Modelling of powered roof support cooperation with the floor of low bearing capacity in the aspect of shaping the section design

The problem of cooperation of powered roof support with the floor in the aspect of shaping its design is presented. From the analysis of the simplifying assumptions considered so far in the methods for determination of roof support’s base pressure on the floor, it results that they are not satisfied in the case of bases of the catamaran type, commonly used in currently manufactured roof supports. Model of cooperation of the base lying on the floor, prepared by the finite elements method is described and the results of computer simulation of the base action on the floor are given. Considering the results of numerical analyses, the factors influencing the pressure distribution of the base on the floor as well as its maximal value, have been identified.

W artykule przedstawiono zagadnienie współpracy sekcji obudowy zmechanizowanej ze spągiem o małej nośności w aspekcie kształtowania jej postaci konstrukcyjnej. Dotychczas stosowane metody analitycznego, bądź doświadczalnego wyznaczania nacisku spągnicy na spąg były adekwatne do postaci konstrukcyjnej sekcji obudowy zmechanizowanej charakteryzującej się spągnicami dzielonymi. Omówiono założenia upraszczające przyjmowane w metodzie Jacksona, traktujące zespół spągnic sekcji jako ciało idealnie sztywne spoczywające na sprężystym podłożu. Opisano również przykłady modelowania współpracy spągnicy sekcji obudowy zmechanizowanej ze spągiem, w których problem interakcji spągnicy i spągu potraktowano jako zadanie płaskie, przyjmując liniowo sprężystą charakterystykę spągu. Na Rys. 1 i 2 przedstawiono odkształcone modele spągnicy spoczywającej na węglowym spągu oraz rozkład nacisku spągnicy na spąg. Modele spągnicy, zbudowane metodą elementów skończonych, złożone były z elementów powłokowych o zmiennej grubości. Jakkolwiek stosowanie płaskich modeli interakcji spągnicy i spągu umożliwiło analizę rozkładu nacisku spągnicy na spąg, to modele te nie są adekwatne w przypadku spągnic typu katamaran, gdyż nie można przyjąć założenia niezależnego schematu obciążenia każdej ze spągnic. Wyniki pomiarów, wykonanych w wyrobisku ścianowym, jak również na stanowisku badawczym uzasadniają konieczność modelowania współpracy spągnicy ze spągiem z wykorzystaniem modeli przestrzennych. Model geometryczny spągnicy sekcji obudowy zmechanizowanej typu BW 16/34 POz i spągu, z podziałem na elementy skończone przedstawiono na Rys. 3. Model spągnicy wiernie odwzorowuje jej postać geometryczną, łącznie z nakładkami wzmacniającymi najbardziej wytężone obszary spągnicy. Przyjęto sprężysto-plastyczną charakterystykę spągu z liniowym umocnieniem (Rys. 4). Przykładowe obciążenie zewnętrzne spągnicy (Tabela 1) przedstawiono na Rys. 5. Wykresy zamieszczone na Rys. 6-10 świadczą o istotnie różnych rozkładach nacisku lewej i prawej części spągnicy na spąg. Przeprowadzone symulacje komputerowe umożliwiły zidentyfikowanie czynników istotnie wpływających na współpracę spągnicy ze spągiem. Spośród czynników zależnych od projektanta sekcji na uwagę zasługuje jej postać konstrukcyjna. Projektując sekcję należy dążyć do uzyskania równomiernego rozkładu nacisku na powierzchni spągnicy, co jest równoznaczne z wymuszeniem zwrotu składowej poziomej obciążenia sekcji w stronę zawału. Zwrot tej siły, zależny między innymi, od względnych przemieszczeń stropnicy i stropu można kształtować poprzez odpowiednie zaprojektowanie toru ruchu stropnicy. W podsumowaniu stwierdzono, że postać konstrukcyjna sekcji powinna podczas konwergencji stropu, wymuszać zwrot siły tarcia w stronę zawału. Ponadto podporność wstępną i roboczą sekcji należy ustalić na możliwie najniższym poziomie, zapewniającym jednakże poprawną współpracę sekcji ze stropem wyrobiska. Należy również dążyć do zaprojektowania spągnicy o możliwie największej powierzchni kontaktu ze spągiem poprzez jej maksymalne wydłużenie w kierunku czoła ściany. W przypadku słabych spągów należy rozważyć możliwość zastosowania sekcji dwuszeregowych z lemniskatowym prowadzeniem stropnicy zamiast sekcji jednoszeregowych z uwagi na korzystniejszy rozkład nacisku na spąg w tych sekcjach.