Development of guidelines for selection of longwall shield supports

Abstract

oz KALKAN TİPİ UZUNAYAK TAHKİMAT SEÇİMİNDE YÖNTEM GELİŞTİRİLMESİ ÖZEL, Reha Doktora, Maden Mühendisliği Bölümü Tez Yöneticisi: Doç.Dr. Erdal ÜNAL Mayıs 1995, 245 sayfa Bu çalışmada, öncelikle uzunayaklarda kullanılan kalkan tipi tahkimat ile çevresindeki tabakaların etkileşim mekanizması incelenmiş, daha sonra bu tahkimatların tasannu için gerekli bazı parametreler belirlenerek bunların bir değerlendirilmesi yapılmıştır. Ayrıca, en uygun kalkan türünün seçimine yönelik bir kriter geüştirilmiştir. Bu çalışmadaki tahkimat-tabaka etkileşimi eşdeğer katılık (stifîhess) kavramı ile açıklanmaya çalışılmıştır. Yalancı tavan, taban, arm, göçük ve tahkimatın katılıkları da bu eşdeğer sistem içinde göz önüne alınmıştır. Oluşturulan katılık modelinin geçerliliği arazi ölçümleriyle desteklenmiştir. Çalışmada ayrıca, kalkan tipi tahkimatın tabana batması ve tavan plakası ile arın arasında kalan tahkimatsız tavanın durayhlığı da analiz edilmiştir. Tabana batma analizlerinde nümerik yöntem kullanılarak parametrik bir çalışma yapılmış, bu amaçla FLAC adlı yazılım paketikullanılmıştır. Nümerik analiz sonuçlan STATGRAPH paketi kullanılarak elde edilen sonuçlar istatistiksel olarak değerlendirilmiştir. Tahkimatsız tavanın duraylılığı farklı durumlar için analiz edilmiştir. Kalkan tahkimatların tasarımı için etken olan parametreler, bu tahkimatların: yapısal geometrisi, kapasitesi, sıkılama yükü, kutup noktasının yeri, ve oluşan kuvvetlerin bileşkesi gibi parametreleri içermektedir. Bu çalışmada, tasarım parametrelerinin belirlenmesi ve değerlendirilmesi için gereken yöntemler verilmektedir. Bileşke kuvvetlerin büyüklük ve uygulama noktasının yerinin belirlenmesinde kullanılan ve bu tezde geliştirilen hesaplama yöntemi sonuçlan, değişik lamniskath kalkan tipi tahkimatlar için, Westfalia Lünen tarafından verilen formüllerden elde edilen sonuçlarla karşılaştınlmıştır. Her iki kaynaktan da birbirine yakın sonuçlar elde edilmesi, bu çalışmada geliştirilen yöntemin doğruluğu ve pratikliğinin bir kanıtıdır. En uygun kalkan türünün belirlenmesine yönelik olarak yapılan çalışmalar tahkimat ve tabaka etkileşimi ile tahkimatın geometrik şekline bağlı performansı analizlerini içermektedir. Analiz sonuçlan ise geliştirilen `Performans Değerlendirme Kriteri` içinde değerlendirilmektedir. Bu değerlendirme sırasında, lamniskat kalkan tipi tahkimatlann performanslan sıkılama ve yenilme yükleri, kutup noktasının konumu, düşey reaksiyon yükü ve direk yükleri dikkate alınmakta, aynca direklerin sayı ve eğimleri ana tavan oturma riskine karşı değerlendirmeye katılmaktadır. En uygun tahkimat ise kapasite, taban ve tavan yenilmesine karşı emniyeti ve tahkimatın performansı dikkate alınarak seçilmektedir. Analizler ve değerlendirmeler için, bu tez çalışması sırasında geliştirilen SHIELD adlı bilgisayar programı kullanılmıştır. Anahtar Kelimeler: Uzunayak madenciliği, kalkan tipi tahkimat, tahkimat seçimi/tasanmı, tabaka-tahkimat etkileşimi. vı

ABSTRACT DEVELOPMENT OF GUIDELINES FOR SELECTION OF LONGWALL SHIELD SUPPORTS ÖZEL, Reha PhJD., Department of Mining Engineering Supervisor: Assoc.Prof.Dr. Erdal ÜNAL May 1995, 245 pages In this study, firstly, the interaction mechanism between the longwall shield supports and the surrounding strata was investigated. Secondly, important parameters which can be used for the design of shield supports were determined and then evaluated. In addition, a selection criterion was developed for determining the most suitable shield type. The support and strata interaction mechanism, considered in this study, was explained based on equivalent stiffness concept. In this process, the contributions of the immediate roof, floor, coal face, gob and shield were taken into consideration. The reliability of the proposed stiffness model was supported by in-situ measurements. Penetration of the shield base and the stability of the unsupported area between canopy tip and faceline (support-free front) were also analyzed. During base penetration analyses, firstly, a parametric study was carried out using numerical manalysis and utilizing the software package FLAC (Fast Lagrangian Analysis of Continua). The results of these analyses were further evaluated by statistical regression analyses using a software package called STATGRAPH. For the stability analyses of the failure of unsupported front area, different cases were considered. The parameters that are important for design of shields are: structural and operational characteristics of the supports namely; their capacities, setting and yield loads, location of the pole point, and resultant shield forces. In this study, procedures are given to determine some of these design parameters. The location and magnitude of the resultant forces were calculated by the method derived in this study and by considering the equations provided by Westfalia Lünen, for different type of shields. Similar results found from both sources substantiates the practicality and validity of the method developed in this study. The studies associated with the selection of the most suitable type of shield support include analyses of support and strata interaction as well as performance of the support related to its geometrical configuration. Results of these analyses were evaluated by `Performance Evaluation Criteria` developed in this study. The performance of the lemniscated type shield supports were evaluated based on yield and setting forces, location of the pole point, vertical reaction force and magnitude of the leg forces. The inclination and number of legs were also taken into consideration against the periodic weighting risk. Finally the most suitable shield support was selected by considering the capacity, the safety against floor and roof failure, and the performance of the support. During the analyses and the evaluation stage, a computer program called `SHIELD`, developed in this study, was used. Keywords: Longwall mining, shield supports, support selection/design, strata- supprort-interaction. IV