шаг установки посадочной крепи l^м_пос, м, если ее установка предусмотрена технологическими схемами (рис. 7.1–7.12) из выражения

(7.16)

где Р_пк – допустимая нагрузка на стойку посадочной крепи, МН; при использовании в качестве посадочной крепи гидравлических стоек (рис. 7.1–7.12) и крепи «Спутник» (см. рис. 7.3) величина Р_пк соответственно равна 0,3 и 0,8 МН.

Величина l^м_пос полученная по формуле (7.16), уменьшается до ближайшей меньшей величины из такой последовательности величин: 1/3l_р, 1/2l_р, l_р, 2l_р, 3l_р и т.д. Эта величина принимается в качестве шага установки посадочной крепи l_пос, м.

4. Выбрать типы и типоразмеры призабойной и посадочной крепи, установить шаг установки призабойной и посадочной крепи согласно пп. 1, 2 и 3, используя исходные данные, приведенные в табл. 7.7. Для первых четырех вариантов технологической схемы 1у (см. рис. 7.1) необходимо использовать значения параметров а₂, а₃, R₀ и R₁ записанные в знаменателях. Варианты заданий студентам назначаются преподавателем.

5. Нарисовать эскиз технологической схемы выемки угля (планы, разрезы) и показать необходимые размеры.

6. Описать последовательность выполнения производственных операций, имеющих место при данной технологической схеме в течение цикла.

 

 

Таблица 7.7 – Исходные данные

Вариант	Технологическая схема, рисунок	Варианты технологических схем (номера строк в табл. на рис. 7.1, 7.2, 7.3, 7.7 и 7.8 в направлении сверху вниз)	Категории	Значения показателей
пород кровли	пород почвы	δвд, МПа	δ¢вд, МПа	mmin, мм	mma x, мм	В, м	Г, м
по обрушаемости	по устойчивости
	1у, рис.7.1		А1 А2 А1 А2 А1 А2 А1 А2 А1	Б3 Б3 Б3 Б3 Б3 Б3 Б3 Б3 Б3	П3 П3 П3 П3 П2 П2 П2 П2 П3		3,5 3,0 3,6 3,8 3,8 3,6 3,0 2,8 3,5			0,30 0,25 0,35 0,30 0,25 0,35 0,30 0,25 0,30	0,30 0,35 0,30 0,30 0,35 0,30 0,30 0,35 0,30
	2у, рис. 7.2		А2 А2 А3 А3	Б4 Б4 Б4 Б4	П2 П2 П3 П3		2,0 2,5 2,0 2,5			0,35 0,35 0,40 0,40	0,50 0,60 0,50 0,60
	3у, рис.7.3		А3 А3 А3 А3 А3	Б3 Б3 Б3 Б3 Б3	П3 П3 П3 П3 П3		2,0 2,5 3,0 3,0 3,5			0,35 0,30 0,35 0,30 0,30	0,35 0,30 0,35 0,35 0,30

Продолжение табл. 7.7
Вариант	Технологическая схема, рисунок	Варианты технологических схем (номера строк в табл. на рис. 7.1, 7.2, 7.3, 7.7 и 7.8 в направлении сверху вниз)	Категории	Значения показателей
пород кровли	пород почвы	δвд, МПа	δ¢вд, МПа	mmin, мм	mmax, мм	В, м	Г, м
по обрушаемости	по устойчивости
	2с, рис.7.7		А1 А1 А1 А1 А1 А1	Б4 Б4 Б4 Б4 Б4 Б4	П2 П3 П2 П3 П2 П3		2,0 2,5 2,0 2,0 3,0 3,0			0,30 0,35 0,30 0,40 0,30 0,35	0,50 0,60 0,60 0,50 0,60 0,50
	3с, рис.7.8		А1 А1 А1 А1 А1 А1	Б4 Б4 Б4 Б4 Б4 Б4	П3 П2 П3 П2 П3 П2		3,0 2,5 3,0 3,0 3,0 2,5			0,40 0,30 0,35 0,40 0,30 0,35	0,50 0,60 0,50 0,60 0,50 0,50

 

Работа 8