Выбор типа и основы расчета механизированных крепей

Механизированная крепь, являясь одной из главных функциональных средств механизации выемки угля, одновременно в значительной мере влияет на выбор типа выемочной машины и забойного конвейера.

При выборе механизированной крепи следует в первую очередь оценивать ее соответствие основным горно-геологическим условиям, мощности и углу падения пласта, его газоносности, физико-механическим свойствам боковых пород и горному давлению. Шаг передвижки должен быть согласован с величиной захвата

выемочной машины.

  2.1.1 Проверка крепи на несущую способность

Важнейшими параметрами механизированной крепи является ее сопротивление на единицу площади  поддерживаемой кровли (кН/м²) и на 1м посадочного ряда (кН/м).

Проверка крепи на несущую способность сводится к сопоставлению расчетных нагрузок на крепь от действия пород непосредственной кровли (Q₃ и R) с соответствующими рабочими сопротивлениями крепи (Р_Д и Р_П), взятыми из ее технической характеристики.

Рабочая нагрузка на 1м² площади кровли пространства забоя определяется по формуле:

                                                     (1)

где Qз - рабочая нагрузка на 1м² площади кровли пространства забоя;

    h - мощность непосредственной кровли, м;

γ_п - объёмный вес пород непосредственной кровли, кН/м³.

 

Нагрузка на 1 м посадочного ряда крепи определяется по формуле:

                             (2)

где R - нагрузка на 1 м посадочного ряда крепи, кН/м.

    b – длина секции крепи по перекрытию, мм;

    r – шаг передвижки секции, м;

    h - мощность непосредственной кровли, м.

Для нормальной и безопасной работы крепи должны иметь место неравенства:

 

Р_Д  ≥  Q₃;      Р_П  ≥  R                                                   (3)                                                        

где  Р_Д - сопротивление крепи на 1 м² поддерживаемого пространства, кН/м²;

Р_П - сопротивление крепи на 1 м посадочного ряда, кН/м.

 

Механизированную крепь можно поверить по нагрузке на одну секцию, подсчитываемую по формуле:

                                                   (4)

где    Q_С – нагрузка механизированной крепи на одну секцию, кН;

     b – длина секции крепи по перекрытию, м;

  а_С - шаг установки крепи вдоль лавы, м.

 

Для нормальной и безопасной работы крепи, должно иметь место неравенство:

Р_С  ≥  Q_С;                                                           (5)

где Р_С -  рабочее сопротивление стойки, кН.

    2.1.2 Проверка крепи на возможность ее работы в условиях опускания кровли

При выборе, механизированной крепи прежде всего, необходимо обеспечить соответствие ее номинального рабочего сопротивления типу основной кровли по нагрузочным свойствам, что требует рассмотрения единой классификации кровель угольных пластов.

Типоразмер крепи должен быть выбран таким образом, чтобы были исключены потери угля или засорение угля пустой породой из-за недостаточной или излишней раздвижности крепи. При этом следует ориентироваться на то, что в настоящее время созданы механизированные крепи для отработки пластов мощностью до 6 м.

Мощность пласта не является величиной постоянной. Она изменяется в пределах очистного забоя и по длине выемочного поля.

Проверяем крепь на возможность ее работы в условиях опускания кровли над передним и задним рядами гидростоек:

                              

 H_min ≤ m_min (1-α' ℓ_З) - θ, м                                            (6)

                           H_mах  ≥ m _mах (1-α' ℓ_П), м                                                 (7)

где H_min  - высота секции в сдвинутом положении, мм; 

   H_mах - высота секции в раздвинутом положении, мм; 

m _min - минимальная мощность пласта, м;  

m _mах - максимальная мощность пласта, м;  

ℓ_П - наименьшее расстояние от забоя до передней стойки, м;  

ℓ_З - наибольшее расстояние от забоя до задней стойки, м;  

α ' - коэффициент учитывающий класс кровли;    

 θ - запас  раздвижности  гидростоек на разгрузку, м.

 

  α ' - коэффициент учитывающий класс кровли:

I класс – неустойчивые породы            α' = 0,04;

II класс – устойчивые породы               α' = 0,025;

III класс – весьма устойчивые породы  α' = 0,015;

 

θ - запас  раздвижности  гидростоек на разгрузку, м:

для мощности пласта < 0,8 м          θ = 0,03 м;

для мощности пласта 0,81 – 1,2 м   θ = 0,04 м;

для мощности пласта > 1,2 м         θ = 0,08 м;

 

В случае равенства необходимой и конструктивной высоты крепи, последняя будет работать  в  крайних  по  раздвижности положениях и при   случайных отклонениях режим работы крепи будет нарушен.

Предпочтение   следует  отдавать   типоразмеру  с  высотой  меньшей

Н _min    и  большей         Н _mах.

 

Для двухрядных крепей:

ℓ_З  = а + d + В, м;                                                       (8)

ℓ_П = с + d, м.                                                            (9)

 

где ℓ_З - наибольшее расстояние от забоя до задней стойки, м;

  ℓ_П - наименьшее расстояние от забоя до передней стойки, м;

  а – расстояние от  задней  гидростойки до передней кромки козырька, м;

  d – расстояние от забоя до передней кромки козырька, м;

  В – ширина захвата комбайна, м;

  с – расстояние  от передней  гидростойки до передней кромки козырька, м.

 

Для однорядных крепей:

 

ℓ_З  = а + d + В, м;                                                   (10)

ℓ_П = а + d, м.                                                       (11)                              

где ℓ_З - наибольшее расстояние от забоя  до  гидростойки, м;

ℓ_П - наименьшее расстояние от забоя до гидростойки, м.

а – расстояние от передней кромки козырька до шарнирного соединения козырька с ограждением, м;

d – расстояние от забоя до передней кромки козырька, м;

В – ширина захвата комбайна, м.

 

  Площадь сечения для прохода воздуха для всех типов крепи, если она не приведена в технической характеристике, приблизительно определяется произведением значения  (а + b)  и средней мощности вынимаемого пласта.

Для этого необходимо сопоставить фактическую площадь сечения рабочего пространства данной крепи Sф с полученным расчетным путем Sр.

При этом должно соблюдаться следующее условие: Sр ≤ Sф.

 

Sр = m (a+d), м²                                                          (12)

где  Sр – площадь проходного сечения воздуха, м² ;  

  m – средняя мощность вынимаемого пласта, м;  

а – расстояние от передней кромки козырька до шарнирного соединения козырька с ограждением, м;

d – расстояние от забоя до передней кромки козырька, м.

Пример выполнения эскиза секции  механизированной крепи с указанием необходимых размеров и оборудования, с которым взаимодействует механизированная  крепь, приведен на рис.2.1.

Рисунок 2.1 - Линейная секция крепи: 1 – ограждение; 2 – перекрытие; 3 – противоотжимный щит; 4 – поворотный редуктор со шнеком комбайна; 5 – конвейер; 6 – рейка бесцепной системы подачи; 7 – рама конвейера; 8 – комбайн; 9 – кабелеукладчик; 10 – основание секции

крепи; 11 – домкраты передвижки секции крепи; 12 – гидростойки.