Розробка та обґрунтування методів і засобів зниження динамічних навантажень в системах «посудина – армування» шахтних стовбурів з по-рушеною геометрією.

Abstract

Дисертація присвячена розробці методів та засобів зниження контактних навантажень у системі «посудина – армування» для підвищення безпеки її роботи в шахтних стовбурах з порушеною геометрією. У дисертації визначені закономірності формування динамічних навантажень в системах «посудина – армування» в шахтних стовбурах з порушеною геометрією, вперше обґрунтовані раціональні параметри напрямних пристроїв шахтних підйомних посудин і параметри корекції профілів провідників жорсткого армування залежно від діаграми швидкості роботи підйомної машини, параметрів підйомних посудин, фактичних відхилень вісі стовбура від вертикалі, що забезпечує підвищення безпеки експлуатації підйомних установок в стовбурах з порушеною геометрією.

Диссертация посвящена выбору методов и средств снижения динамиче-ских нагрузок в системах «сосуд – армировка» стволов с нарушенной геометрией. В работе проведен анализ существующих исследований динамических процессов взаимодействия подъемных сосудов с армировкой, анализ фактических эксплуатационных параметров работы шахтных подъемов в сложных горно-геологических и горнотехнических условиях, анализ эффективности традиционных средств снижения динамических нагрузок в действующих стволах. Выполнена постановка задач исследований и разработана математическая модель, описывающая динамику системы «сосуд – роликовые направляющие – армировка» в условиях стволов с нарушенной геометрией, учитывающая комплексное влияние скоростных, геометрических, упруго-диссипативных и амплитудно-частотных параметров системы на ее динамику. В результате лабораторных, промышленных экспериментов и теоретических исследований определены фактические жесткостные и диссипативные параметры применяющихся роликовых направляющих, деформационно-жесткостные параметры проводников и расстрелов армировок в стволах основных действующих рудников Украины. Установлены причины низкой эффективности традиционных решений по снижению уровня динамической нагруженности систем «сосуд – армировка» в стволах с нарушенной геометрией. Разработаны дифференциальные и конечно-элементные математические модели динамики системы «сосуд – роликовые направляющие – армировка». Получены зависимости, устанавливающие области устойчивости параметрических колебаний системы при наличии частичного периодического выхода боковых роликов типа НКП за пределы рабочих плоскостей коробчатых проводников с применением диаграммы Айнса-Стретта. Установлено, что монотонные отклонения проводников от вертикали на протяженных участках совместно со знакопеременными отклонениями от вертикали на смежных ярусах приводит к возникновению ударно-циклического взаимодействия сосуда с армировкой со сверхпроектным потенциально-опасным уровнем динамических нагрузок. Исследованы зависимости уровня и характера нагрузок от скорости движения подъемного сосуда, его инерционных и геометрических параметров, упруго-диссипативных характеристик роликовых направляющих, опорных жесткостей проводников и расстрелов. Выполнены исследования влияния спектральных характеристик возму-щений сосуда в зависимости от профилей проводников и упруго-диссипативных параметров направляющих на динамические нагрузки в системе «сосуд – армировка». На основании их результатов показано, что в стволах с нарушенной геометрией при нормативных значениях кинематических зазоров в парах «башмак – проводник» ударные нагрузки могут быть снижены до безопасного уровня за счет использования комплексного подхода, который заключается в одновременном и взаимосвязанном сглаживании профилей проводников и увеличении коэффициента вязкого сопротивления амортизаторов роликовых направляю-щих. Обоснован метод поэтапного снижения динамических нагрузок, разработана методика расчета коррекции профилей проводников, конструкция и параметры роликовых направляющих с заданными диссипативными свойствами для конкретных отделений стволов с нарушенной геометрией. Результаты исследований внедрены в ЗАО «Запорожский железорудный комбинат», на шахте «Смолинская» ОАО «Востокруда», в НИИ горной механики им. М.М. Федорова, в Институте геотехнической механики им. Н.С. Полякова НАН Украины, в Государственном высшем учебном заведении «Национальный горный университет».

The thesis is devoted to the development of contact loading reduction methods and modes in «vessel – reinforcement» system for the work safety increase at mine shafts with broken geometry. Dynamic loadings formation principles in «vessel – reinforcement» systems are defined in the thesis. Mine lifting vessels directing devices rational parameters and conductors profiles correction parameters of strong reinforcement depending on the diagram of hoist working speed are defined. Lifting vessels parameters, actual shaft axis deviations from vertical, that provides operation mine winding plants safety increase in shafts with broken geometry, are proved for the first time.