Введение к работе
.Актуальность работы. Повышение эффективности работы угольной промышленности невозмолю без увеличения темпов проведения подготовительных выработок и обеспечения надобного их поддержания, ./спешное решение этих зача" связано с созданием прогрессивных конструкцій крепи, позволяжцих внедрять комплексную механизацию производственных процессов и снизить долю ручного труда. Несмотря на высокую материалоемкость и стоимость крепей, с .те годно перекрепляется и рс '.оптируется около 15"' поддерживаемых выработок. В то же время во многих слуаях крепь устанавливается с завіиіснішми запасами прочности, что приводит к неоправданному перерасходу материалов.
Существующие методы расчета не учитывают резервы повышения несущей способное металлических крепей подготовительных выработок, обусловленные сохранением их работоспособности при развитии догТормаїгіг. за пределом упругости. Поэтому разработка методов о:р-нкп несупеГі способности крепей подготовительных выработок с учетом их работы за пределом упругости является актуальной научной задачей подземной разработки месторождений полезных ископаемых.
Целью работы является оценка, несущей способности металлических рамкьгх крепей подготовительных выработок на основе ус тало в ленных закономерностей их деформирования за пределом упругости для обоснования рациональных параметров, обеслочивакіпих снижнне расхода металла и уменьшение затрат труда на крепление.
Идея работы заключается в обосновании критериев для оценки предельных состояний крепей с учетом влияния на их не-сугцта способность изменения формы поперечного сечения элементов и упрочнения металла, вызванных пластическими деформациями, дл« обоснования раціональних параметров профилей и крепи.
Л в г о д и последов а и и я . Для решения поставленных задач использовался комплексный метод исследований, вкля-чаюіций аналитические исследования механических процессов, реализующихся' п крепи при предельном нагружепии; численное мопелнрога-ние на ЭВМ работы крепи и оптимизация параметров шахтных ппофилай и креп-эЯ; лабораторные эксперименты по определению несущей способности шахтных профилей и элементов крепи.
Научные положения, разработанные лично соискателем, и новизна:
разработана математическая модель напря;,:знно-деформирован-ного состояния металлической рамной'крепи, новизна которой заключается в том, что oipmta несущей способности крепі! производится с учетом потери формы сечения элементов и упрочнения металла при . деформировании за пределом упругости;
установлены зависимости параметров несущей способности металлической рамной крепи от линейной плотности применяемого профиля, отличающиеся учетом влияния потери формы и упрочнения ме- талла при пластическом деформировании;
установлено, что главной причиной потери формы поперечного сечения криво лине иных элементов крепи из желобчатых шахтных профилей при их работе за пределом упругости является не эксцентри-чное приложение внешних нагрузок,'а особое распределение внутренних сил, свойственное такой форме сечения.
Обоснованность и достоверность научных по лоха тій, рътодов и рекомендаций подтверждается:
корректно-тью аналитических и численных исследований;
хорошей сходимостью (погрешность - не более 6%) результатов расчета по предлагаемой методике с результатами лабораторных испытаний натуральных образцов шахтны:: профилей и элементов крепи и успешным практическим использованием разработанных рекомендаций на шахтах концзрна "Кузнецкуголь".
Научное 'значение работы заключается в установлении закономерностей изменения несушей способности шахтных металлических профилей с учетом потери фор:>и их поперечного сечения и упрочнения металла, вызванных пластическими деформациями, для обоснования рациональных параметров профилей и крепи.
Практическое значение работы состоит в разработке критериев оценки несущей способности металлических рамних крепей подготовительных выработок по пределу прочности стали и предельным перемещениям крепи, позволяоїіих определять рациональные конструктивные параметры крепи, обеспечивааииа снижение расхода металла и уменьшение затрат на крепление.
Реализация результатов работы'. Результаты диссертационной работы пепользовгны при создании новых шахтных профилей СВПУ, бочкообразной инвентарной крепи ЕІК-І, внедряемой на шг.хте "Капитальная" концерна "Кузне цкуго ль". Применение крт". ШІС-І взамен крепи А-10-17 обеспечивает енш.кние на
15% металлоемкости крепления, уменьшает на 30 трудоемкость крепления и повышает темпы проходки подготовительных выработок. Долевое участие автора в ожидаемом экономическом эффекте составляет 38 937 руб.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на ХХІУ-ХХУІ научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Тульского политехнического института (I989-I99I гг., г.Тула), на НІС концерна "Кузнецкуголь" (г.Новокузнецк, февраль 1992 г.), на заседании кафедры технологии и комплексной механизации горных работ ТулПИ (г.Тула, март 1992 г.).
Публикация. По теме диссертации опубликовано 4 печатные работы и получено положительное решение по заявке на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, эаюючения и приложения, содержит 180 страниц, включая 43 рисунка, 27 таблиц, список литературы из 117 наименований.
