Секция механизированной крепи нового типа: подвижный гидравлический клапан в боковых породах и замок в капсуле термодинамического баланса

Изобретение относится к области горного дела и взаимодействия секции механизированной крепи с геомеханическими процессами в горном массиве, а именно в капсуле термодинамического баланса. Техническим результатом является повышение эффективности работы секции механизированной крепи, значительное снижение опасности ведения горных работ в лаве, повышение срока эксплуатации секции механизированной крепи. Предложена секция механизированной крепи поддерживающе-оградительного типа, оградительного или оградительно-поддерживающего типа, состоящая из поддерживающего и ограждающего элементов, четырехзвенника и основания с гидростойками, соединенных между собой шарнирно, при этом секция механизированной крепи соединена с линейной секцией-рештаком лавного конвейера через балку передвижки. Гидростойки имеют палец, концы которого цилиндрические, так же как и сам палец, посредством чего палец не смещается по стопорам в посадочном месте поддерживающего или оградительного элемента, тем самым не изменяя угол наклона гидростойки, где верхняя часть гидростойки не наклоняется на забой. Кроме того, линейная секция-рештак лавного конвейера соединена жестко или шарнирно через домкрат с балкой передвижки лавного конвейера со стороны забоя, а со стороны домкрата - остается соединение шарнирное, посредством чего секция механизированной крепи и линейная секция-рештак лавного конвейера с балкой передвижки выполнены с возможностью выполнения функции подвижного гидравлического клапана в боковых породах и замка в капсуле термодинамического баланса. 8 ил.

 

Изобретение относится к области горного дела и взаимодействия секции механизированной крепи с геомеханическими процессами в горном массиве, а именно в капсуле термодинамического баланса (кратко КТДБ).

Область применения изобретения - при добыче твердого полезного ископаемого подземным способом с помощью секций механизированной крепи нового типа: подвижно-гидравлический клапан в боковых породах и замок в капсуле термодинамического баланса наряду с такими типами как оградительно-поддерживающего, оградительного, так и поддерживающе-оградительного типа.

Известны аналоги поддерживающе-оградительной, оградительной и оградительно-поддерживающей секции механизированной крепи, где после монтажа и начала работы их в лаве, при первичном обрушении основной кровли в завальной части лавы, призабойное пространство и сам забой находятся на протяжении всего столба лавы в центре первой зоны капсулы термодинамического баланса, а газообильность в лаве не должна превышать норм.

На выходе из лавы, где концентрация газа метана должна быть 1%, а по лаве местное скопление газа метана 2% и не больше. Весь объем газа метана в лаве поделим на три части: первая часть - это объем, который содержится в отрезанном угле комбайном за один цикл, смену, сутки; вторая часть - это объем, который вытесняется с самого пласта; третья часть - это объем, который вытесняется по трещеноватостям образующимся в породе межпластного массива, в процессе работы лавы выходящим из почвы призабойного пространства из ниже лежащих пластов. Лава работает в центре «пылегазового мешка».

Расчет газообильности лавы идет исходя из объема первой части и это правильно. Так как этот объем поддается контролю, можно увеличивать, или уменьшать скорость резанья [Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. - Макеевка, Донбасс: изд-во МакНИИ, 1989. - 258 с]

Недостаток известного технического решения в том, что на две другие части объема - это вторая и третья часть повлиять техническое состояние секций механизированной крепи оградительно-поддерживающего, оградительного или поддерживающе-оградительного типа не в состоянии, а как-то воздействовать на этот свершившийся факт: организовать фланговое проветривание, бурить скважины с поверхности, бурить по бортам столба лавы скважины и устраивать всевозможные дорогостоящие дегазационные мероприятия. Это все не эффективно, так как этот объем газа метана на данный период зависит от геомеханических процессов по взаимодействию горного массива с секциями механизированной крепи и скорости продвижения забоя.

Например, опишем взаимную работу двух структур рукотворную человеком и геомеханику природных процессов в горном массиве, в контексте капсулы термодинамического баланса [Википедия - Свободная энциклопедия, интернет].

На Фиг. 1 при монтаже механизированного комплекса секции механизированной крепи, например, поддерживающе-оградительного типа, в монтажной камере. Здесь мы видим, как формируется капсула термодинамического баланса вокруг монтажной камеры лавы. Капсула термодинамического баланса состоит из трех зон. На расстоянии двух радиусов, до достижения длины радиусом 29,6 м - первичного шага обрушения основой кровли (взято из технической документации одной из шахт Кузбасса), от центра поперечного сечения в монтажной камере описывающей призабойное пространство окружности самоорганизуется третья зона - оболочка защитной подсистемы в виде шара, кольца в поперечном сечении, пород с высоким напряжением и жесткостью, и оптимальной несущей способностью. Все радиусы откладываем от центра поперечного сечения монтажной камеры. Затем третья зона приобретает беспредельную несущую способность и находится на расстоянии 29,6 м от ближайшего края даже увеличивающейся полости. Эта оболочка изолирует трехзонную подсистему от воздействия напряженного горного массива. Это зона высоких кольцевых напряжений и высокой жесткости.

Таким образом, процесс перераспределения напряжений вокруг полости (действующей лавы) создает вокруг полости (лавы) вытянутую капсулу термодинамического баланса, то есть самоорганизующуюся изолированную защитную подсистему, для защиты горного массива и полости от дальнейшего разрушения. Купол естественного равновесия над полостью может образовываться только в условиях первой зоны капсулы термодинамического баланса - монтажная камера лавы, где полностью отсутствуют кольцевое напряжение и влияние напряженного горного массива, что является закономерностью самоорганизации горного массива вокруг полости и едины для всех условий.

На Фиг. 2 видно, как пласт угля 1 передал все кольцевые нагрузки третьей зоне III и сам подвергся деформации, тем самым дал возможность бесконтрольно выделиться второй части объему газа метана V₂. Линия забоя находится на диаметре всех трех зон, центр капсулы термодинамического баланса сместился с центра монтажной камеры на вертикальную линию забоя, призабойное пространство находится практически в центре «газового мешка», что ведет к трагедиям, таким как на шахте «Ульяновская», шахте «Распадская» в Кузбассе.

На Фиг. 2 видно, как секции механизированной крепи 10 не справляются со своей задачей и не могут на должном уровне сопротивляться массам породы заключенным во второй зоне II. Секции механизированной крепи продвигаются аморфно, несут функции только ограждающей способности, а поддерживающая способность никак не проявляется, практически зажимает и вытесняет от линии забоя в сторону завала, или в сторону забоя, бывает так, что секции лавного конвейера (лавный настил) вместе с секциями механизированной крепи отходят от забоя или консоль поддерживающего элемента секции механизированной крепи находится на линии забоя.

Недостатком является, что массив твердого полезного ископаемого (угля) не передает первичное напряжение (энергию) горной породы, которая была на месте призабойного пространства, и напряжение породы второй зоны II не передается горной породе третьей зоны III.

Этот процесс хорошо видно, когда лава начала работу по выемке угля (твердого полезного ископаемого) отошла от монтажной камеры и один из бортов монтажной камеры в процессе движения лавы стал забоем лавы, забой стоит ровно, твердое полезное ископаемое (уголь крепкий), комбайн подрезает угольный пласт в забое с усилием, и по линии резания с опережением высвобождается энергия, идет потрескивание, и отслоение горного массива, отжимы, заколы, до тех пор, пока не произойдет первичное обрушение непосредственной и основной кровли, в дальнейшем вся энергия со скоростью звука плюс скорость продвижения забоя лавы передается горной породе третьей зоны III, в неконтролируемом состоянии, с опережением на расстояние радиуса кольца второй зоны II на протяжении всего столба и длины лавы в процессе ее отработки.

Недостатком является то, что третья часть - объем газа метана V₃ фиг.2 вытесняется по трещеноватостям, образующимся в породе межпластного массива в процессе работы лавы выходящим из почвы призабойного пространства ниже лежащих пластов. Полость очистного пространства - это сама лава и призабойное пространство заключенное внутри фазовой капсулы термодинамического баланса. Оболочка такой капсулы термодинамического баланса концентрирует колоссальную энергию. По мере увеличения очистного пространства радиус этой фазовой капсулы увеличивается, и оболочка капсулы приближается к поверхности. Наступает момент, когда толща горной породы до поверхности и в глубь не может противостоять колоссальной энергии сконцентрированной в этой оболочке и мгновенно освобожденная энергия, в виде волновых ударов, разрезает породную толщу по нескольким параллельным линиям трещин.

Наше предположение, утверждение, предполагающее доказательство в том, что причиной землетрясений в Кузбассе 3,2 балла по шкале Рихтера, которые произошли 9.02.2013 года и 5.03.2013 года, 5,5 балла - 19.06.2013 года в Беловском, Ленинск-Кузнецком, Гурьевском районах - это произошло высвобождение колоссальной энергии сконцентрированной в этой оболочке и мгновенного освобожденная энергии, в виде волновых ударов [Интернет. Информация].

На Фиг. 2, где видно трещины, из которых выделяется третья часть объема метана V₃, что подтверждает фазовую концентрическую конструкцию оболочки этой капсулы.

Таким образом, неуправляемое опорное давление с очень высоким потенциалом напряжения является главным негативным фактором всех систем разработки месторождений подземным способом.

Задачей изобретения является, что четырехзвенник с ограждающим элементом и завальной частью основания и завальной консолью поддерживающего элемента выполняют роль подвижного гидравлического замка в капсуле термодинамического баланса, а забойная часть основания и линейная секция (рештак) лавного конвейера соединена жестко на два пальца с балкой передвижки лавного конвейера, забойная консоль поддерживающего элемента до шарнира с гидростойкой выполняет функцию подвижного гидравлического клапана в целике горного массива (боковых породах), оставить первую часть объема газа метана и избавиться от второй и третьей частей объема газа метана и всю энергию сконцентрированную в оболочке капсулы термодинамического баланса задействовать применив закон физики «Второе условие равновесия твердого тела» [Г.Я. Мякишев, Физика: учеб. для 10 кл. общеобразовательных учреждений: базовый и профил. уровни / Г.Я. Мякишев, Б.Б, Буховцев, Н.Н. Сотский; под ред. В.Н. Николаева, Н.А. Парфентьевой. - 17-е изд., перераб. и доп. - М.: Просвещение, 2008. - 366 с] и первую зону, в которой работает лава, вывести из под влияния капсулы термодинамического баланса в целик - недеформированный горный массив самой капсулой и из-под воздействия капсулы термодинамического баланса, где находится непосредственно сам забой и призабойное пространство.

Технический результат заявляемого изобретения секции механизированной крепи нового типа: подвижно-гидравлический клапан в боковых породах и замок в капсуле термодинамического баланса позволяет в расчетах по газообильности лавы оставить первую часть объема газа метана, на которую можно воздействовать и исключить вторую и третью часть, на которую воздействовать невозможно, и основное, вывести первую зону, в которой работает лава, из под влияния капсулы термодинамического баланса, и всю энергию сконцентрированную в оболочке капсулы термодинамического баланса и заставить ее работать совместно с секцией механизированной крепи в функции подвижного гидравлического клапана в боковых породах и замка, задействовать закон физики «Второе условие равновесия твердого тела».

Технический результат секция механизированной крепи поддерживающе-оградительного типа, оградительного или оградительно-поддерживающего типа, состоящая из поддерживающего, ограждающего элементов четырехзвенника и основания с гидростойками соединенные между собой шарнирно, гидростойки или механический проставыш в посадочном месте поддерживающего или оградительного элемента Фиг. 5, Фиг. 6 и посадочного места основания 17 Фиг. 8 гидростойки, а с линейной секцией (рештаком) лавного конвейера 19 Фиг. 8 соединен с секцией механизированной крепи шарнирно 27 Фиг. 8, или спаренным шарниром 28 Фиг. 8, в работе секции механизированной крепи не взаимодействуют с силами заключенными в капсуле термодинамического баланса, лава работает в центре первый зоны I Фиг. 2 капсулы термодинамического баланса достигается тем, что на Фиг. 6, Фиг. 7 гидростойка или механический проставыш 12 имеет палец другой конфигурации 14, концы которого цилиндрические, так же как и сам палец, который не будет давать возможности в посадочном месте 13 поддерживающего элемента 11 или оградительного элемента секции механизированной крепи оградительного типа, оградительно-поддерживающего типа, поддерживающе-оградительного типа 10 Фиг. 3 смещаться по стопорам 14 Фиг. 7, тем самым не изменяя угол наклона гидростойки 12, где верхняя часть гидростойки 12 или механический проставыш не наклоняется на забой, а обязательное условие в том, что линейная секция (рештак) 19 Фиг. 8 лавного конвейера соединена жестко 25 Фиг. 8 или шарнирно через домкрат 21 Фиг. 8 к основанию 24 Фиг. 8, или шарнирно 26 Фиг. 8 с балкой передвижки 18 Фиг. 8 лавного конвейера 19 Фиг. 8 со стороны забоя, а со стороны домкрата 20 Фиг. 8 - остается соединение шарнирное 23 Фиг. 8, секция механизированной крепи и линейная секция (рештак) лавного конвейера с балкой передвижки исполняют функцию подвижного гидравлического клапана в боковых породах и замка в капсуле термодинамического баланса, извлекает из капсулы термодинамического баланса первую зону - ядро, в котором работает лава в целик горного массива, а силы, заключенные в самой капсуле термодинамического баланса, используются в подвижном гидравлическом клапане и замке в работе секции механизированной крепи используя закон физики «Второе условие равновесия твердого тела», и позволяют перераспределить эпюру горного давления.

На Фиг. 1 показан общий вид секции механизированной крепи в монтажной камере и образование капсулы термодинамического баланса вокруг монтажной камеры, работа лавы до первичного обрушения основной кровли, где I - первая зона капсулы термодинамического баланса, монтажная камера и лава; II - вторая зона капсулы термодинамического баланса; III - третья зона - капсула термодинамического баланса (защитная оболочка подсистемы, кольцо шириной 100-150 мм); 1 - пласт твердого полезного ископаемого (угля); 2 - непосредственная кровля; 3 - основная кровля; 4 - зона первичного шага обрушения пород кровли; 5 - шаг обрушения непосредственной кровли; 6 - шаг обрушения основной кровли; 7 - центр капсулы термодинамического баланса, откуда откладываются диаметры и радиусы всех зон, 10 - секция механизированной крепи.

На Фиг. 2 показана работа лавы внутри капсулы термодинамического баланса, где а - направление движения забоя, движение капсулы термодинамического баланса с опережением забоя; 6 - направление отхода секции механизированной крепи в завал; 8 - боковые породы; 9 - перпендикулярные параллельные линии, трещины; V₁ - объем газа метана от отрезанного комбайном угля и суфлярное выделение от обновленного забоя; V₂ - объем газа метана вытесняемое от зажатия пласта; V₃ - объем газа метана выходящий с нижележащих пластов по параллельным вертикальным трещинам;

На Фиг. 3 показана секция механизированной крепи нового типа: подвижно-гидравлический клапан в боковых породах и замок в капсуле термодинамического баланса и ее работа, где Iа - смещение первой зоны капсулы термодинамического баланса; Iб - вывод первой зоны и извлечение из под влияния капсулы термодинамического баланса; IIа и IIб - не произошедшие смещение зон, вторая зона осталась в капсуле термодинамического баланса; IIIа и IIIб - третья зона, не произошедшие смещение капсулы термодинамического баланса;

На Фиг. 4 показан стержень, шарнирно закрепленный на горизонтальной оси в точке О, который представляет собой рычаг, закон физики «Второе условие равновесия твердого тела»;

На Фиг. 5 показано посадочное место на поддерживающем элементе со стопорами и гидростойкой или механическим проставышем, с пальцем концы которого конусообразные, где 11 - поддерживающий, элемент секции механизированной крепи; 12 - гидростойка или механический проставыш; 13 - посадочное место; 15 - стопора; 16 - палец цилиндрической формы с конусообразными концами, применяемый на всех известных типах механизированных крепей; а - направление движения, смещение;

На Фиг. 6 показаны гидростойка или механический проставыш с цилиндрическими пальцами разной конфигурации, где 14 - отличающий палец полностью цилиндрической формы (предлагаемый) в новом типе секции механизированной крепи: подвижно-гидравлический клапан в боковых породах и замок в капсуле термодинамического баланса;

На Фиг. 7 показана отличительная работа поддерживающего элемента в шарнире с гидростойкой или механическом проставыше с пальцем полностью цилиндрической формы в секции механизированной крепи нового типа: подвижно-гидравлический клапан в боковых породах и замок в капсуле термодинамического баланса;

Когда лава начинает работу по выемке угля (твердого полезного ископаемого) и отходит от монтажной камеры, один из бортов монтажной камеры в процессе движения лавы стал забоем лавы, забой стоит ровно, элементы секции механизированной крепи находятся в равновесии со всеми силами, происходит нулевая работа;

В процессе работы, когда произошло первичное обрушение непосредственной и основной кровли секции механизированной крепи происходит не нулевая работа с положительным моментом, силы и секции механизированной крепи наклоняются в сторону забоя, а иногда секции механизированной крепи происходит не нулевая работа с отрицательным моментом силы и секции механизированной крепи наклонились от забоя.

Заявляемое изобретение работает следующим образом, функции клапана и замка в капсуле термодинамического баланса при разгрузке секций механизированных крепей 10 Фиг. 3 гидростойки 12 Фиг. 7, Фиг. 3 сокращаются, поддерживающий элемент 11 Фиг. 7, Фиг. 5 совершает не нулевую работу подвижного гидравлического замка Фиг. 3 (цвет красный) в капсуле термодинамического баланса, замок открывается, подвижный гидравлический клапан приоткрывается Фиг. 3 (цвет зеленый), и мгновенно за доли секунд вся колоссальная энергия сконцентрированная в капсуле и оболочке термодинамического баланса Фиг. 3 (цвет синий, III зона) и II зона воздействует на передвижку секции механизированной крепи, в завале произошло обрушение, секция механизированной крепи 10 Фиг. 3 задвинулась, у гидростойки 12 Фиг. 7, Фиг. 3 произошел распор, подвижный гидравлический клапан (цвет зеленый) закрылся и подвижный гидравлический замок (цвет красный) в капсуле термодинамического баланса закрылся, кольцо капсулы (синий цвет) замкнулось через секцию механизированной крепи 10 Фиг. 3, Фиг. 7, произошло равновесие твердого тела - равновесие секции механизированной крепи 10 Фиг. 3, сумма моментов всех внешних сил, действующих на нее относительно оси проходящей через посадочные места поддерживающих элементов и оснований и сами гидростойки 12 Фиг. 3, Фиг. 7 равна нулю, избыточное давление в системе распора гидростоек секции механизированной крепи сбросилось наружу через предохранительный клапан

Таким образом, второе условие равновесия твердого тела - это условие нулевой работы, будет выполняется в секции механизированной крепи нового типа: подвижно-гидравлическом клапане в боковых породах и замке в капсуле термодинамического баланса.

На Фиг. 3, что силовая составляющая гидростойки 12 Фиг. 7 работает по касательной к силовой составляющей третей зоны III практически вертикально, но вертикальное положение они не займут согласно теореме Ривальса «Движение сферического твердого тела относительно точки» и клинья - резцы на секции механизированной крепи [Пат. 2387841 РФ: МПК E21D 23/00 (2006.01). Способ монтажа и эксплуатации секции механизированной крепи (варианты) / Тарасов В.М., Тарасова А.В., Тарасов Д.В.; патентообладатели Тарасов В.М., ООО «Ривальс СОВРЕМЕННЫЕ ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ» (ООО «РивильСИТ»). - №200812934/03; заявл. 18.07.2008; опубл. 27.04.2010, Бюл. №12. - 18 с. и Пат. 2432464 РФ: МПК E21D 23/06 (2006.01). Секция механизированной крепи / Тарасов В.М., Тарасова А.В., Тарасов Д.В., Тарасова Н.И.; патентообладатели Тарасов В.М., ООО «Ривальс СОВРЕМЕННЫЕ ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ» (ООО «РивильСИТ»). - №2010136796/03; заявл. 02.09.2010; опубл. 27.10.2011, Бюл. №30. - 8 с] во второй зоне II совместно с массой породы, и силами заключенными в самой капсуле термодинамического баланса, совершают работу с положительным моментом относительно вертикальной оси рычага, тем самым инициируя обрушение в труднообрушаемых боковых породах, а другая сторона рычага - это забойная консоль перекрытия от забоя до вертикальной оси шарниров рычага гидростоек совершают работу с отрицательным моментом, тем самым не давая деформироваться горному массиву, включающий в себя пласт твердого полезного ископаемого (угля) соответственно и грудь забоя. Работает второе условие равновесия твердого тела. На Фиг. 3 видим как четырехзвенник с ограждающим элементом и завальной частью основания и завальной консолью перекрытия выполняют роль подвижного гидравлического замка в капсуле термодинамического баланса, при разгрузке секций механизированной крепи 10 капсула термодинамического баланса рвется и силы заключающиеся в этом кольце со скоростью звука воздействуют на завальную часть секций механизированной крепи, тем самым увеличат скорость передвижки секций механизированной крепи и при распоре секции механизированной крепи кольцо третьей зоны III закрывается и забойная часть секции механизированной крепи будет исполнять функцию подвижного гидравлического клапана в боковых породах, тем самым ограждать призабойное пространство и позволит вывести первую зону I в целик из капсулы термодинамического баланса, от всех негативных последствий происходящих во второй зоне II и за пределами капсулы термодинамического баланса, где образуются в массиве параллельные трещины, а первая зона - это призабойное пространство лавы.

Заявляемое изобретение позволяет достичь эффективность работы секции механизированной крепи, значительно снижает опасность ведения горных работ в лаве, значительно снижает газообильность в процессе отработки лавы, увеличивает скорость передвижения секции механизированной крепи и производительность труда, способствует существенному увеличению добычи полезного ископаемого, повышает срок эксплуатации секции механизированной крепи, значительно снижает себестоимость 1 т добычи твердого полезного ископаемого (угля), значительно снижается металлоемкость секции механизированной крепи, исключает аварийные ситуации в лаве внезапного выброса газа метана, секции механизированной крепи и линейная секция (рештак) лавного конвейера с балкой передвижки исполняют функцию подвижного гидравлического клапана в боковых породах и замка в капсуле термодинамического баланса, после первичного обрушения непосредственной и основной кровли позволяет извлечь из капсулы термодинамического баланса первую зону - ядро, в котором работает лава в целик горного массива, а силы, заключенные в самой капсуле термодинамического баланса, используются в подвижном гидравлическом клапане и замке в работе секции механизированной крепи применяя закон физики «Второе условие равновесия твердого тела», и позволяют перераспределить эпюру горного давления.

На Фиг. 3 видно, как четырехзвенник с ограждающим элементом и завальной частью основания и завальной консолью поддерживающего элемента 10 выполняют функцию подвижного гидравлического замка (цвет красный) в оболочке капсулы термодинамического баланса (цвет синий), и забойная консоль поддерживающего элемента с забойной частью основания до шарниров с гидростойками, и линейная секция лавного конвейера (рештак) соединенная с балкой передвижки жестко на два пальца или шарнирно через домкрат выполняю функцию подвижного гидравлического клапана (цвет зеленый) в боковых породах.

При условии если балка передвижки лавного конвейера соединена просто шарнирно или спаренным шарниром, то условие равновесия отсутствует.

В практике при выемке твердого полезного ископаемого (угля) на шахте «Первомайская», г. Березовский, Кемеровская область (Кузбасс), в 2005 году произошел случай, когда силы заключенные в капсуле термодинамического баланса опрокинули 40-тонный комбайн по выемке угля вместе с линейными секциями лавного конвейера от забоя в лаву, комбайн с линейным секциями лавного конвейера заваливался на гидростойки и на основание секций механизированных крепей. [Интернет. Статья «Аварий можно избежать», автор Владимир Клишин - доктор технических наук, заслуженный изобретатель РФ, ИГДСО РАН].

На Фиг. 3 видно как секция механизированной крепи 10 формирует ограждающие пространство в целике горного массива и в период первичного обрушения непосредственной и основной кровли извлекают первую зону I из капсулы термодинамического баланса, где лава работает в целике горного массива и взаимодействует с самой капсулой термодинамического баланса, поддерживающий элемент (перекрытие) секции механизированной крепи на оси шарнира с гидростойками, и линейная секция лавного конвейера (рештак) соединенный с балкой передвижки жестко на два пальца или шарнирно через домкрат и основанием в посадочном месте с шарнирами под гидростойки есть два рычага относительно гидростоек [Г.Я. Мякишев, Физика: учеб. для 10 кл. общеобразовательных учреждений: базовый и профил. уровни / Г.Я. Мякишев, Б.Б, Буховцев, Н.Н. Сотский; под ред. В.Н. Николаева, Н.А. Парфентьевой. - 17-е изд., перераб. и доп. - М.: Просвещение, 2008. - 366 с].

Рассмотрим работу секции механизированной крепи, а именно поддерживающего элемента, в условии равновесия она будет точно такая же, как линейная секция лавного конвейера (рештак) соединенная с балкой передвижки жестко на два пальца или шарнирно через домкрат, основанием с шарнирами под гидростойки на примере стержня, шарнирно закрепленного на горизонтальной оси в точке О Фиг. 4, которая представляет собой рычаг.

К рычагу приложены перпендикулярно стержню силы $${\overrightarrow{F}}_1$$ и $${\overrightarrow{F}}_2$$ .

В нашем случаи - это сила обрушающихся боковых пород. Кроме сил $${\overrightarrow{F}}_1$$ и $${\overrightarrow{F}}_2$$ на рычаг действует направленная вертикально вверх сила реакции $${\overrightarrow{F}}_3$$ со стороны оси рычага и силой гидростойки. При равновесии рычага сумма всех трех сил равна нулю:

$${\overrightarrow{F}}_1+{\overrightarrow{F}}_2+{\overrightarrow{F}}_3$$ =0

Это состояние секции механизированной крепи и ее перекрытия мы видим до обрушения основной кровли или до того момента, когда капсула термодинамического баланса опередит лаву по продвижению. Вычислим работу, которую совершают внешние силы при повороте рычага на малый угол α. Точки приложения сил $${\overrightarrow{F}}_1$$ и $${\overrightarrow{F}}_2$$ пройдут пути s₁=ВВ₁ и s₂=CC₁ (дуги BB₁ и CC₁ при малых углах а можно считать прямолинейными отрезками). Работа A₁=F₁S₁ силы $${\overrightarrow{F}}_1$$ положительна, потому что точка B перемещается по направлению действия силы, а работа А₂=-F₂S₂ силы $${\overrightarrow{F}}_2$$ отрицательна, поскольку точка С движется в сторону, противоположную направлению силы $${\overrightarrow{F}}_2$$ .

Сила $${\overrightarrow{F}}_3$$ работы не совершает, так как точка ее приложения не перемещается.

Пройденные пути S₁ и S₂ можно выразить через угол поворота рычага α, измеренный в радианах: $$s_1=\alpha \left|BO\right|$$ и $$s_2=\alpha \left|CC\right|$$ .

Учитывая это, перепишем выражения для работы так:

Радиусы ВО и СО дуг окружностей, описываемых точками приложения сил $${\overrightarrow{F}}_1$$ и $${\overrightarrow{F}}_2$$ , являются перпендикулярами, опущенными из оси вращения на линии действия этих сил.

Кратчайшее расстояние от оси вращения до линии действия силы есть, не что иное как плечо силы, обозначим плечо силы буквой d. Тогда $$\left|BO\right|=d_1$$ - плечо силы $${\overrightarrow{F}}_1$$ , а |СO|=d₂ - плечо силы $${\overrightarrow{F}}_2$$ . При этом выражения (1) примут вид

Из формул (2) видно, что при заданном угле поворота тела (стержня) работа каждой приложенной к этому телу силы равна произведению модуля силы на плечо взятому со знаком «+» или «-». Это произведение и есть момент силы.

Моментом силы относительно оси вращения тела произведение модуля силы на ее плечо. Момент силы может быть положительным или отрицательным.

Момент силы $$\overrightarrow{F}$$ обозначим буквой М:

М=±Fd

Считается момент силы $$\overrightarrow{F}$$ положительным, если она стремится повернуть тело против часовой стрелки, и отрицательным, если по часовой стрелке. Тогда момент силы $${\overrightarrow{F}}_1$$ равен M₁=F₁d₁, Фиг. 4., а момент силы $${\overrightarrow{F}}_2$$ равен M₂=-F₂d₂.

Следовательно, выражения (2) для работы можно переписать в виде

а полную работу внешних сил выразить формулой:

Когда тело приходит в движение, его кинетическая энергия увеличивается. Для увеличения кинетической энергии внешние силы должны совершить работу. Согласно уравнению (4) ненулевая работа может быть совершена лишь в том случае, если суммарный момент внешних сил отличен от нуля, а работа, которую совершают внешние силы и что происходит с поддерживающим элементом секции механизированной крепи, плюс сила $${\overrightarrow{F}}_3$$ совершает работу перемещаясь по направлению к забою отходя от вертикали из-за конусообразной конфигурации концов пальцев в посадочных местах поддерживающего элемента секции механизированной крепи.

Если же суммарный момент внешних сил, действующих на тело, равен нулю, то работа не совершается и кинетическая энергия тела не увеличивается (остается равной нулю), следовательно, тело не приходит в движение в нашем случаи это поддерживающий элемент секции механизированной крепи с линейными секциями (рештаками) лавного конвейера и балкой передвижки соединенная жестко на два пальца или шарнирно через домкрат и основанием в шарнире гидростойки относительно вертикали.

Равенство

и есть второе условие, необходимое для равновесия твердого тела.

При равновесии твердого тела сумма моментов всех внешних сил, действующих на него относительно любой оси, равна нулю.

Итак, в случае произвольного числа внешних сил условия равновесия абсолютно твердого тела следующие:

Это условие выполнимо в секциях механизированных крепей нового типа, которые несут функцию подвижно-гидравлического клапана в боковых породах и замка в капсуле термодинамического баланса. Сила $${\overrightarrow{F}}_3$$ в точке ее приложения по линии гидростоек будет всегда стремиться занять перпендикулярное положение, но на забой секции механизированной крепи не наклонятся согласно теореме Ривальса «Сферического движение твердого тела относительно точки» [Пат. 2387841 РФ: МПК E21D 23/00 (2006.01). Способ монтажа и эксплуатации секции механизированной крепи (варианты) / Тарасов В.М., Тарасова А.В., Тарасов Д.В.; патентообладатели Тарасов В.М., ООО «Ривальс СОВРЕМЕННЫЕ ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ» (ООО «РивильСИТ»), - №200812934/03; заявл. 18.07.2008; опубл. 27.04.2010, Бюл. №12. - 18 с] и полностью цилиндрической конфигурации пальца на механическом проставьте или гидростойке в посадочном месте поддерживающего элемента секции механизированной крепи. А условия (6) являются необходимыми и достаточными для равновесия твердого тела. Если они выполняются, то твердое тело находится в равновесии, так как сумма сил, действующих на каждый элемент этого тела, равна нулю. Поддерживающий элемент и основание секций механизированной крепи с линейными секциями (рештаками) лавного конвейера и балкой передвижки соединенная жестко на два пальца или шарнирно через домкрат будут работать в параллельных плоскостях, так как эти элементы выполняют роль рычага относительно гидростойки в шарнирно-посадочных местах, забойная часть этих элементов поддерживающего элемента до шарнира с гидростойкой и линейные секции (рештаки) лавного конвейера и балкой передвижки соединенная жестко на два пальца или шарнирно через домкрат, и с основанием до шарнира с гидростойкой есть подвижный гидравлический клапан в боковых породах, а завальная консоль поддерживающего элемента до шарнира с ограждающим элементом и четырехзвенником и завальная часть основания с завальной частью балки передвижки лавного конвейера до шарнира с гидростойкой есть подвижный гидравлический замок в капсуле термодинамического баланса.

Рычаг является элементом многих современных орудий труда: от ножниц и плоскогубцев до рукоятки ручного тормоза автомобиля и стрелы подъемного крана [О.Ф. Кабардин, Физика: Справочные материалы: Учеб. пособие для учащихся. - 3-е изд., - М.: Просвещение, 1991. - 367 с].

Это условие позволяет вывести первую зону I Фиг. 3 из капсулы термодинамического баланса в целик - недеформированный горный массив самой капсулы термодинамического баланса и из-под влияния капсулы термодинамического баланса, где находится непосредственно сам забой и призабойное пространство. Здесь же забойные консоли оснований и поддерживающих элементов секций механизированных крепей до шарниров с гидростойками выполнять функцию подвижного гидравлического клапана в боковых породах пласта твердого полезного ископаемого (кровле и почве) и позволяют оставить в наличии в исходящей воздушной смеси лавы только первый объем метана (это метан от отрезанного комбайном угля) и незначительное суфлярное выделение от обновленного забоя, а завальные консоли оснований и поддерживающих элементов секций механизированных крепей до шарниров с гидростойками и ограждающие элементы с четырехзвенником выполнять функцию подвижного гидравлического замка в самой капсуле (кольцо 100-150 мм ширины) термодинамического баланса в боковых породах пласта твердого полезного ископаемого, в кровле и почве.

Таким образом, секции механизированной крепи нового типа: подвижно-гидравлический клапан в боковых породах и замок в капсуле термодинамического баланса позволяет вывести первую зону в целик горного массива из под влияния второй и третей зоны капсулы термодинамического баланса, а силы заключенные в самой капсуле термодинамического баланса использовать применяя физический закон «Второе условие равновесия твердого тела» функционально, этот тип секции механизированной крепи позволит перераспределить эпюру горного давления, привести ее в равновесие с капсулой термодинамического баланса, где будет происходить нулевая работа после каждой разгрузки, передвижки и распора секций механизированной крепи.

Секция механизированной крепи поддерживающе-оградительного типа, оградительного или оградительно-поддерживающего типа, состоящая из поддерживающего, ограждающего элементов, четырехзвенника и основания с гидростойками, соединенных между собой шарнирно, при этом секция механизированной крепи соединена с линейной секцией-рештаком лавного конвейера через балку передвижки, отличается тем, что гидростойки имеют палец, концы которого цилиндрические, так же как и сам палец, посредством чего палец не смещается по стопорам в посадочном месте поддерживающего или оградительного элемента, тем самым не изменяя угол наклона гидростойки, где верхняя часть гидростойки не наклоняется на забой, при этом линейная секция-рештак лавного конвейера соединена жестко или шарнирно через домкрат с балкой передвижки лавного конвейера со стороны забоя, а со стороны домкрата - остается соединение шарнирное, посредством чего секция механизированной крепи и линейная секция-рештак лавного конвейера с балкой передвижки выполнены с возможностью выполнения функции подвижного гидравлического клапана в боковых породах и замка в капсуле термодинамического баланса.